지구의 탄생

지구의 탄생

 

1. 개요

지구는 태양계의 다른 행성들과 함께 약 46억 년 전 먼지와 가스의 집합체인 태양계 성운에서 탄생하였다. 태양계 성운은 중력에 의해 수축하면서 회전력에 의해 납작한 원반 모양으로 바뀌었다. 이 때 상대적으로 밀도가 높은 원반면에서는 먼지가 모여 점차 커다란 암석 덩어리가 만들어지고 이 암석덩어리들은 미행성(微行星)으로 성장하게 되었다. 이 미행성들은 반복된 충돌에 의해 행성으로 성장하였다.

초기의 원시 지구는 미행성 충돌에 의한 열과 방사성 동위원소의 붕괴에 의한 열에 의해 거의 전체가 녹아 있는 상태였는데 이를 마그마의 바다라고 한다, 마그마 바다가 식는 과정에서 철질 마그마와 석질 마그마가 분리되면서 핵과 맨틀이 형성되고 지구의 표면에서는 원시 지각이 만들어지게 되었다. 이 과정에서 끊임없는 화산활동이 일어나고 이 때 방출된 가스에 의해 이산화탄소와 질소가 풍부한 두터운 대기층이 형성되었다.

대기 중에 포함되어 있던 수증기는 지구 대기의 온도가 내려가면서 비가 되어 표면에 내려 최초의 바다를 형성하였다. 원시바다에서는 활발한 화산활동이 일어났는데 이들 화산으로부터 많은 양의 염화이온이 물속으로 녹아들어 갔고 비와 강물이 유지로부터 나트륨과 마그네슘 등의 광물질을 녹여 바다로 운반해 옴으로써 오늘날과 같은 염분이 있는 바닷물이 만들어진 것으로 추정된다.

원시지구의 대기는 마그마 바다가 식는 과정에서의 격렬한 화산활동으로 형성되었다. 화산 활동으로 마그마 속의 수증기, 수소, 메탄, 암모니아, 이산화탄소 등이 원시지구 대기를 형성하였다.

그 중에서도 가장 많은 양을 차지하는 수증기는 비가 되어 표면에 내려 원시 바다가 되거나 햇빛을 받아 수소와 산소로 분해되었다. 이산화탄소는 대부분 바다에 녹아 들어간 후 탄산칼슘으로 침전되어 석회암을 형성하였다. 질량이 가장 가벼운 수소는 상당 부분이 지구 밖으로 날아갔으며 상대적으로 무거운 산소는 메탄, 암모니아와 반응해 다시 수증기, 이산화탄소와 질소를 만들었다.

메탄은 수증기에서 분해된 산소와 반응하여 이산화탄소와 수소를 만들었다. 암모니아는 햇빛을 받아 질소가 되었다.

산소는 약 27억 년 전부터 바다에 나타난 해조류가 광합성을 하면서 본격적으로 대기에 공급되기 시작하였고, 산소가 많아짐에 따라 자외선에 의해 분해되어 오존이 만들어 졌다.

바다의 생성은 지구 표면의 진화에 대단히 중요한 전환점이 되었다. 표면의 2/3가 바다이며, 산소가 풍부한 대기가 존재하고, 수많은 생명체들이 살고 있는 현재의 지구는 태양으로부터의 거리, 지구의 크기와 화학조성, 바다 및 대기의 존재와 조성, 수많은 소행성과 혜성의 충돌 등 매우 다양한 요인들의 상호 작용의 결과이다. 지구가 탄생할 당시에 그리고 그 이후 지금까지 이들 조건들이 조금만 달랐다면 전혀 다른 모습의 지구가 탄생하고 전혀 다른 지구로 진화했을 것이다.

지구가 현재보다 태양에서 매우 멀리 떨어져 목성이나 그 보다 먼 곳에서 생성되었다면, 얼음까지 끌어들여 지금보다 훨씬 거대한 행성으로 성장하였을 가능성이 매우 높다. 이 경우 아마도 주로 수소와 헬륨 등 가스 성분이 풍부한 목성형 행성으로 진화했을 것이다.

태양으로부터의 거리, 지구의 크기와 화학 조성, 대기의 조성, 바다 등은 지구의 표면의 온도를 결정하게 되는데, 만약 표면의 온도가 액체 상태의 물이 존재하기에 너무 높거나 낮았다면 바다가 생성되지 않았을 것이며, 이 경우 지금과는 표면의 모습이 전혀 다른 지구로 진화했을 것이다.

 

2. 원시 지구의 탄생

1. 미행성 충돌

미행성들이 충돌하여 매우 작은(현재 지구 크기의 약 0.1배 정도) 원시지구가 생성되었다. 이 때 지구는 내부 구조가 철과 규산염 혼합물로 된 균질된 상태를 유지하고 있었다. 그 크기가 점차 커지면서 중력이 증가하고, 그 결과 미행성체들의 충돌이 증가하면서 원시지구의 성장은 가속화되었다.

 

2. 마그마 바다

미행성체의 충돌이 계속되면서 충돌에 의한 열이 발생하였고 이 때 증발한 수증기에 의한 온실효과와 방사성 원소 붕괴에 의한 열로 원시지구의 온도는 점점 높아지고 암석이 녹기 시작하면서 지구 표면은 전체가 녹은 마그마 상태가 되었다. 이 때 지구의 크기는 현재 지구 크기의 약 0.5배 정도였다.

 

3. 맨틀과 핵의 분리

마그마 바다가 형성된 후 무거운 금속 성분은 가라앉아 금속철의 층이 만들어지기 시작하였다. 지구의 크기가 현재 지구 크기의 약 0.6배 정도 되었을 때 이 금속철 층이 점점 중심 쪽으로 내려가 핵을 먼저 형성하게 되고 이 후 밀도에 의해 맨틀이 분리되어 층상구조를 이루게 되었다.

 

4. 원시지각과 원시바다의 형성

미행성의 충돌이 줄어들면서 지표가 식어 얇은 지각이 형성되었고, 수증기는 지구 대기의 온도가 낮아지면서 비가 되어 표면에 내려 낮은 곳에 모여 원시 바다가 형성되었다. 원시 바다가 생성되었을 때 지구의 크기는 현재 지구의 크기와 비슷해졌다.

원시바다에서는 활발한 화산활동이 일어났는데 이들 화산으로부터 많은 양의 염화이온이 물속으로 녹아들어 갔고 비와 강물이 유지로부터 나트륨과 마그네슘 등의 광물질을 녹여 바다로 운반해 옴으로써 오늘날과 같은 염분이 있는 바닷물이 만들어진 것으로 추정된다.

 

3. 원시대기의 진화

원시지구의 대기는 지구의 크기가 현재 지구 크기의 약 0.4 - 0.5배 정도 되었을 때 미행성체 충돌과 방사성 원소 붕괴에 의한 열로 만들어진 마그마 바다가 식는 과정에서의 격렬한 화산활동으로 형성되었다. 화산 활동으로 마그마 속의 수증기, 수소, 메탄, 암모니아, 이산화탄소 등이 원시지구 대기를 형성하였다.

그 중에서도 가장 많은 양을 차지하는 수증기는 비가 되어 표면에 내려 원시 바다가 되거나 햇빛을 받아 수소와 산소로 분해되었다. 이산화탄소는 대부분 바다에 녹아 들어간 후 탄산칼슘으로 침전되어 석회암을 형성하였다. 질량이 가장 가벼운 수소는 상당 부분이 지구 밖으로 날아갔으며 상대적으로 무거운 산소는 메탄, 암모니아와 반응해 다시 수증기, 이산화탄소와 질소를 만들었다.

메탄은 수증기에서 분해된 산소와 반응하여 이산화탄소와 수소를 만들었다. 암모니아는 햇빛을 받아 질소가 되었다.

산소는 약 27억 년 전부터 바다에 나타난 해조류가 광합성을 하면서 본격적으로 대기에 공급되었다. 산소가 많아짐에 따라 자외선에 의해 분해되어 오존층이 만들어 졌고 이로 인해 생물이 바다에서 육지로 나올 수 있었다.

 

 

4. 생각해볼 문제

 

1. 원시지구가 탄생한 직후, 지표면에 마그마바다가 형성되었다고 생각하는 근거는 무엇인지 설 명해 봅시다.

 

2. 원시바다가 생성되는 과정을 설명해 봅시다.

 

3. 원시바다에서 오늘날과 같은 염분이 있는 바닷물이 만들어지게 된 과정을 설명해 봅시다.

 

4. 원시대기에 풍부했던 이산화탄소가 현재는 어떻게 변화되었는지 설명해 봅시다.

 

 

 

출저 : EBS