시리즈 | Paleontology - 5. 명왕누대1

쉬운 고생물학 - 5.명왕누대1

명왕누대: 지구의 탄생과 형성

지난 이야기

준비들 마치셨나요? 오늘 오전에 저희의 첫 번째 목적지에 도착 예정이라고 했는데요, 다행히 별 문제 없이 무사히 제시간에 도착할 수 있었습니다. 그럼 같이 메인 캐빈으로 같이 가 볼까요? 자, 질서를 지켜서 차례로 이동해 주시기 바랍니다. 드디어 저희 여행이 본격적으로 시작되는 것 같네요. 자, 어서 가자고요! 출~발! ~ 🚀

시작하며

다들 편한 자리에 앉으셨나요? 그러면 지금까지 셔터로 가려져 있던 창문을 열기 전에 저희의 첫 번째 관광지에 대해서 잠깐 알아보는 시간을 갖고 가보도록 하겠습니다. 어제 <고생물학 뜯어보기> 프로그램에서 혹시 뭘 배우셨는지 다들 기억 하시나요? 그렇습니다 화석과 생물분류에 대해 알아봤었죠. 다만, 제가 원하는 답은 아닌 거 같은데... 하하, 맞습니다 지질시대에 대해 같이 알아봤었죠. 저희 관광은 시간의 흐름에 따라 과거부터 다시 현재로 이어져 오는 생명의 발자취를 따라 여행하는 상품이라 했었던 것 같은데, 그렇다면 저희의 첫 번째 목적지가 어딘지는 짐작 가시겠죠? 네, 맞습니다. 저희의 첫 번 째 목적지, 바로 명왕누대(하데스대 ｜冥王累代, Hadean Eon) 랍니다. 그럼 창문 밖의 경이로운 행성의 모습을 바로 보시죠!

명왕누대란?

선캄브리아 시대(Precambrian) 를 중심으로 한 지질시대 표. 각 시대가 차지하는 길이는 실제 전체 지구의 역사에서 차지하는 비중과 거의 같다. 맨 아래의 약 45억 6000만 년 전 ~ 40억 년 전 의 Hadean 이라고 적혀 있는 시기가 명왕누대이다.

무시무시한 광경이죠? 과연 생지옥이 따로 없는 것 같습니다. 다행인 점은 저희가 저 곳에 직접 착륙하지는 않을 것이란 점이죠. 설마 저런 곳에 내려보고 싶은 건 아니겠죠? 아무튼 다시 본론으로 돌아와서, 명왕누대는 지구가 탄생하고 형성되며 어느 정도 안정된 형태와 구조를 갖추게 된 시기입니다. 여기 화면에 있는 그림에서 알 수 있듯이, 보통 학자들은 약 46억 6000만 년 전 ~ 40억 년 전 의 시기를 명왕누대로 보고 있습니다. 이 시기는 지구의 탄생과 함께 시작 최초의 생명이 탄생할 즈음에 끝나게 됩니다. 지금 보이는 이 모습은 그 중에서도 지구가 탄생한 지 얼마 안 된, 아주 초기 몇 천만 년 동안의 모습이죠. 우리가 태양계나 지구에 관한 다큐멘터리를 볼 때 지구에 수많은 운석이 충돌하고, 용암으로 뒤덮인 지표와 달의 형성이 모두 바로 이 시대에 일어난 일이랍니다. 뿐만 아니라 최초의 지각과 바다, 그리고 대륙이 생겨나고 지옥 같은 행성에서 푸르른 바다로 뒤덮인 행성으로 탈바꿈하게 된 시기기도 하지요. 그리고 저희는 오늘부터 2박 3일에 걸쳐 명왕누대의 지구에 대해 자세히 알아 볼 예정입니다. 그렇다면 바로 시작해 볼까요?

지구와 달의 탄생

지구의 탄생과 초기 환경

지구의 탄생을 그린 상상도. 뒤에서 앞으로 올 수록 더 최근에 가깝다. 각 단계에 대한 세부 사항은 학자마다 다를 수 있으니 이렇게 생각하는 학자도 있구나 정도로 해석하면 된다.

자, 그럼 다시 창문 밖으로 시선을 옮겨 봅시다. 저희가 보고 있는 이 광경은 명왕누대 중에서도 지구 탄생 후 2000만년 정도가 흐른 뒤랍니다(약 45억 4000만 년 전). 생각보다 그렇게 격렬하진 않죠? 사실 이 시기는 이미 지구가 형성되고 충분한 시간이 흐른 뒤라서 격렬한 운석 충돌 같은 건 없답니다. 이미 그런 시기는 더욱 초기에 벌어졌거든요. 그렇다면 지금부터 이 초기 이야기를 함께 해 볼까요?

우선 약 46억년 전 (이 시기에는 1억 년 정도의 오차가 있을 수도 있습니다) 처음으로 태양이 탄생한 뒤 수 백만 년에 거쳐 태양 주위의 잔해들이 뭉쳐 행성들이 되었답니다. 지구가 바로 그 중 하나죠. 그 후 원시 지구는 주변 궤도의 물질들과 결합하며 점차 커지게 되었습니다. 현재 우리가 아는 지구와 아마 비슷한 크기까지였을 거예요. 바로 이때가 여러분이 생각하는 수많은 운석이 떨어진 시기기도 하죠. 그 후 지구는 생각보다 훨씬 빠른 속도로 식어가기 시작했습니다. 물론 여기서 빠르다는 것은 수 백만 년의 시간을 뜻하고 식었어도 여전히 대기는 200 °C 에 이르렀답니다. 그리고 우리가 있는 시점이 바로 이 시점이죠. 지구로 내려가서 더 자세히 살펴볼까요?

명왕누대 지구 표면의 상상도. 이는 달이 생겨난 이후 지구의 상상도로 약 45억 1000만 년 전의 모습이다. 다만 이 시점에 대해서는 수 천만 년의 오차가 존재 할 수 있다.

상당히 익숙한 광경이죠? 우리가 흔히 '원시 지구' 라 하면 떠오르는 모습과 흡사한 모습이니까요. 하지만 의외로 이미 이 시대의 지구에는 액체 물로 이루어진 바다가 있었답니다. 어떻게 이런 일이 가능할까요? 이는 바로 높은 기압 때문이랍니다. 지금의 금성과 상당히 유사하다고 보면 이해하기 조금 쉬울까요? 물론 금성은 기압이 높음에도 불구하고 온도가 너무 높아 액체 상태의 물이 없긴 하지만요. 이후 지구는 점차 식어가며 우리에게 익숙한 지구의 모습이 되어 간답니다. 근데 한 가지 이상한 점이 있지 않나요? 없는 것 같다고요? 그럼 다시 한 번 곰곰이 생각해 보세요. 지구 주위를 돌고 있는... 네, 그렇습니다. 눈치채신 것 처럼 아직 지구 주위에는 달이 생기지 않았답니다. 그럼 바로 그 시점으로 같이 이동해 볼까요?

달의 탄생과 거대 충돌설

지구와 테이아(Theia) 의 충돌 장면을 그린 상상도. 테이아는 화성 정도 크기의 원시 행성으로, 지구와 충돌해 그 영향으로 달이 생겼다는 설이 있다.

자, 이곳은 저희가 이었던 시간대에서 1000만 년 전도 지난 후의 지구랍니다. 한... 45억 3000만 년 전 즈음 되겠네요. 여러분이 원하시던 과거 지구의 엄청난 모습이 바로 이런 광경이겠죠? 너무 심한 것 같다고요? 하하하, 뭐 폭발은 크면 클 수록 좋은 거 아니겠습니까? 뭐, 어찌 됐든 지금 보이는 이 광경은 원시 지구와 그 비슷한 궤도에 있던 화성 크기의 행성, 테이아(Theia) 가 충돌하는 장면입니다. 이쯤 봤으면 다들 예상하셨을 것 같은데요, 바로 이 충격으로 달이 만들어 지게 된 것이랍니다. 이를 거대 충돌설(Giant-Inpact hypothesis) 이라고 합니다. 말 그대로 행성 간의 거대한 충돌로 인하여 달이 생겨났다고 생각하는 가설이랍니다. 이 행성에 붙인 이름이 바로 아까 말했던 테이아죠. 물론 이 가설 안에서도 정면으로 충돌했다, 비스듬하게 충돌했다, 느리게 충돌했다 등 여러 주장이 있긴 합니다. 그럼에도 불구하고 여러 시뮬레이션과 연구를 통해 대체로는 이 충돌이 실제로 일어났다는 것에 동의를 하고 있죠. 이 시뮬레이션 영상들은 제가 참고문헌 란에 넣어두었으니 끝나고 봐주셔도 좋을 것 같습니다.

지구 내부 구조의 안정 밑 바다와 원시 대륙의 탄생

맨틀과 지각의 분리

하지만 다행히도 이 거대한 충돌로 인해 지구가 완전히 파괴되어 버리진 않았답니다. 만약 그랬다면, 저희가 이 자리엔 있지 못했겠죠? 이 대충돌 이후로 지구는 점차 안정을 되찾게 되었습니다. 이후 45억 년 전 쯤이 되면 다시 지구가 점점 식고 지표면이 굳기 시작합니다. 그리고 우리가 아는 형태의 산 형태의 산과 지각이 형성되었습니다. 그럼 같이 이 시기로 넘어가 봅시다.

약 40억년 전의 지구 모습의 상상도. 지표가 굳고 안정돼 지각과 판이 형성되었고 맨틀이 분리되었다. 종종 운석이 충돌하거나 대규모 화산 폭발이 일어나기도 했다.

아까 착륙했을 때와는 사뭇 다른 모습이죠? 지금은 약 41억 년 전 쯤의 지구랍니다. 분명 아까는 45억 년 전 이었는데, 한 번에 40억 년을 건너 뛰다니, 너무 심한 거 아니냐고요? 저도 하나하나 설명하고 싶기는 하지만, 그러면 조금 지루해 질 수 있거든요. 물론 그것만이 다는 아닙니다. 하지만 이에 대해서는 내일 다시 살펴보도록 하고 오늘은 초기 지구의 형성 과정에 대해 조금 더 초점을 맞추자고요.

아까 말했듯이 지구는 시간이 점챠 흐르며 식어 갔습니다. 그리고 이 과정에서 격렬하던 화산 운동도 점차 일정 수준으로 안정화 되어갔고, 지구 내부에 있던 물질들도 시간이 지남에 따라 층 별로 나뉘어지게 되었죠. 다들 중학교 때 배워 보셨을 텐데, 기억 나시나요? 오, 맞습니다. 다들 기억하고 계셨군요. 바로 지각과 멘틀이랍니다. 지구가 탄생한지 무려 5억년이 흘러서야 비로소 우리가 아는 지구의 모습과 유사한 지구가 탄생한 것이죠.

바다와 원시 대륙의 탄생

물론 우리에게 익숙한 지구라 하면 지구 내부 구조만 있는 건 아닐 겁니다. 예를 들어 지구의 트레이드 마크라고 할 수 있을 만한 푸르른 바다와 대륙들이 있겠죠. 마찬가지로 이 시대엔 이미 넓은 바다가 있었습니다. 더 정확히는 우리가 지금 땅에 있어서 잘 보이지는 않지만 이 시기 지구의 대부분은 물로 덮여있었지요. 수면 위로 드러나 있는 땅은 극히 일부분에 불과했습니다. 그리고 우리에게 익숙한 크기의 땅들과 대륙은 시생대와 원생대에 가서야 비로소 갖춰지죠.

명왕누대에서 시생대(Archaean) 초기에 이르는 지구 지각 구조의 발달 과정을 도식화 한 그림. 단순한 화산섬들과 퍼져 있던 땅들에서 점차 두껍고 거대한 대륙 지각이 생겨났다. Ga(Giga-annum) 는 10억 년을 의미하는 약자이다.

여기 그림에서 볼 수 있듯이 초기 지구에는 이제 막 굳은 얇은 지각과 화산 활동 등으로 인해 군데군데 솟은 섬들만이 존재해 왔습니다. 그러다 점차 두꺼운 대륙 지각이 형성되기 시작했죠. 이에 대해서도 학자들 마다의 차이가 조금 있긴 하다 만, 최초의 대륙은 명왕누대가 끝날 때 즈음에 형성됐을 것으로 생각됩니다. 하지만 대륙이 넓어지고 우리가 아는 크기의 대륙이 완성된 건 최초의 대륙이 생긴 지 약 10억년이나 지나서죠. 이에 대해서는 나중에 시생대에 가서 자세히 이야기해 보도록 합시다. 아무튼 지구가 탄생한 지 5억 년 정도가 지난 뒤에는 과거의 격렬하고 불타는 듯한 모습은 거의 사라지게 됩니다.

에필로그

자, 여러분 오늘 처음으로 고생물학 투어를 해 봤는데요 다들 어떠셨나요? 타임머신 안에서만 보느라 조금 답답했죠? 금방... 금방은 아닐지도 모르겠지만 분명 나중에는 다시는 걷기 싫을 정도로 걷게 될 예정이니까 걱정하지 마세요. 뭐, 그럼 오늘은 여기 까지 하고 끝낼까요? 이후의 일정을 조금 설명드리자면 오늘 전체적으로 설명한 내용 중 몇 가지를 더욱 자세히 설명해 드릴 예정입니다. 예를 들어 어떻게 이 시기의 연대를 측정했는지 같은 거 말이에요. 또한 후기 명와누대와 시생대 경계에 있었던 몇 가지 사건들에 대해서도 살펴 볼 예정랍니다. 그럼 다들 푹 쉬고 내일 다시 보자고요!