탄생 과정
우리 지구는 탄생에 대한 정확한 이론은 정립되어 있지 않습니다. 하지만 지금까지 받아들여지는 가설은 있습니다. 순서대로 나열해보면 1. 성운의 수축과 회전, 2. 원시 태양의 형성, 3. 원시 지구의 형성, 4. 마그마 바다의 형성, 5. 지구의 분화 가 되겠습니다. 이 과정을 통해 현재와 같은 지구를 형성했을 것이라고 보고 있습니다.
세부 과정
반지름이 현재의 1/2 이었을 때, 원시 지구에는 평균 1년에 1000개가 넘는 미행성체가 충돌했을 것으로 추정됩니다. 지구 자체의 중력이 커지면서 미행성을 끌어들이는 힘도 강해지고 충돌 규모도 더욱 커지게 됐습니다. 중력이라고 하면 우리는 뉴턴이 발견한 것이라고는 알고 있습니다. 필자는 글을 쓰면서, 만유인력의 법칙은 알고 있지만 "중력이 처음에는 어떻게 생긴 것일까?"라는 의문이 생겼습니다. 우리는 질량을 가지고 있는 두 물체 간 작용하는 힘이라고 중력을 정의하고 있습니다. 여기서 물체는 왜 중력을 가지고 있는 것인지 궁금하여 찾아봤지만 중력이 왜 생기는지에 대한 이유는 아직까지 파악되지 않았다고 합니다.
다시 이어서, 미행성은 엄청난 고속으로 지구에 충돌하여 원시 지구의 성장을 가속시켰습니다. 미행성체가 지표에 충돌하면 엄청난 고온 고압 상태가 됩니다. 여기서 미행성체가 가지고 있던 물이나 이산화탄소 등의 휘발성분은 순식간에 증발합니다. 이렇게 증발한 수증기는 원시 대기를 형성하고, 수증기에 의한 온실효과로 충돌에너지가 방출되지 못하여 지표의 온도는 계속 상승합니다. 방사성 가열과 중력수축으로 인해 지구의 내부는 녹게 되고 이로 인해 무거운 물질(철, 니켈 등)의 중심부와 가벼운 물질의 지각으로 분화되기 시작하였습니다. 지표는 용융되어 마그마의 바다를 이루고, 이 마그마의 바다는 원시 대기의 변화에 따라 수증기를 흡수 또는 방출하여 용융 평형상태에 이르게 됩니다. 지구에서 일어나는 화산 활동으로 물, 메탄, 이산화황 등이 포함된 대기가 생겨나게 됩니다.
원시 지구가 현재의 80% 정도로 성장했을 때에는 미행성체의 충돌도 줄어들고 충돌 에너지도 감소합니다. 지표의 온도는 내려가고 지구는 냉각하기 시작합니다. 마그마는 굳어지고, 수증기를 다량 함유하고 있던 원시 대기는 마침내 큰 비를 내리게 됨으로써 원시 지구에 바다가 형성됩니다. 지구는 지하에 마그마, 그 위에 얇은 원시 지각, 바다, 그 위에 이산화탄소의 대기를 지니는 층상 구조를 가지게 됩니다. 지구의 층상구조는 열대류를 유발하고, 이를 통해 대륙은 급격히 성장하게 됩니다. 지구의 진화는 운석 충돌이라는 외적요인과 대류 운동이라는 내적 요인이 서로 결합되어 결정되는 것입니다. 이후 지구가 식어감에 따라 맨틀의 대류는 완만해지고 대류의 크기도 커집니다. 이에 따라 표층은 두꺼운 판으로 성장하게 되고, 이 판이 맨틀 내부로 가라앉게 되는 판의 운동이 일어났을 것입니다.
대기 생성
여기서 충돌만 하는 원시지구에서 어떻게 대기가 생겼는지 궁금하실 것 같습니다.
지구가 원시 행성이었을 때 원래 가지고 있었던 가스는 지구가 생성되는 동안에 우주공간으로 빠져나가 버렸습니다. 그 후 지구 내부에 포함되어 있던 가스가 빠져나와 지구 주위를 둘러싸게 되었는데 이것이 원시대가 되었습니다. 이 원시대기는 주로 메테인, 암모니아, 수증기 등으로 이루어져 있었습니다. 이윽고 태양열이 수증기를 산소와 수소로 분리시켰고, 산소는 메테인과 반응하여 이산화탄소와 물이 생성되었다. 또 태양열은 암모니아에서 질소를 분리시켰습니다. 이렇게 하여 이산화탄소와 질소를 주성분으로하는 대기가 생겨나게 되었습니다. 현재 대기 중 20%를 차지하는 산소는 대부분 지구상에 녹색 식물이 출현한 후에 생긴 것입니다. 녹색식물은 광합성의 부산물로 대기 중에 산소를 방출합니다.