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'''지구'''(Earth)는 [[태양계]]의 세 번째 [[행성]]이다. | '''지구'''(Earth)는 [[태양계]]의 세 번째 [[행성]]이다. | ||
==개요== | ==개요== | ||
| − | 지구는 태양으로부터 세 번째 행성이며 45억 6700만 년 전 형성되었다. 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었다고 추측되는 달을 위성으로 가지고 있다. 지구의 중력은 태양과 상호 작용하고, 유일한 | + | 지구는 태양으로부터 세 번째 행성이며 45억 6700만 년 전 형성되었다. 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었다고 추측되는 달을 위성으로 가지고 있다. 지구의 중력은 태양과 상호 작용하고, 유일한 자연 위성인 달과도 상호작용한다. 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생한다. |
==지구의 역사== | ==지구의 역사== | ||
===원시 태양계의 형성=== | ===원시 태양계의 형성=== | ||
| − | 태양계는 | + | 태양계는 우리 은하의 나선팔에 있던 거대한 성운에서 초신성이 폭발하면서 시작되었다. 이 성운의 99% 이상은 수소와 헬륨으로 이루어졌으며 나머지는 매우 작은 알갱이였던 것으로 추정된다. 이때 발생한 충격파로 성운에서 수축이 일어나며 태양계를 만들 수 있는 원시 태양계 성운이 만들어졌다. 이후 원시 태양계 성운이 수축하면서 회전하기 시작했고, 시간이 지날수록 물질들이 저점 중심으로 모이면서 성운의 회전 속도가 빨라졌다. 이때 수축이 강하게 일어나는 중심부에서는 성운 질량의 대부분을 차지하는 원시 태양이 형성되었다. 그리고 원시 태양 주변에는 성운을 이루는 기체와 먼지가 성운의 회전축과 수직인 평면으로 모여 회전하는 납작한 원반이 만들어졌다. 성운의 온도가 서서히 내려가면서 회전하는 원반에서는 수많은 고리가 만들어졌고, 각 고리에서 먼지와 얼음 알갱이 같은 고체 입자들이 충돌하고 합쳐지며 수많은 미행성체가 형성되었다.<ref name='미래엔'>〈[https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiWlNSLoofyAhUQY94KHQm2DOsQFjACegQIChAD&url=http%3A%2F%2Ftextbook-miraen.cdn.x-cdn.com%2Ftextbook%2Fnewbook%2Fhigh%2Fearth%2F%25EA%25B3%25A0)%25EC%25A7%2580%25EA%25B5%25AC%25EA%25B3%25BC%25ED%2595%25992_%25EA%25B5%2590%25EC%2582%25AC%25EC%259A%25A9%2520%25EA%25B5%2590%25EA%25B3%25BC%25EC%2584%259C.pdf&usg=AOvVaw1QlSKEk-mOmoNAWte2goSY 지구의 형성과 역장]〉, 《미래엔》</ref> 태양이 막 별로 탄생하였던 당시에는 태양의 높은 온도 때문에 주변의 먼지들이 처음에는 모두 기체로 변했지만 이 기체들은 곧 냉각되어 작은 광물 알갱이를 이루었다. 이 알갱이들은 서로 충돌하여 합쳐져 커다란 미행성으로 자라게 된다.<ref name='46억'>최덕근, 〈[https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200358448963838&dbt=NART 지구 46억 년의 역사]〉, 《사이언스온》, 2003-06</ref> 원시 태양 부근의 원반 안쪽은 온도가 매우 높았기 때문에 가벼운 성분은 대부분 날아갔으며 철, 니켈 등과 같은 금속이나 규산염 물질 등 무거운 성분이 남아 밀도가 높고 암석으로 이루어진 지구형 행성이 형성되었다. 반대로, 원반 바깥쪽은 상대적으로 온도가 낮았기 때문에 가벼운 성분이 얼음 상태의 입자로 남았다. 얼음 상태의 입자는 암석 성분의 먼지와 합쳐져 미행성체가 되었으며 미행성체가 성장하면서 가벼운 기체 성분을 끌어모아 밀도가 작고 질량이 큰 목성형 행성이 형성되었다.<ref name='미래엔'></ref> |
===달과 원시 지구의 형성=== | ===달과 원시 지구의 형성=== | ||
| − | 지구는 약 45억 6700만 년 전에 형성되었으며, 태양계가 | + | 지구는 약 45억 6700만 년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성될 때와 같다고 본다. 원시 태양계 원반의 태양에 가까운 부근에서는 막 방출되기 시작한 태양 복사에너지 때문에 휘발성 성분이 날아갔고 그 때문에 규소를 주성분으로 하는 암석류와 니켈, 철 같은 금속 성분이 남았다. 원시 지구는 무거운 성분이 풍부한 미행성체들이 충돌하고 결합하는 과정에서 형성되었다. 따라서 지구는 주로 철, 니켈 등의 금속과 규산염 물질로 이루어져 있다. 원시 지구는 미행성체와 충돌하면서 크기가 성장하였는데, 미행성의 크기가 커지면 성장 속도는 가속도가 붙었다.<ref name='키덜트'>슈퍼키덜트 슈퍼키덜트, 〈[https://superkidult.tistory.com/8 지구의 정의와 대기와 바다의 형성 그리고 생명체]〉, 《개인 블로그》, 2020-03-30</ref> 한편 지구에는 달이라고 하는 큰 위성이 있는데, 달의 기원을 가장 잘 설명하는 이론으로는 거대 충돌설이다. 이 가설에 따르면 지구 궤도의 미행성들이 모여 어느 정도 크기의 원시 지구가 만들어졌을 무렵인 가스 원반 형성 후 약 5천만 년이 지났을 때, 화성 크기의 미행성이 원시 지구와 충돌했는데 이때 충돌한 원시 지구와 미행성의 중심에 있던 무거운 물질이 합쳐져 지구의 모태를 이루게 되었다. 충돌 후 부서진 덩어리들의 대부분은 지구로 낙하했지만 지구로부터 멀리 떨어져 있던 덩어리들은 자기들끼리 모여 달의 씨앗을 만들었다. 지구와 달이 탄생한 후에도 지구와 달에는 한동안 미행성들의 충돌이 이어졌다. 이 미행성들의 충돌 에너지에 의해 지구와 달의 겉 부분은 대부분 녹아 마그마 바다를 이루었다. 이 마그마 바다는 지구와 달이 충돌한 후 약 5천만 년에서 1억 년 동안 존재했으며 이 기간에 지각과 맨틀 그리고 핵의 분화가 일어났다.<ref name='46억'></ref> |
===마그마 바다=== | ===마그마 바다=== | ||
| − | 원시 지구는 바깥층이 거의 녹은 상태를 겪으면서 성장했다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 나뉘는데 | + | 원시 지구는 바깥층이 거의 녹은 상태를 겪으면서 성장했다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 나뉘는데 첫 번째로는 소행성의 충돌이다. 소행성이 충돌하면서 생기는 운동에너지가 열에너지로 바뀌면서 원시 지구는 뜨겁게 달아올랐다. 두 번째는 중력 에너지이다. 원시 지구가 가열되면서 조금씩 녹기 시작하자 그 안에 섞여있던 규소와 철이 분리되기 시작했다. 상대적으로 무거운 철이 중력 에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠리면서 엄청난 중력 에너지를 열에너지의 형태로 방출하게 된다. 세 번째 열원은 원시 태양계에 있던 방사성 동위원소 붕괴열이다. 지구의 바깥층이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 하는데, 그 깊이는 수백 km에 달했다고 추측된다. 중력 분화가 끝나고 소행성의 낙하도 사그라들자 지구가 식기 시작했다. 마그마 바다가 식으면서 최초의 지각이 형성되었다.<ref name='키덜트'></ref> |
===원시 지각과 원시 바다=== | ===원시 지각과 원시 바다=== | ||
| − | 원시 지구가 어느 정도 커진 다음에는 충돌하는 미행성의 수가 줄었으며 맨틀에서의 활발한 대류에 의해 지구의 | + | 원시 지구가 어느 정도 커진 다음에는 충돌하는 미행성의 수가 줄었으며 맨틀에서의 활발한 대류에 의해 지구의 겉 부분이 빠르게 식으면서 지각이 형성되었다. 현재, 최초의 지각은 현무암질이었으리라고 추정하는 데그 이유는 최초의 지각이 마그마 바다가 굳어 만들어졌다면 그 성분은 현재의 지각과 상부 맨틀을 섞어 놓은 것과 비슷할 것이기 때문이다. 원시 지구의 마그마 바다는 화산활동이 활발하게 일어나는 곳이었다. 화산이 폭발할 때는 용암이나 암석 부스러기가 분출되기도 하지만 동시에 엄청난 양의 휘발성분도 방출된다. 이때 방출되는 휘발성분 중 약 80%는 수증기이며 12%는 이산화탄소 그리고 나머지를 유황가스, 질소 및 수소 등이 차지했던 것으로 추정된다. 유황가스는 다른 원소와 결합해 퇴적물 속으로 들어갔으며 그 결과 원시대기는 주로 이산화탄소가 80%, 질소 15%, 수소 5% 등으로 이루어지게 되었다.<ref name='46억'></ref> 더불어 충돌로 인해 방출되어 나간 열에너지에 의한 가열과 원시대기의 보온 효과에 의해 지표의 온도가 올라가고 암석이 녹아 마그마의 바다가 형성되었다. 수증기의 일부는 마그마에 녹고 나머지는 원시대기를 형성해 고도 300km 지점에 구름이 생겼다. 원시 지구가 현재의 크기에 가까워졌을 때 미행성의 충돌은 적어져서 대기의 온도가 급격히 내려가 구름이 두터워지고 구름의 밑바닥이 지표에까지 이르게 됐다. 지구의 온도가 낮아지고 액체 상태의 지각이 굳어지면서 고체가 되었으며 공기 중의 수증기가 물방울로 변하면서 구름을 만들었고 하늘을 뒤덮은 두꺼운 구름에서 마침내 비가 내리기 시작했다. 지구 최초의 이 비는 300도씨 정도의 뜨거운 비였다. 장맛비처럼 쏟아진 이 비는 1300도 정도로 펄펄 끓는 땅 표면을 빠른 속도로 식혀주었다. 땅 표면이 식으면서 공기 중의 수증기가 물방울로 바뀌었고 또 비가 내렸는데 얼마간 이런 일이 일어났는지 아무도 모르지만 원시 대기의 약 80%에 이르는 수증기가 비가 되어 1000년이나 계속해 내렸고 연간 10m가 넘는 강우량을 보인 걸로 추측된다. 대기 중의 염산가스와 황산 가스에 의해 비는 강산성이었으리라 추측되고 그렇게 약 45억 년 전에 바다가 탄생했다.<ref>김동성, 〈[https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=38017 지구와 바다 그리고 생명의 탄생①]〉, 《헬로디디》, 2021-06-07</ref> |
===생명의 탄생=== | ===생명의 탄생=== | ||
| − | 지구의 독특한 점 중 하나는 생명의 존재이다. 하지만 생명이 언제 어디에서 어떻게 만들어졌는가 하는 질문에 대해선 우리는 아직도 명확하게 답하지 못하고 있다. 분명 지구 탄생 이후 처음 수 억 년 동안은 미행성들의 충돌과 | + | 지구의 독특한 점 중 하나는 생명의 존재이다. 하지만 생명이 언제 어디에서 어떻게 만들어졌는가 하는 질문에 대해선 우리는 아직도 명확하게 답하지 못하고 있다. 분명 지구 탄생 이후 처음 수 억 년 동안은 미행성들의 충돌과 마그마 바다의 존재 때문에 생명이 존재하기는 어려웠을 것이다. 과학자들은 38억 년 전 원시 지구에 처음 생명체가 탄생했다고 말한다. 그런데 당시 지구는 지금과는 전혀 다르게 산소가 없었고 바다는 뜨거웠으며 운석과 혜성이 끊임없이 충돌하는 곳이었다. 무기물만 있던 지구에서 어떻게 유기물이 생겼고 생명체가 탄생했는지에 대해 과학자들은 3가지 가설을 내놓았다. |
| − | * 원시 대기에서 유기물 합성 : 1920년대 러시아의 생화학자 알렉산드르 오파린(Oparin, Aleksandr Ivanovich)은 | + | * 원시 대기에서 유기물 합성 : 1920년대 러시아의 생화학자 알렉산드르 오파린(Oparin, Aleksandr Ivanovich)은 원시 지구가 목성과 비슷한 상태의 대기를 가졌다고 생각했다. 그래서 오파린은 목성의 대기 상태를 기초로 원시 지구의 대기가 메탄, 암모니아, 수소, 수증기로 이루어졌다고 추측했다. 오파린은 이 성분들이 반응해 유기물이 합성되었고, 이 유기물들이 바다에 축적되는 과정에서 코아세르베이트라는 유기물 복합체가 생겼으며 이것으로부터 생명체가 탄생했다는 이론을 제시했다. 1953년 미국의 화학자 스탠리 밀러(Stanley Miller)는 스승인 해럴드 유리(Harold Urey)와 함께 오파린의 이론을 확인할 수 있는 실험을 하였다. 두 사람은 용기에 메탄, 암모니아, 수소 혼합기체를 넣고 이 용기에 끓는 물에서 올라오는 수증기를 집어넣어 바닷물이 순환하는 원시 지구의 대기와 비슷한 구조를 만들었다. 그리고 원시 지구에서 자주 일어났으리라 추측되는 번개를 대신해 용기 안에 전기 방전을 일으켰다. 이 실험은 일주일 동안 계속되었는데, 일주일 후에 단백질의 구성 성분인 아미노산과 같은 유기물이 생성되었다. 이 실험은 오파린의 가설에 힘을 보태주었다. 하지만 이와 비슷한 다른 실험에서 실험자가 원시 지구의 대기를 어떻게 정하느냐에 따라 실험 결과가 달라졌다. |
| − | * 유기물 외계 유입설 : 별과 별 사이의 우주 공간에 존재하는 분자인 성간 분자는 지금까지 발견된 것만 140여 종에 달하는데, 여기에는 혜성의 꼬리에서 발견된 글리신과 같은 간단한 아미노산이 포함된다. 성간 구름의 표면에서 화학반응이 일어나 글리신과 같은 간단한 | + | * 유기물 외계 유입설 : 별과 별 사이의 우주 공간에 존재하는 분자인 성간 분자는 지금까지 발견된 것만 140여 종에 달하는데, 여기에는 혜성의 꼬리에서 발견된 글리신과 같은 간단한 아미노산이 포함된다. 성간 구름의 표면에서 화학반응이 일어나 글리신과 같은 간단한 아미노산이 생성될 가능성은 얼마든지 있다. 또한 지구에 떨어진 운석에서 아미노산과 같은 유기물들이 발견되었다. 심지어는 DNA의 기본 단위인 뉴클레오티드의 구성 성분이 발견된 사례도 있다. 이렇게 유기물이 성간 분자로 발견되고 생명의 기본단위들이 운석에 들어 있다면, 지구 생명의 씨앗도 외계에서 오지 않았을지 생각하는 가설 또한 존재한다. 원시 지구는 수많은 운석들이 쏟아져 들어와 충돌했다고 한다. 이 시기를 재현한 최근 실험에 의하면, 원시 지구에 존재하던 물질에 운석 충돌을 대신해 강력한 레이저로 충격을 가하자 DNA 구성 성분이 만들어졌다고 한다. 이 실험 결과는 운석들이 충돌한 충격으로 발생한 에너지가 원시 지구 물질의 화학 반응을 촉발해 DNA 구성 성분을 만들었고 여기에서 생명이 시작되었음을 시사한다. |
| − | * | + | * 열수 분출공 생명 기원설 : 수심이 아주 깊은 해저에서는 바닷물이 지각 틈 사이로 스며들어갈 수 있는데, 스며들어간 바닷물은 뜨거운 마그마에 의해 460도까지 데워진다. 그러면 주변 암석에 들어있던 일부 금속 성분들이 뜨거운 물에 녹아들어 간다. 뜨거운 바닷물은 지각의 갈라진 틈을 통해 다시 분출되는데, 수심 2000~3000m 깊이에서는 압력이 대기압의 200~200배이기 때문에 물이 수백 ℃라고 해도 수증기로 변하지 않는다. 뜨거운 물이 주변의 차가운 바닷물과 만나면 뜨거운 물에 녹아 있던 물질들이 식어 침전되면서 굴뚝을 만든다. 굴뚝은 시간이 흐르면서 점점 자라게 되는데 이것을 열수분출공이라고 한다. 해저를 직접 탐험할 수 없어떤 과거에는 햇빛이 도달하지 못하는 깊은 해저에 사는 생물들이 매우 드물 것으로 생각했다. 그런데 기술이 발달하여 깊은 해저를 직접 탐험하면서 과학자들은 열수분출공 주변에 사는 많은 동물들을 발견했다. 열수분출공에서 뿜어 나오는 뜨거운 바닷물에는 황화수소가 많이 들어있었는데, 이 황화수소를 소화시켜 태양빛 없이도 유기물을 합성하는 화학합성 박테리아들이 있기 때문이다. 이 박테리아들이 다른 생물의 먹이가 되면서 열수분출공 주변에 생태계가 형성된다. 일부 과학자들은 해저의 열수분출공처럼 척박한 환경이 원시 지구의 환경과 비슷했을 것이라고 주장하면서 생명의 기원을 열수분출공에서 찾는다. 그들은 열수분출공이 생명 탄생에 적절한 물리-화학적 환경과 에너지를 제공했다고 생각한다.<ref>윤상석 프리랜서 작가, 〈[https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%83%9D%EB%AA%85%EC%9D%80-%EC%96%B4%EB%94%94%EC%97%90%EC%84%9C-%EC%99%94%EC%9D%84%EA%B9%8C/ 생명은 어디에서 왔을까?]〉, 《사이언스타임즈》, 2020-01-10</ref> |
==구조== | ==구조== | ||
| − | 지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이 | + | 지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이 다섯 개의 지구형 행성 중에서 지구는 가장 무겁고 크다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다. 지구의 내부 구조는 대체로 층상 구조를 이루고 있다. 지구의 최외각 부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라 대기권, 수권으로 구분한다. 생물권은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로 인정하지 않고 있다. 전통적 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥 부분부터 지각, 맨틀, 핵 순이다. 여기서 핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 가장 바깥 부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비해 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 특징이 있다. 지각은 다시 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각과 해양지각이다.<ref name='위키'>〈[https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A7%80%EA%B5%AC#%EA%B5%AC%EC%A1%B0 지구]〉, 《위키백과》</ref> |
===지각=== | ===지각=== | ||
| − | 대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘과 같이 무거운 원소를 양이온으로 | + | 대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘과 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분이다. 지각에서의 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않는다. 지각 평형설에 따르면 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해 두꺼워야 하고, 해양지각은 얇아야 한다. 이런 까닭에 대륙지각의 두께는 30에서 70km에 달하는 반면 해양지각의 두께는 10km도 되지 않는다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라지는데 반해, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통해 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보인다.<ref name='위키'></ref> |
===맨틀=== | ===맨틀=== | ||
| − | 지각의 맨 | + | 지각의 맨 아랫부분은 모호로비치치 불연속면이라고 하며 이 면을 경계로 하여 지진파의 속도가 상당히 빨라진다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 생각하며 그 아랫부분을 맨틀이라고 한다. 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 시작해 2900 km에 이르는 구역을 가리킨다. 따라서 맨틀의 주요 구성 성분인 규산염 광물 역시 깊이에 따라 매우 광범위한 변화를 보인다. 최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 약 3.3g/㎤인 반면, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 약 5.5g/㎤에 달할 것으로 추정한다. 맨틀의 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km까지를 차지한다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인해 스피넬 구조로 상변이를 일으킨다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존한다. 이 깊이 이하를 하부 매틀이라고 하여 상부 맨틀과 구분한다. 맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 오랜 시간에 걸쳐 유체처럼 행동하며 대류를 일으킨다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감한 변화이기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다는 견해가 있다.<ref name='위키'></ref> |
===핵=== | ===핵=== | ||
| − | 핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어 있다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다. 이러한 | + | 핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어 있다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다. 이러한 갑작스러운 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한 구분을 보이는데 이 면을 구텐베르크 면이라고 한다. 핵은 깊이 5100km를 경계로 또다시 두 층으로 나뉘는데 외핵과 내핵이 그것이다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 되어 있다고 추정하고 있으며, 내핵은 고체 상태로 여겨진다. 내핵과 외핵의 경계면은 레만면이라고 한다. 외핵은 액체 상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류하고 있다고 추정하고 있으며 외핵의 전도성의 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장이 유지되고 있다. 지구 물리적인 관점에서는 지구 내부를 물성에 따라 분류하는데 다음과 같은 층상 구조로 구분된다.<ref name='위키'></ref> |
* 0 - 약 60km : 암석권 | * 0 - 약 60km : 암석권 | ||
* 약 60 km - 약 200 km : 연약권 | * 약 60 km - 약 200 km : 연약권 | ||
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==자전과 공전== | ==자전과 공전== | ||
| − | 지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하며 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대 방향이다. 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 관찰할 수 있다. 지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있다. 이 때문에 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다. 지구의 궤도 속도는 평균 초속 30km 정도인데 이 속도는 지구의 지름을 | + | 지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하며 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대 방향이다. 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 관찰할 수 있다. 지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있다. 이 때문에 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다. 지구의 궤도 속도는 평균 초속 30km 정도인데 이 속도는 지구의 지름을 7분 만에 달까지의 거리는 4시간 만에 통과할 수 있는 속도이다. 지구는 하나의 위성인 달을 거느리고 있는데, 달과 지구는 공동 질량중심 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편, 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양 주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는 데에는 항성월보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간은 삭망월이라고 한다. 공전 궤도면에 수직인 방향과 자전축은 서로 일치하지 않고 23.5도나 차이가 난다. 이 기울기 때문에 공전 궤도상의 지구의 위치에 따라 태양 입사의 각도가 달라지게 되고 계절의 변화를 일으킨다. 달의 궤도면은 지구의 공전궤도면과 또다시 5도의 차이가 있다. 따라서 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다. 지구의 자전, 공전과 관계없이 태양에 고정되어 있는 좌표계인 관성좌표계에서 지구는 세차운동을 한다. 세차운동이란 지구의 자전축이 긴 시간을 주기로 원뿔 모양을 그리면서 회전하는 것인데 그 주기는 25800년이다. 세차운동은 태양의 중력이 지구의 볼록 타원체에 자동적으로 가해져서 생기는 현상으로 비슷하게 달에 의해서도 자전축이 흔들리면 그 주기는 18.6 년이고 장동이라 부른다. 지구와 함께 회전하는 지구와 함께 회전하는 좌표계에서는 지구의 자전은 약간의 불안정함을 보이는데 이것을 극운동이라고 한다. 극운동은 준 주기적인 운동이며 연주기 성분과 챈들러 운동이라고 하는 14개월 성분으로 이루어져 있다. 극운동과 함께 지구의 저전 속도 역시 일정하지 않으며 따라서 하루의 길이 역시 달라지게 된다. 달과의 인력과 바다의 밀물과 썰물의 상호 관계 때문에 지구의 자전 속도는 매년 0.0000017초 정도 느려지고 달과의 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다. 현재 지구 공전 궤도의 근일점은 1월 3일 부근에 있으며 원일점은 7월 4일 부근에 있다. 세차운동과 밀란코비치 주기로 알려진 현상에 의해 지구의 공전 궤도는 달라진다.<ref name='위키'></ref> |
==디지털 지구== | ==디지털 지구== | ||
| − | 1998년 미국의 부통령인 앨 고어는 다양한 해상도로 지표면을 볼 수 있으며 3차원적 표현이 가능한 디지털 지구(Digital Earth)라는 비전을 제시했다. 이를 통해 물리적, 사회적 환경에 대한 막대한 양의 | + | 1998년 미국의 부통령인 앨 고어는 다양한 해상도로 지표면을 볼 수 있으며 3차원적 표현이 가능한 디지털 지구(Digital Earth)라는 비전을 제시했다. 이를 통해 물리적, 사회적 환경에 대한 막대한 양의 지리 참조 정보를 찾아내고, 시각화하고 의미 있는 것으로 만들어낼 수 있다. 디지털 지구는 공간과 시간을 수단으로 내비게이션 가능하며 역사적 데이터는 물론 환경 모델을 바탕으로 미래를 예측할 수 있는 시스템으로서 과학자, 정책 입안자는 물론이고 모든 사람들이 접근이 가능한 시스템이다. 오늘날 디지털 지구를 구현하기 위한 컴퓨터 프로세싱, 광대역 인터넷망, 시스템 간 상호 운용성, 그리고 데이터의 구조, 저장, 검색, 데이터 표현 등의 제반 문제들이 빠른 기술적 진보에 의해 세계 수백만의 사람들에 의해 매일 사용되어질 정도로 기술상의 문제가 해결되었다. 지오 브라우징(Geo-browsing)은 주요 산업이 되었으며, 지리적인 데이터를 검색하고 정보를 시각화하는 새로운 방법들이 개발되었다.<ref>〈[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3475407&cid=58439&categoryId=58439 Digital Earth]〉, 《네이버 지식백과》</ref> 지금은 누구나 스마트폰을 통해 가상 세계에 접속할 수 있게 되었다. 코로나19로 비대면, 언택트 사회가 확산되며 일상에서 디지털 지구 즉, 가상 공간이 차지하는 비중이 광범위하게 확장되었다.<ref name='연구'>문미옥, 〈[https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwj0-NGUk4ryAhWJEIgKHZFaBLg4FBAWMAR6BAgEEAM&url=https%3A%2F%2Fstepi.re.kr%2Fcommon%2Freport%2FDownload.do%3FreIdx%3D55%26streFileNm%3D7ee0281d-4308-4640-9804-7e42fcf051ab.pdf%26cateCont%3DA0505&usg=AOvVaw0GieEHn4G5t8h_bK8RaBcZ Betaverse, 가상과 현실의 경계를 넘어]〉, 《과학기술정책연구원》, 2021-01~02</ref> |
===메타버스=== | ===메타버스=== | ||
| − | 메타버스(Metaverse)는 초월을 뜻하는 메타(Meta)와 우주를 뜻하는 유니버스(Universe)의 합성어로 인터넷 공간과 물리적 공간이 공존하는 집합적 | + | 메타버스(Metaverse)는 초월을 뜻하는 메타(Meta)와 우주를 뜻하는 유니버스(Universe)의 합성어로 인터넷 공간과 물리적 공간이 공존하는 집합적 가상 공존 세계(Virtual Shared Space)를 의미한다. 닐 스티븐슨의 SF 소설인 스노우 크래시(Snow Crash)에 처음 등장한 용어로 나를 상징하는 아바타 캐릭터를 통해 실생활의 다양한 활동들이 이루어지는 인터넷 기반의 3D 가상 세계로 묘사되기도 했다. 코로나19 초래한 비대면 패러다임으로의 전환 과정에서, 메타버스는 현실 세계에서 불가능한 다양한 사회, 경제, 문화적 활동을 실현하는 공간으로 변모하는 중이다. 최근 메타버스는 시공간의 제약을 뛰어넘는 확장성과 현실 세계와 유사한 실재감을 기반으로 특히, 미래의 중심 소비층인 Z세대에 성공적으로 소구하고 있다. 급속한 디지털 전환과 코로나19의 충격은 일상에서 온라인 가상공간이 차지하는 비중을 광범위하게 확장시켰다. 한국콘텐츠진흥원(2020)의 최근 조사에 따르면 가상현실(VR) 게임을 경험한 이용자의 26.6%가 코로나19 이후 게임 이용 시간이 증가했다고 응답했으며, 특히 VR 게임 콘텐츠 구입 경험이 있는 응답자의 45.7%는 이전보다 콘텐츠 구입에 더 많은 돈을 쓴다고 답했다. 그러나 주목할 점은 최근의 변화가 단순히 시간과 소비의 양적 증가에 그치지 않는다는 점이다. 가상공간 내 활동 범위와 성격에 대한 질적 변화의 흐름도 감지되고 있기 때문이다. 게임과 엔터테인먼트에 치중되어 있던 VR 서비스는 친교활동과 교육, 비즈니스의 영역으로 확장되는 중이다. 그 결과, 현실과 가상이 분리된 패러다임에서 매우 제한적 영역에서만 구현되었던 가상세계는 오감을 접목시켜 한층 진화된 상호작용이 가능하게 되었으며, 가상의 경험들이 현실과 긴밀히 연결되고 사용자 또한 두 세계의 공존을 익숙해하는 이른바 혼합 세계가 펼쳐지고 있다. 더 나아가 가상의 공간이 실제 현실로 착각할 만큼 정교해지고, 일상의 활동 대부분이 구현됨으로써 굳이 두 세계의 영역을 구분할 필요가 없게 되는 대체 세계까지 바라볼 수 있게 되었다. 이 같은 진화는 확장 가상 세계로서 메타버스의 시대가 본격화되고 있음을 의미한다. 이를 말해주듯, 오롯이 현실 세계에서만 가능할 것으로 생각되던 다양한 활동 가치들이 메타버스 가상세계에서 새롭게 구현되고 있다. 미국의 힙합가수 트래비스 스콧은 코로나19로 불가능해진 콘서트를 온라인 액션 게임 포트나이트에서 온라인 형태로 개최하였다. 이날 45분의 공연을 통해 그가 올린 수익은 약 2000만 달러에 달한 것으로 추정된다. 또한 BTS가 신곡 다이너마이트 안무를 최초 공개한 방식도 음악방송이나 유튜브가 아닌 포트나이트 게임 속의 아바타를 통해서였다. 이뿐만이 아니라 샌드박스 롤플레잉 게임인 로블록스 안에는 게임 속에서 또 다른 게임과 아이템을 개발하고 있는 인력이 200만 명에 달하며 40만 명은 아예 전업으로 종사하고 있다.<ref name='연구'></ref> |
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2021년 7월 30일 (금) 16:23 판
목차
개요
지구는 태양으로부터 세 번째 행성이며 45억 6700만 년 전 형성되었다. 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었다고 추측되는 달을 위성으로 가지고 있다. 지구의 중력은 태양과 상호 작용하고, 유일한 자연 위성인 달과도 상호작용한다. 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생한다.
지구의 역사
원시 태양계의 형성
태양계는 우리 은하의 나선팔에 있던 거대한 성운에서 초신성이 폭발하면서 시작되었다. 이 성운의 99% 이상은 수소와 헬륨으로 이루어졌으며 나머지는 매우 작은 알갱이였던 것으로 추정된다. 이때 발생한 충격파로 성운에서 수축이 일어나며 태양계를 만들 수 있는 원시 태양계 성운이 만들어졌다. 이후 원시 태양계 성운이 수축하면서 회전하기 시작했고, 시간이 지날수록 물질들이 저점 중심으로 모이면서 성운의 회전 속도가 빨라졌다. 이때 수축이 강하게 일어나는 중심부에서는 성운 질량의 대부분을 차지하는 원시 태양이 형성되었다. 그리고 원시 태양 주변에는 성운을 이루는 기체와 먼지가 성운의 회전축과 수직인 평면으로 모여 회전하는 납작한 원반이 만들어졌다. 성운의 온도가 서서히 내려가면서 회전하는 원반에서는 수많은 고리가 만들어졌고, 각 고리에서 먼지와 얼음 알갱이 같은 고체 입자들이 충돌하고 합쳐지며 수많은 미행성체가 형성되었다.[1] 태양이 막 별로 탄생하였던 당시에는 태양의 높은 온도 때문에 주변의 먼지들이 처음에는 모두 기체로 변했지만 이 기체들은 곧 냉각되어 작은 광물 알갱이를 이루었다. 이 알갱이들은 서로 충돌하여 합쳐져 커다란 미행성으로 자라게 된다.[2] 원시 태양 부근의 원반 안쪽은 온도가 매우 높았기 때문에 가벼운 성분은 대부분 날아갔으며 철, 니켈 등과 같은 금속이나 규산염 물질 등 무거운 성분이 남아 밀도가 높고 암석으로 이루어진 지구형 행성이 형성되었다. 반대로, 원반 바깥쪽은 상대적으로 온도가 낮았기 때문에 가벼운 성분이 얼음 상태의 입자로 남았다. 얼음 상태의 입자는 암석 성분의 먼지와 합쳐져 미행성체가 되었으며 미행성체가 성장하면서 가벼운 기체 성분을 끌어모아 밀도가 작고 질량이 큰 목성형 행성이 형성되었다.[1]
달과 원시 지구의 형성
지구는 약 45억 6700만 년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성될 때와 같다고 본다. 원시 태양계 원반의 태양에 가까운 부근에서는 막 방출되기 시작한 태양 복사에너지 때문에 휘발성 성분이 날아갔고 그 때문에 규소를 주성분으로 하는 암석류와 니켈, 철 같은 금속 성분이 남았다. 원시 지구는 무거운 성분이 풍부한 미행성체들이 충돌하고 결합하는 과정에서 형성되었다. 따라서 지구는 주로 철, 니켈 등의 금속과 규산염 물질로 이루어져 있다. 원시 지구는 미행성체와 충돌하면서 크기가 성장하였는데, 미행성의 크기가 커지면 성장 속도는 가속도가 붙었다.[3] 한편 지구에는 달이라고 하는 큰 위성이 있는데, 달의 기원을 가장 잘 설명하는 이론으로는 거대 충돌설이다. 이 가설에 따르면 지구 궤도의 미행성들이 모여 어느 정도 크기의 원시 지구가 만들어졌을 무렵인 가스 원반 형성 후 약 5천만 년이 지났을 때, 화성 크기의 미행성이 원시 지구와 충돌했는데 이때 충돌한 원시 지구와 미행성의 중심에 있던 무거운 물질이 합쳐져 지구의 모태를 이루게 되었다. 충돌 후 부서진 덩어리들의 대부분은 지구로 낙하했지만 지구로부터 멀리 떨어져 있던 덩어리들은 자기들끼리 모여 달의 씨앗을 만들었다. 지구와 달이 탄생한 후에도 지구와 달에는 한동안 미행성들의 충돌이 이어졌다. 이 미행성들의 충돌 에너지에 의해 지구와 달의 겉 부분은 대부분 녹아 마그마 바다를 이루었다. 이 마그마 바다는 지구와 달이 충돌한 후 약 5천만 년에서 1억 년 동안 존재했으며 이 기간에 지각과 맨틀 그리고 핵의 분화가 일어났다.[2]
마그마 바다
원시 지구는 바깥층이 거의 녹은 상태를 겪으면서 성장했다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 나뉘는데 첫 번째로는 소행성의 충돌이다. 소행성이 충돌하면서 생기는 운동에너지가 열에너지로 바뀌면서 원시 지구는 뜨겁게 달아올랐다. 두 번째는 중력 에너지이다. 원시 지구가 가열되면서 조금씩 녹기 시작하자 그 안에 섞여있던 규소와 철이 분리되기 시작했다. 상대적으로 무거운 철이 중력 에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠리면서 엄청난 중력 에너지를 열에너지의 형태로 방출하게 된다. 세 번째 열원은 원시 태양계에 있던 방사성 동위원소 붕괴열이다. 지구의 바깥층이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 하는데, 그 깊이는 수백 km에 달했다고 추측된다. 중력 분화가 끝나고 소행성의 낙하도 사그라들자 지구가 식기 시작했다. 마그마 바다가 식으면서 최초의 지각이 형성되었다.[3]
원시 지각과 원시 바다
원시 지구가 어느 정도 커진 다음에는 충돌하는 미행성의 수가 줄었으며 맨틀에서의 활발한 대류에 의해 지구의 겉 부분이 빠르게 식으면서 지각이 형성되었다. 현재, 최초의 지각은 현무암질이었으리라고 추정하는 데그 이유는 최초의 지각이 마그마 바다가 굳어 만들어졌다면 그 성분은 현재의 지각과 상부 맨틀을 섞어 놓은 것과 비슷할 것이기 때문이다. 원시 지구의 마그마 바다는 화산활동이 활발하게 일어나는 곳이었다. 화산이 폭발할 때는 용암이나 암석 부스러기가 분출되기도 하지만 동시에 엄청난 양의 휘발성분도 방출된다. 이때 방출되는 휘발성분 중 약 80%는 수증기이며 12%는 이산화탄소 그리고 나머지를 유황가스, 질소 및 수소 등이 차지했던 것으로 추정된다. 유황가스는 다른 원소와 결합해 퇴적물 속으로 들어갔으며 그 결과 원시대기는 주로 이산화탄소가 80%, 질소 15%, 수소 5% 등으로 이루어지게 되었다.[2] 더불어 충돌로 인해 방출되어 나간 열에너지에 의한 가열과 원시대기의 보온 효과에 의해 지표의 온도가 올라가고 암석이 녹아 마그마의 바다가 형성되었다. 수증기의 일부는 마그마에 녹고 나머지는 원시대기를 형성해 고도 300km 지점에 구름이 생겼다. 원시 지구가 현재의 크기에 가까워졌을 때 미행성의 충돌은 적어져서 대기의 온도가 급격히 내려가 구름이 두터워지고 구름의 밑바닥이 지표에까지 이르게 됐다. 지구의 온도가 낮아지고 액체 상태의 지각이 굳어지면서 고체가 되었으며 공기 중의 수증기가 물방울로 변하면서 구름을 만들었고 하늘을 뒤덮은 두꺼운 구름에서 마침내 비가 내리기 시작했다. 지구 최초의 이 비는 300도씨 정도의 뜨거운 비였다. 장맛비처럼 쏟아진 이 비는 1300도 정도로 펄펄 끓는 땅 표면을 빠른 속도로 식혀주었다. 땅 표면이 식으면서 공기 중의 수증기가 물방울로 바뀌었고 또 비가 내렸는데 얼마간 이런 일이 일어났는지 아무도 모르지만 원시 대기의 약 80%에 이르는 수증기가 비가 되어 1000년이나 계속해 내렸고 연간 10m가 넘는 강우량을 보인 걸로 추측된다. 대기 중의 염산가스와 황산 가스에 의해 비는 강산성이었으리라 추측되고 그렇게 약 45억 년 전에 바다가 탄생했다.[4]
생명의 탄생
지구의 독특한 점 중 하나는 생명의 존재이다. 하지만 생명이 언제 어디에서 어떻게 만들어졌는가 하는 질문에 대해선 우리는 아직도 명확하게 답하지 못하고 있다. 분명 지구 탄생 이후 처음 수 억 년 동안은 미행성들의 충돌과 마그마 바다의 존재 때문에 생명이 존재하기는 어려웠을 것이다. 과학자들은 38억 년 전 원시 지구에 처음 생명체가 탄생했다고 말한다. 그런데 당시 지구는 지금과는 전혀 다르게 산소가 없었고 바다는 뜨거웠으며 운석과 혜성이 끊임없이 충돌하는 곳이었다. 무기물만 있던 지구에서 어떻게 유기물이 생겼고 생명체가 탄생했는지에 대해 과학자들은 3가지 가설을 내놓았다.
- 원시 대기에서 유기물 합성 : 1920년대 러시아의 생화학자 알렉산드르 오파린(Oparin, Aleksandr Ivanovich)은 원시 지구가 목성과 비슷한 상태의 대기를 가졌다고 생각했다. 그래서 오파린은 목성의 대기 상태를 기초로 원시 지구의 대기가 메탄, 암모니아, 수소, 수증기로 이루어졌다고 추측했다. 오파린은 이 성분들이 반응해 유기물이 합성되었고, 이 유기물들이 바다에 축적되는 과정에서 코아세르베이트라는 유기물 복합체가 생겼으며 이것으로부터 생명체가 탄생했다는 이론을 제시했다. 1953년 미국의 화학자 스탠리 밀러(Stanley Miller)는 스승인 해럴드 유리(Harold Urey)와 함께 오파린의 이론을 확인할 수 있는 실험을 하였다. 두 사람은 용기에 메탄, 암모니아, 수소 혼합기체를 넣고 이 용기에 끓는 물에서 올라오는 수증기를 집어넣어 바닷물이 순환하는 원시 지구의 대기와 비슷한 구조를 만들었다. 그리고 원시 지구에서 자주 일어났으리라 추측되는 번개를 대신해 용기 안에 전기 방전을 일으켰다. 이 실험은 일주일 동안 계속되었는데, 일주일 후에 단백질의 구성 성분인 아미노산과 같은 유기물이 생성되었다. 이 실험은 오파린의 가설에 힘을 보태주었다. 하지만 이와 비슷한 다른 실험에서 실험자가 원시 지구의 대기를 어떻게 정하느냐에 따라 실험 결과가 달라졌다.
- 유기물 외계 유입설 : 별과 별 사이의 우주 공간에 존재하는 분자인 성간 분자는 지금까지 발견된 것만 140여 종에 달하는데, 여기에는 혜성의 꼬리에서 발견된 글리신과 같은 간단한 아미노산이 포함된다. 성간 구름의 표면에서 화학반응이 일어나 글리신과 같은 간단한 아미노산이 생성될 가능성은 얼마든지 있다. 또한 지구에 떨어진 운석에서 아미노산과 같은 유기물들이 발견되었다. 심지어는 DNA의 기본 단위인 뉴클레오티드의 구성 성분이 발견된 사례도 있다. 이렇게 유기물이 성간 분자로 발견되고 생명의 기본단위들이 운석에 들어 있다면, 지구 생명의 씨앗도 외계에서 오지 않았을지 생각하는 가설 또한 존재한다. 원시 지구는 수많은 운석들이 쏟아져 들어와 충돌했다고 한다. 이 시기를 재현한 최근 실험에 의하면, 원시 지구에 존재하던 물질에 운석 충돌을 대신해 강력한 레이저로 충격을 가하자 DNA 구성 성분이 만들어졌다고 한다. 이 실험 결과는 운석들이 충돌한 충격으로 발생한 에너지가 원시 지구 물질의 화학 반응을 촉발해 DNA 구성 성분을 만들었고 여기에서 생명이 시작되었음을 시사한다.
- 열수 분출공 생명 기원설 : 수심이 아주 깊은 해저에서는 바닷물이 지각 틈 사이로 스며들어갈 수 있는데, 스며들어간 바닷물은 뜨거운 마그마에 의해 460도까지 데워진다. 그러면 주변 암석에 들어있던 일부 금속 성분들이 뜨거운 물에 녹아들어 간다. 뜨거운 바닷물은 지각의 갈라진 틈을 통해 다시 분출되는데, 수심 2000~3000m 깊이에서는 압력이 대기압의 200~200배이기 때문에 물이 수백 ℃라고 해도 수증기로 변하지 않는다. 뜨거운 물이 주변의 차가운 바닷물과 만나면 뜨거운 물에 녹아 있던 물질들이 식어 침전되면서 굴뚝을 만든다. 굴뚝은 시간이 흐르면서 점점 자라게 되는데 이것을 열수분출공이라고 한다. 해저를 직접 탐험할 수 없어떤 과거에는 햇빛이 도달하지 못하는 깊은 해저에 사는 생물들이 매우 드물 것으로 생각했다. 그런데 기술이 발달하여 깊은 해저를 직접 탐험하면서 과학자들은 열수분출공 주변에 사는 많은 동물들을 발견했다. 열수분출공에서 뿜어 나오는 뜨거운 바닷물에는 황화수소가 많이 들어있었는데, 이 황화수소를 소화시켜 태양빛 없이도 유기물을 합성하는 화학합성 박테리아들이 있기 때문이다. 이 박테리아들이 다른 생물의 먹이가 되면서 열수분출공 주변에 생태계가 형성된다. 일부 과학자들은 해저의 열수분출공처럼 척박한 환경이 원시 지구의 환경과 비슷했을 것이라고 주장하면서 생명의 기원을 열수분출공에서 찾는다. 그들은 열수분출공이 생명 탄생에 적절한 물리-화학적 환경과 에너지를 제공했다고 생각한다.[5]
구조
지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이 다섯 개의 지구형 행성 중에서 지구는 가장 무겁고 크다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다. 지구의 내부 구조는 대체로 층상 구조를 이루고 있다. 지구의 최외각 부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라 대기권, 수권으로 구분한다. 생물권은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로 인정하지 않고 있다. 전통적 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥 부분부터 지각, 맨틀, 핵 순이다. 여기서 핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 가장 바깥 부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비해 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 특징이 있다. 지각은 다시 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각과 해양지각이다.[6]
지각
대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘과 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분이다. 지각에서의 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않는다. 지각 평형설에 따르면 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해 두꺼워야 하고, 해양지각은 얇아야 한다. 이런 까닭에 대륙지각의 두께는 30에서 70km에 달하는 반면 해양지각의 두께는 10km도 되지 않는다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라지는데 반해, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통해 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보인다.[6]
맨틀
지각의 맨 아랫부분은 모호로비치치 불연속면이라고 하며 이 면을 경계로 하여 지진파의 속도가 상당히 빨라진다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 생각하며 그 아랫부분을 맨틀이라고 한다. 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 시작해 2900 km에 이르는 구역을 가리킨다. 따라서 맨틀의 주요 구성 성분인 규산염 광물 역시 깊이에 따라 매우 광범위한 변화를 보인다. 최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 약 3.3g/㎤인 반면, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 약 5.5g/㎤에 달할 것으로 추정한다. 맨틀의 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km까지를 차지한다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인해 스피넬 구조로 상변이를 일으킨다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존한다. 이 깊이 이하를 하부 매틀이라고 하여 상부 맨틀과 구분한다. 맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 오랜 시간에 걸쳐 유체처럼 행동하며 대류를 일으킨다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감한 변화이기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다는 견해가 있다.[6]
핵
핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어 있다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다. 이러한 갑작스러운 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한 구분을 보이는데 이 면을 구텐베르크 면이라고 한다. 핵은 깊이 5100km를 경계로 또다시 두 층으로 나뉘는데 외핵과 내핵이 그것이다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 되어 있다고 추정하고 있으며, 내핵은 고체 상태로 여겨진다. 내핵과 외핵의 경계면은 레만면이라고 한다. 외핵은 액체 상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류하고 있다고 추정하고 있으며 외핵의 전도성의 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장이 유지되고 있다. 지구 물리적인 관점에서는 지구 내부를 물성에 따라 분류하는데 다음과 같은 층상 구조로 구분된다.[6]
- 0 - 약 60km : 암석권
- 약 60 km - 약 200 km : 연약권
- 약 200 km - 2890 km 중간권(맨틀)
- 약 2890 km - 5100 외핵 (온도는 섭씨 3000~5500도)
- 5100 km -6378 km 내핵 (온도는 섭씨 5500도 이상)
자전과 공전
지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하며 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대 방향이다. 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 관찰할 수 있다. 지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있다. 이 때문에 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다. 지구의 궤도 속도는 평균 초속 30km 정도인데 이 속도는 지구의 지름을 7분 만에 달까지의 거리는 4시간 만에 통과할 수 있는 속도이다. 지구는 하나의 위성인 달을 거느리고 있는데, 달과 지구는 공동 질량중심 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편, 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양 주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는 데에는 항성월보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간은 삭망월이라고 한다. 공전 궤도면에 수직인 방향과 자전축은 서로 일치하지 않고 23.5도나 차이가 난다. 이 기울기 때문에 공전 궤도상의 지구의 위치에 따라 태양 입사의 각도가 달라지게 되고 계절의 변화를 일으킨다. 달의 궤도면은 지구의 공전궤도면과 또다시 5도의 차이가 있다. 따라서 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다. 지구의 자전, 공전과 관계없이 태양에 고정되어 있는 좌표계인 관성좌표계에서 지구는 세차운동을 한다. 세차운동이란 지구의 자전축이 긴 시간을 주기로 원뿔 모양을 그리면서 회전하는 것인데 그 주기는 25800년이다. 세차운동은 태양의 중력이 지구의 볼록 타원체에 자동적으로 가해져서 생기는 현상으로 비슷하게 달에 의해서도 자전축이 흔들리면 그 주기는 18.6 년이고 장동이라 부른다. 지구와 함께 회전하는 지구와 함께 회전하는 좌표계에서는 지구의 자전은 약간의 불안정함을 보이는데 이것을 극운동이라고 한다. 극운동은 준 주기적인 운동이며 연주기 성분과 챈들러 운동이라고 하는 14개월 성분으로 이루어져 있다. 극운동과 함께 지구의 저전 속도 역시 일정하지 않으며 따라서 하루의 길이 역시 달라지게 된다. 달과의 인력과 바다의 밀물과 썰물의 상호 관계 때문에 지구의 자전 속도는 매년 0.0000017초 정도 느려지고 달과의 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다. 현재 지구 공전 궤도의 근일점은 1월 3일 부근에 있으며 원일점은 7월 4일 부근에 있다. 세차운동과 밀란코비치 주기로 알려진 현상에 의해 지구의 공전 궤도는 달라진다.[6]
디지털 지구
1998년 미국의 부통령인 앨 고어는 다양한 해상도로 지표면을 볼 수 있으며 3차원적 표현이 가능한 디지털 지구(Digital Earth)라는 비전을 제시했다. 이를 통해 물리적, 사회적 환경에 대한 막대한 양의 지리 참조 정보를 찾아내고, 시각화하고 의미 있는 것으로 만들어낼 수 있다. 디지털 지구는 공간과 시간을 수단으로 내비게이션 가능하며 역사적 데이터는 물론 환경 모델을 바탕으로 미래를 예측할 수 있는 시스템으로서 과학자, 정책 입안자는 물론이고 모든 사람들이 접근이 가능한 시스템이다. 오늘날 디지털 지구를 구현하기 위한 컴퓨터 프로세싱, 광대역 인터넷망, 시스템 간 상호 운용성, 그리고 데이터의 구조, 저장, 검색, 데이터 표현 등의 제반 문제들이 빠른 기술적 진보에 의해 세계 수백만의 사람들에 의해 매일 사용되어질 정도로 기술상의 문제가 해결되었다. 지오 브라우징(Geo-browsing)은 주요 산업이 되었으며, 지리적인 데이터를 검색하고 정보를 시각화하는 새로운 방법들이 개발되었다.[7] 지금은 누구나 스마트폰을 통해 가상 세계에 접속할 수 있게 되었다. 코로나19로 비대면, 언택트 사회가 확산되며 일상에서 디지털 지구 즉, 가상 공간이 차지하는 비중이 광범위하게 확장되었다.[8]
메타버스
메타버스(Metaverse)는 초월을 뜻하는 메타(Meta)와 우주를 뜻하는 유니버스(Universe)의 합성어로 인터넷 공간과 물리적 공간이 공존하는 집합적 가상 공존 세계(Virtual Shared Space)를 의미한다. 닐 스티븐슨의 SF 소설인 스노우 크래시(Snow Crash)에 처음 등장한 용어로 나를 상징하는 아바타 캐릭터를 통해 실생활의 다양한 활동들이 이루어지는 인터넷 기반의 3D 가상 세계로 묘사되기도 했다. 코로나19 초래한 비대면 패러다임으로의 전환 과정에서, 메타버스는 현실 세계에서 불가능한 다양한 사회, 경제, 문화적 활동을 실현하는 공간으로 변모하는 중이다. 최근 메타버스는 시공간의 제약을 뛰어넘는 확장성과 현실 세계와 유사한 실재감을 기반으로 특히, 미래의 중심 소비층인 Z세대에 성공적으로 소구하고 있다. 급속한 디지털 전환과 코로나19의 충격은 일상에서 온라인 가상공간이 차지하는 비중을 광범위하게 확장시켰다. 한국콘텐츠진흥원(2020)의 최근 조사에 따르면 가상현실(VR) 게임을 경험한 이용자의 26.6%가 코로나19 이후 게임 이용 시간이 증가했다고 응답했으며, 특히 VR 게임 콘텐츠 구입 경험이 있는 응답자의 45.7%는 이전보다 콘텐츠 구입에 더 많은 돈을 쓴다고 답했다. 그러나 주목할 점은 최근의 변화가 단순히 시간과 소비의 양적 증가에 그치지 않는다는 점이다. 가상공간 내 활동 범위와 성격에 대한 질적 변화의 흐름도 감지되고 있기 때문이다. 게임과 엔터테인먼트에 치중되어 있던 VR 서비스는 친교활동과 교육, 비즈니스의 영역으로 확장되는 중이다. 그 결과, 현실과 가상이 분리된 패러다임에서 매우 제한적 영역에서만 구현되었던 가상세계는 오감을 접목시켜 한층 진화된 상호작용이 가능하게 되었으며, 가상의 경험들이 현실과 긴밀히 연결되고 사용자 또한 두 세계의 공존을 익숙해하는 이른바 혼합 세계가 펼쳐지고 있다. 더 나아가 가상의 공간이 실제 현실로 착각할 만큼 정교해지고, 일상의 활동 대부분이 구현됨으로써 굳이 두 세계의 영역을 구분할 필요가 없게 되는 대체 세계까지 바라볼 수 있게 되었다. 이 같은 진화는 확장 가상 세계로서 메타버스의 시대가 본격화되고 있음을 의미한다. 이를 말해주듯, 오롯이 현실 세계에서만 가능할 것으로 생각되던 다양한 활동 가치들이 메타버스 가상세계에서 새롭게 구현되고 있다. 미국의 힙합가수 트래비스 스콧은 코로나19로 불가능해진 콘서트를 온라인 액션 게임 포트나이트에서 온라인 형태로 개최하였다. 이날 45분의 공연을 통해 그가 올린 수익은 약 2000만 달러에 달한 것으로 추정된다. 또한 BTS가 신곡 다이너마이트 안무를 최초 공개한 방식도 음악방송이나 유튜브가 아닌 포트나이트 게임 속의 아바타를 통해서였다. 이뿐만이 아니라 샌드박스 롤플레잉 게임인 로블록스 안에는 게임 속에서 또 다른 게임과 아이템을 개발하고 있는 인력이 200만 명에 달하며 40만 명은 아예 전업으로 종사하고 있다.[8]
각주
- ↑ 1.0 1.1 〈지구의 형성과 역장〉, 《미래엔》
- ↑ 2.0 2.1 2.2 최덕근, 〈지구 46억 년의 역사〉, 《사이언스온》, 2003-06
- ↑ 3.0 3.1 슈퍼키덜트 슈퍼키덜트, 〈지구의 정의와 대기와 바다의 형성 그리고 생명체〉, 《개인 블로그》, 2020-03-30
- ↑ 김동성, 〈지구와 바다 그리고 생명의 탄생①〉, 《헬로디디》, 2021-06-07
- ↑ 윤상석 프리랜서 작가, 〈생명은 어디에서 왔을까?〉, 《사이언스타임즈》, 2020-01-10
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 〈지구〉, 《위키백과》
- ↑ 〈Digital Earth〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 8.0 8.1 문미옥, 〈Betaverse, 가상과 현실의 경계를 넘어〉, 《과학기술정책연구원》, 2021-01~02
참고자료
- 〈지구〉, 《위키백과》
- 〈Digital Earth〉, 《네이버 지식백과》
- 〈지구의 형성과 역장〉, 《미래엔》
- 최덕근, 〈지구 46억 년의 역사〉, 《사이언스온》, 2003-06
- 슈퍼키덜트 슈퍼키덜트, 〈지구의 정의와 대기와 바다의 형성 그리고 생명체〉, 《개인 블로그》, 2020-03-30
- 문미옥, 〈Betaverse, 가상과 현실의 경계를 넘어〉, 《과학기술정책연구원》, 2021-01~02
- 김동성, 〈지구와 바다 그리고 생명의 탄생①〉, 《헬로디디》, 2021-06-07
- 윤상석 프리랜서 작가, 〈생명은 어디에서 왔을까?〉, 《사이언스타임즈》, 2020-01-10
같이 보기
