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[과린이를 부탁해] 어린이 과학동아 6월호

지구는 단순히 우리가 발을 딛고 서 있는 땅만이 아니라, 여러 구성 요소가 서로 긴밀하게 영향을 주고받는 하나의 거대한 시스템입니다. 이를 지구시스템이라고 부르며 지권, 수권, 기권, 그리고 생물권으로 나뉩니다. 우리가 숨 쉬는 공기부터 마시는 물, 그리고 살아가는 땅에 이르기까지 모든 요소는 독립적으로 존재하는 것이 아니라 끊임없이 에너지를 교환하며 균형을 유지합니다. 이러한 상호작용은 지구상의 생명체가 생존할 수 있는 환경을 조성하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 지구시스템 중 기권에는 오존이라는 독특한 물질이 존재하는데, 이는 위치에 따라 전혀 다른 두 얼굴을 보여줍니다. 먼저 지표면에서 약 10km 높이까지인 대류권에서의 오존은 우리 건강에 해로운 영향을 미칩니다. 자동차 배기가스나 공장에서 배출되는 오염물질이 강한 햇빛과 화학 반응을 일으켜 생성되는 이 오존은 눈과 피부를 자극하고 기침이나 두통을 유발합니다. 특히 여름철 햇볕이 강할 때 농도가 높아지므로 오존주의보가 발령되면 야외 활동을 자제하는 등 각별한 주의가 필요합니다. 반면 지표면에서 10km에서 50km 사이의 성층권에 존재하는 오존은 지구 생명체에게 없어서는 안 될 소중한 보호막 역할을 수행합니다. 특히 20km에서 30km 부근에 집중적으로 형성된 이 층은 태양으로부터 쏟아지는 강력한 에너지를 걸러내는 필터와 같습니다. 이러한 자연적인 방어체계 덕분에 지상의 생물들은 치명적인 방사선 노출로부터 안전하게 보호받으며 진화하고 번성할 수 있었습니다. 만약 이 보호막이 얇아지거나 사라진다면 지구의 생태계는 걷잡을 수 없는 혼란에 빠지게 될 것입니다. 최근 산업화와 관광 산업의 발달로 인해 대기 중 오염물질 배출이 늘어나면서 대류권 오존 농도가 높아지는 문제가 발생하고 있습니다. 이는 단순히 환경 오염의 문제를 넘어 우리 몸의 면역체계와 호흡기 건강을 직접적으로 위협하는 요인이 됩니다. 특히 공장이 밀집해 있거나 차량 통행이 잦은 지역에서는 오존으로 인해 눈이 따끔거리거나 목이 칼칼해지는 증상을 겪기 쉽습니다. 따라서 우리는 지구시스템의 변화가 개인의 건강과 직결되어 있음을 인지하고 환경 보호를 위한 실천적인 노력을 기울여야 합니다. 지구시스템의 조화로운 상호작용 속에서 우리는 자연의 신비로움을 발견하곤 합니다. 동식물과 정원이 어우러진 풍경은 우리에게 정서적 안정과 치유의 시간을 제공합니다. 춤을 추는 듯한 사마귀나 꿀을 찾는 나비, 그리고 형형색색의 꽃들이 보여주는 생명력은 우리가 지켜나가야 할 소중한 가치입니다. 건강한 여름을 나기 위해 규칙적인 생활을 유지하는 것만큼이나 우리를 둘러싼 지구 환경에 관심을 가지고 자연과 공존하는 태도를 갖추는 것이 중요합니다.

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생명과학
지구환경과학

[석학인터뷰] 최덕근_ 외핵이 줄어들고 있다?!!

지구는 지권, 수권, 기권, 생물권이라는 네 가지 권역이 서로 유기적으로 상호작용하며 하나의 거대한 시스템을 이룹니다. 이러한 지구 시스템이 원활하게 작동한다는 것은 각 권역 내에서 물질과 에너지가 역동적으로 순환하고 있음을 의미합니다. 특히 지권에서는 지구 내부와 표면의 물질이 끊임없이 교류하며 변화를 만들어내는데, 우리가 흔히 겪는 지진 역시 이러한 지권의 흐름이 정상적으로 작동하고 있다는 증거 중 하나로 볼 수 있습니다. 판 구조론의 관점에서 볼 때, 지구의 겉면은 단순히 지각으로만 이루어진 것이 아니라 지각과 맨틀의 최상부를 포함하는 거대한 '판(암석권)'들로 구성되어 있습니다. 판은 대륙이나 해양을 단독으로 포함하기도 하고, 때로는 두 지형이 섞여 있는 복합적인 구조를 띠기도 합니다. 이는 판이 지각보다 훨씬 더 크고 깊은 구조임을 시사하며, 학자들은 이를 지각과 맨틀 상부를 아우르는 단단한 암석권의 개념으로 정의하여 지구의 역동성을 설명하고 있습니다. 판을 움직이는 원동력에 대해서는 크게 세 가지 힘이 거론됩니다. 첫째는 해령에서 새로운 지각이 형성될 때 밑에서 밀어 올리는 힘이며, 둘째는 차갑고 무거워진 판이 해구에서 지구 내부로 섭입하며 잡아당기는 힘입니다. 마지막으로는 해령과 해구 사이의 지형적 높이 차이로 인해 판이 미끄러지는 힘이 있습니다. 현재 학계에서는 이 중에서도 무거워진 판이 스스로 가라앉으며 전체를 끌어당기는 힘이 판 이동의 가장 핵심적인 역할을 수행하는 것으로 보고 있습니다. 고생대 초기 한반도의 고지리적 위치를 추적해 보면 현재와는 사뭇 다른 흥미로운 사실을 발견할 수 있습니다. 당시 한반도는 따뜻한 기후를 가진 저위도 지역에 머물러 있었으며, 거대한 대륙의 끝자락을 구성하고 있었습니다. 강원도 일대에서 관찰되는 고대 암석과 삼엽충 화석은 그 시절 이곳이 생명력이 넘치는 얕은 바다였음을 시사합니다. 이러한 연구는 한반도의 뿌리를 찾고 지각의 이동 경로를 이해하는 데 결정적인 단서를 제공합니다. 한반도의 형성 과정을 두고는 여러 지괴가 모여 하나가 되었다는 가설들이 팽팽하게 맞서고 있습니다. 이와 더불어 지구 내부에서는 액체 상태였던 핵이 점차 굳어지며 내핵이 커지고 외핵이 줄어드는 변화가 진행 중입니다. 외핵의 움직임은 지구 자기장을 형성하는 근원이기에, 이러한 내부 구조의 변화는 결국 자기장의 변동으로 이어질 수밖에 없습니다. 이는 장기적으로 지구상의 생물계 전반에 걸쳐 지대한 영향을 미칠 수 있는 중요한 과학적 화두입니다.

최덕근

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 왜 지구인가? (1) _ 이강근, 이상묵 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ①

2016년의 기록적인 폭염과 이상기후는 지구가 직면한 위기를 여실히 보여주었습니다. 인류는 이제 지구온난화로 인한 여섯 번째 대멸종을 우려해야 하는 처지에 놓였으며, 생물 종의 소멸 속도는 과거 대멸종 시기보다 훨씬 빠르게 진행되고 있습니다. 이러한 변화의 중심에 인간이 있다는 의미에서 현재를 '인류세'라 부르기도 합니다. 침몰해 가는 지구를 구할 수 있는 존재는 오직 우리 지구인뿐이며, 지금의 전면적인 위기를 극복하기 위해서는 우리가 발 딛고 사는 터전에 대해 더 깊이 이해하려는 노력이 절실합니다. 우리는 푸른 행성 지구에서 평생을 살아가지만, 정작 지구에 대해 아는 것은 그리 많지 않습니다. 지구의 나이는 약 46억 년에 달하지만, 인간의 수명은 100년도 채 되지 않는 짧은 시간입니다. 이러한 거대한 시간적, 공간적 간극은 우리가 지구를 온전히 이해하는 데 커다란 장벽으로 작용합니다. 지구가 둥글다는 사실조차 일상에서 체감하기 어렵듯, 우리와 지구 사이에 놓인 이 거대한 차이를 인식하는 것이 지구 탐구의 첫걸음이 될 것입니다. 익숙함 속에 가려진 지구의 진정한 모습을 발견하려는 태도가 필요합니다. 지구 시스템은 지권, 수권, 기권, 생물권이라는 네 가지 권역의 상호작용으로 이루어져 있습니다. 흔히 지구 표면의 70%가 바다라는 사실 때문에 물이 엄청나게 많다고 생각하기 쉽지만, 실제 지구 전체 부피에서 물이 차지하는 비중은 약 1,000분의 1 수준에 불과합니다. 더욱 놀라운 점은 지구상의 모든 생물 중 인간이 차지하는 무게 비중이 극히 미미하다는 사실입니다. 그럼에도 불구하고 인간이 지구를 지배할 수 있는 이유는 거대한 몸집이 아니라 고도로 발달한 뇌를 통해 지식을 축적하고 환경을 변화시켜 왔기 때문입니다. 인류의 탐사 기술은 태양계 끝자락인 175억 km 밖까지 뻗어 나갔지만, 정작 우리가 발을 딛고 있는 지구 내부로 들어간 거리는 고작 12 km에 불과합니다. 이는 사과 껍질을 바늘로 살짝 찌른 정도의 깊이로, 지구 내부의 거대한 신비를 파헤치기에는 턱없이 부족한 수준입니다. 냉전 시대의 경쟁으로 시작된 시추 탐사는 기술적 한계와 막대한 비용 문제로 인해 멈춰 섰습니다. 우주를 향한 시선만큼이나 우리 발밑의 세계를 향한 탐구도 중요하지만, 지구 내부는 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있습니다. 바다의 가장 깊은 곳인 마리아나 해구의 챌린저 해연에 발을 들인 인류는 단 세 명뿐입니다. 이는 달에 발자국을 남긴 12명보다 훨씬 적은 숫자로, 우리가 심해와 지구 내부에 대해 얼마나 무지한지를 단적으로 보여줍니다. 지구는 우리가 아는 유일한 생명의 요람이지만, 그 깊은 속살과 변화의 원리에 대해서는 여전히 배울 것이 많습니다. 기후 위기와 지질학적 변화가 가속화되는 지금, 지구인으로서 지구를 사랑하고 지키기 위해서는 보이지 않는 곳까지 세밀하게 살피고 연구하는 자세가 그 어느 때보다 중요합니다.

이강근, 이상묵

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 지구의 기원 (1) - 하루는 왜 24시간일까 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ①

우리가 흔히 말하는 역사 시대는 인류가 문자로 기록을 남기기 시작한 약 6,000년 전부터를 의미합니다. 하지만 지구의 나이가 약 46억 년임을 고려하면, 역사 시대는 전체 지구 역사의 찰나에 불과합니다. 지질학적으로는 지구가 탄생한 시점부터 현재까지를 지질 시대로 정의하지만, 실제로 연구할 수 있는 가장 오래된 암석의 나이는 약 40억 년 전의 것입니다. 따라서 지구가 탄생한 직후부터 약 6억 년 동안의 기록은 암석으로 남아 있지 않은 '기록 없는 시대'입니다. 이 시기를 이해하기 위해서는 지질학적 상상력과 과학적 추론이 필요합니다. 현대 지질학은 지구를 단순한 암석 덩어리가 아닌 지권, 수권, 기권, 생물권이 상호작용하는 하나의 거대한 시스템으로 파악합니다. 우리가 발을 딛고 사는 지권은 반지름 약 6,370km의 고체 지구로, 산소, 철, 규소, 마그네슘이라는 네 가지 원소가 전체의 94%를 차지하고 있습니다. 그 위를 물과 공기가 덮고 있으며, 그 사이에서 수많은 생명이 살아가고 있습니다. 지구의 역사를 공부한다는 것은 단순히 돌을 연구하는 것을 넘어, 과거의 바다와 대기, 그리고 그 속에 살았던 생명체들이 어떻게 변화하며 오늘날에 이르렀는지를 밝혀내는 과정입니다. 우리가 일상에서 사용하는 '하루 24시간'이라는 단위는 고대 이집트와 그리스 학자들에 의해 정의된 인위적인 약속입니다. 과학적으로 하루는 지구가 스스로 한 바퀴 도는 자전 주기를 의미하는데, 기준을 어디에 두느냐에 따라 태양일과 항성일로 나뉩니다. 태양을 기준으로 하는 태양일은 지구가 공전하는 거리만큼 더 돌아야 하기에 약 24시간이 걸리지만, 먼 별을 기준으로 하는 항성일은 약 23시간 56분입니다. 이처럼 시간의 정의는 지구의 자전과 공전이라는 천문학적 운동에 기초하고 있으며, 이는 우주 속 지구의 위치를 확인하는 중요한 척도가 됩니다. 놀랍게도 과거 지구의 하루는 지금보다 훨씬 짧았습니다. 미국의 고생물학자 존 웰스는 산호 화석의 성장선을 분석하여 이 사실을 증명해냈습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 매일 미세한 골격을 형성하는데, 계절에 따른 성장 속도 차이가 나무의 나이테처럼 기록됩니다. 연구 결과, 약 4억 년 전 데본기 산호 화석에는 1년의 날수가 약 400일로 기록되어 있었습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 훨씬 빠르게 자전했음을 의미하며, 조석력 등의 영향으로 지구의 자전 속도가 수억 년에 걸쳐 서서히 느려져 왔음을 보여주는 결정적인 증거입니다. 지구의 자전 속도는 지금도 만 년에 약 0.2초씩 느려지고 있으며, 아주 먼 미래에는 자전이 멈출지도 모릅니다. 하지만 그보다 먼저 태양의 수명이 다할 것이기에 인류가 당장 걱정할 일은 아닙니다. 중요한 것은 생명체가 출현하기 이전, 즉 화석 기록조차 없는 지구의 탄생 초기 모습을 어떻게 재구성하느냐는 점입니다. 이를 위해서는 지구뿐만 아니라 달과 태양계 전체의 형성 과정을 통합적으로 이해해야 합니다. 지구의 어린 시절을 추적하는 여정은 결국 우리가 어디에서 왔으며, 이 행성이 어떻게 생명의 요람이 되었는지를 찾아가는 과정과 같습니다.

최덕근

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지구환경과학