철은 현대 산업사회를 지탱하는 가장 중요한 광물 자원 중 하나로, 우리 주변의 거의 모든 곳에서 쓰이고 있습니다. 우리가 일상에서 접하는 대부분의 철은 약 25억 년 전 시생누대에서 원생누대로 넘어가는 시기에 형성된 호상철광층이라는 독특한 퇴적암층에서 기원합니다. 흥미로운 점은 이 거대한 철광층의 형성이 당시 지구상에 존재했던 아주 작은 미생물들의 활동과 밀접하게 연결되어 있다는 사실입니다. 눈에 보이지도 않는 미생물들이 어떻게 오늘날 인류 문명의 근간이 되는 거대한 자원을 만들어낼 수 있었는지 그 과정을 살펴보는 것은 지구 역사의 신비를 푸는 열쇠가 됩니다.

세계 최대 철광석 산지인 호주의 노천 철광산을 가보면 강렬한 붉은색이 눈에 띄는데, 이는 철을 포함하는 암석이 산소가 풍부한 환경에서 풍화된 결과입니다.

호상철광층은 그 이름처럼 뚜렷한 띠 모양의 무늬를 가진 것이 특징입니다. 지층의 단면을 관찰하면 철 광물이 풍부한 층과 규소 산화물이 주성분인 층이 정교하게 번갈아 나타나는 것을 볼 수 있습니다. 어두운 부분은 적철석이나 자철석으로 이루어져 있으며, 밝은 부분은 처트라는 암석에 미량의 철이 포함되어 형성되었습니다. 이러한 층상 구조는 과거 바닷속에서 철의 침전 작용이 일어났던 환경의 변화를 고스란히 간직하고 있는 소중한 지질학적 기록이며, 당시의 해양 상태를 추측하게 합니다. 이 암석은 지구의 역사를 담고 있는 일종의 타임캡슐과도 같습니다.

수십억 년 전의 바다에 오늘날보다 훨씬 많은 양의 철이 녹아 있을 수 있었던 이유는 당시 지구 환경이 지금과는 판이하게 달랐기 때문입니다. 시생누대에는 활발한 화산 활동을 통해 지표로 공급되는 철의 양이 현재보다 훨씬 많았을 뿐만 아니라, 결정적으로 바닷물 속에 산소가 거의 존재하지 않았습니다. 산소가 없는 환원 환경에서 철은 물에 잘 녹는 2가철 상태로 존재할 수 있었기에, 당시의 바다는 거대한 철의 저장고 역할을 할 수 있었습니다. 만약 당시에도 지금처럼 산소가 풍부했다면 철은 공급되는 즉시 산화되어 가라앉았을 것이고, 경제적 가치가 있는 거대한 광상은 형성되지 못했을 것입니다.

원생누대에 접어들면서 지구 생태계에는 광합성을 통해 산소를 배출하는 시아노박테리아라는 혁명적인 미생물이 등장하여 활동을 시작했습니다. 이들이 내뿜은 산소는 바닷물 속의 산소 농도를 높였고, 녹아 있던 2가철을 물에 녹지 않는 3가철로 산화시켰습니다. 산화된 철은 입자가 되어 해저면에 쌓이기 시작했으며, 때로는 산소를 직접 이용하지 않고 철을 산화시켜 에너지를 얻는 다른 미생물들의 활동까지 더해져 거대한 퇴적층이 만들어졌습니다. 이러한 미생물들의 대사 작용은 지구 전체의 화학적 조성을 바꾸어 놓았으며, 결과적으로 인류가 사용할 막대한 양의 철광석을 축적하는 계기가 되었습니다.

오늘날 지구상에서 호상철광층은 더 이상 만들어지지 않는 일종의 '멸종된 암석'으로 분류됩니다. 현재는 대기와 해양에 산소가 풍부하여 해저 화산 활동 등으로 공급된 철이 농축될 틈도 없이 곧바로 산화되어 침전물로 제거되기 때문입니다. 또한 지구가 점차 식어가면서 철의 공급원인 화성 활동 자체가 줄어든 것도 중요한 원인 중 하나입니다. 결국 우리가 사용하는 철광석은 수십억 년 전 미생물들이 특정 지질학적 시기에 만들어낸 일회성 선물인 셈입니다. 당연하게만 여겼던 철이라는 자원 속에 고대 미생물들의 치열한 생존 기록이 담겨 있다는 사실은 우리에게 자연의 경이로움을 다시금 일깨워 줍니다.