지구 격동의 이력서, 암석 25

지층에 새겨진 지구의 발자취

모든 암석과 화석에는 이야기가 있다. 대부분의 사람들에게 암석은 그저 돌덩이일 뿐이지만, 경험 많은 지질학자에겐 귀중한 증거들이 가득한 하나의 길잡이다. 방법만 안다면 우리는 그 증거들을 명확하게 읽어낼 수 있다. 나는 종종 학생들에게 지질학은 TV 시리즈 〈CSI〉와 비슷하다고 말한다. 지질학자와 고생물학자는 과학수사를 하는 형사처럼 희미한 증거의 조각들을 짜맞춰가면서 과거의 ‘범죄 현장’을 재구성한다. 그 과정은 놀라울 정도로 섬세하다. ―머리말에서

고마술은 어떻게 판구조론 혁명을 추동했는가?
고대 지구의 자기장을 연구하는 고지자기학 연구자들은 ‘고마술사paleo-magician’라는 별명으로 불린다. 지질학의 까다롭지만 흥미로운 문제들이 고지자기학을 통해 마술처럼 해결되었기 때문이다. 1948년, 워싱턴 카네기 연구소의 엘리스 존슨, 토머스 머피, 오스카 토레슨이 「지구 자기장의 초기 역사」라는 논문을 발표한 후로, 많은 과학자가 고지자기 연구에 뛰어들었다. 당시 지질학계에는 수수께끼에 둘러싸인 몇 가지 퍼즐 조각이 있었다.
첫 번째 조각: 고지자기학의 선구자 키스 런콘은 다양한 암석의 자기장 자료를 모았다. 그 결과, 아주 젊은 암석은 자기장 방향이 오늘날의 자북과 일치했으나, 주어진 어느 대륙에서 더 오래된 암석일수록 거기에 기록된 고대 자북의 방향이 오늘날의 자북에서 멀어졌다. 이를 이용하면, 그 대륙을 기준으로 지구 자기장의 북극이 이동한 모양을 나타내는 ‘극이동 곡선’을 그릴 수 있었다.
두 번째 조각: 지구의 자기장은 뒤집힌다! 이를테면 오늘날엔 북쪽을 가리키는 나침반의 바늘이 80만 년 전에는 남쪽을 가리켰을 것이다. 1929년 지구물리학자 마쓰야마 모토노리는 일본과 만주에서 100개가 넘는 현무암 표본을 수집했다. 이 표본들의 자기장은 자북(정상) 또는 180도 역전이라는 두 가지 방향만 나타냈다. 암석들을 시간 순으로 배치하자, ‘극이 역전된 암석’은 거의 연대가 비슷하며 정상인 암석들과 연대가 달랐다.
세 번째 조각: 1940년대 후반 제2차 세계대전이 끝나고, 여러 해양연구소에서는 남아도는 전함과 자력계들을 넘겨받아 해저에서 자기장 자료를 수집했다. 자료를 분석하여 그래프로 나타내자 독특한 줄무늬가 나타났다. 이 줄무늬는 정식으로 ‘자기 이상’이라고 알려지는데, 주위보다 자기장이 강한 양성 자기 이상과 평균보다 약한 음성 자기 이상이 번갈아 나타난 것이다.
이 모든 조각은 1962년 지질학자 해리 헤스, 1963년 드러먼드 매슈스와 프레더릭 바인에 의해 짜맞춰졌다. 양성과 음성 자기 이상은 정상과 역전 방향으로 자화된 암석 때문에 나타났다. 바닷속 중앙해령에서는 열곡의 틈새에서 용암이 분출되면서 새로운 대양저가 끊임없이 만들어지고, 냉각되는 용암은 만들어질 당시의 지구 자기장을 그대로 가둔다. 가운데에서 새로운 지각이 형성되어 해저가 확장되는 동안 양쪽의 오래된 지각은 한 쌍의 컨베이어벨트처럼 서로 멀어지는 방향으로 움직이며, 그에 따라 해저에 정상과 역전을 오가는 자기장의 줄무늬가 새겨진다.
대륙은 움직이지 않는다고 믿어왔던 주류 지질학자들의 고정관념은 이로써 산산조각이 났다. 극이동 곡선도 사실은 북극이 이동한 모양이 아니며, 하나의 자북을 두고 대륙들이 움직여서 만들어진 것이었다. 해저 확장과 대륙 이동의 비밀을 밝힌 고마술. 이로 인해 발생한 판구조론 과학혁명은 지구과학을 휩쓸었고, 영원히 바꿔놓았다.
이 책은 이렇게 퍼즐 조각과 같은 발견들이 하나둘 맞춰지면서 ‘지구’라는 큰 그림이 완성되는 과정을 생생하게 보여준다.

돌덩이 지구 탐험!
핀란드 사보니아에는 쿰마키비Kummakivi(핀란드어로 ‘이상한 바위’)가 있다. 다른 바위 위에 얹혀서, 살짝 밀면 굴러 떨어질 듯이 위태롭게 균형을 유지한다. 캘리포니아 요세미티 국립공원의 표석 또한 지면 위에 아슬아슬하게 놓여 있다. 더 알쏭달쏭한 점은 이 바위와 같은 종류의 암석을 주변 어디에서도 볼 수 없다는 것이다. 때로는 바위의 유래가 수백 킬로미터 떨어진 곳일 때도 있었다. 지질학의 초창기엔 노아의 홍수로 운반되었다고 여겨지던 이 암석들은, 이후 온 지구가 얼음으로 덮혀 있었음(빙하기)을 밝히는 증거가 되었다.
프로세로는 이 책에서 전 세계의 유명한 암석과 이를 유람할 수 있는 다양한 지질명소를 소개한다. 미국 캔자스 서부의 나이오브래라 백악Niobrara Chalk에서는 암모나이트, 조개, 고둥, 거대한 어류와 파충류의 화석을 발견할 수 있다. 나미비아의 호바 운석은 지금까지 발견된 것 중에서 가장 크고 무거운(최소 60톤) 철질운석으로서 지구의 핵이 무엇으로 이루어졌는지를 맛보기로 보여준다. 스코틀랜드-잉글랜드 국경 근처에 있는 하드리아누스의 방벽은 1770년대 제임스 허턴이 노아의 홍수와 같은 격변론을 부정하고 동일과정설을 추론해내는 데에 도움을 주었다.
한국어판에서는 한국지질자원연구원의 명예연구원 이성록 박사가 우리나라의 자연경관과 박물관을 소개한다. 경북 양남 주상절리군은 천연기념물 제536호로 지정되었으며, 누워 있거나 기울어진 다양한 형태의 절리 중에서도 부채꼴 모양의 주상절리는 세계적으로 유례를 찾기 어렵다. 서해 소청도에 가면, 약 10억 년 전 박테리아의 활동을 보존하여 우리나라에서 가장 오래된 화석으로 평가받는 스트로마톨라이트를 볼 수 있다. 대전 지질박물관은 5000여 점에 달하는 지질 표본을 전시하고 체험교육 프로그램을 운영한다.
이러한 명소들을 방문하여, 수억 년 전에 만들어진 암석들이 어떻게 지금에 이르렀는지 상상하면서 과거 지구로의 여행과 함께 지질학의 즐거움을 만끽해보자. 걷다 보면 수시로 발에 채이는 돌맹이 하나하나가 달리 보이는 경험을 할 수 있을 것이다.

▶ 바위처럼 단단한 기반을 다져 빚어낸 유쾌한 책. ―『네이처』
▶ 과학의 발견과 자연의 경이로움에 관심 있는 모든 이에게 추천한다. ―『피직스 투데이』
▶ 제임스 허턴, 찰스 라이엘, 알프레트 베게너를 포함하여 지질학의 발전에 기여한 과학자들의 이야기를 들려주며, 역사적 맥락에서 암석과 지질현상을 생각해볼 수 있도록 해준다. ―『퍼블리셔스 위클리』
▶ 방대한 사실을 매끄러운 솜씨로 소개하는 이 책은 지구과학을 처음 접하는 독자들도 그 매력에 빠지게 할 것이다. ―『초이스』