지구 형성의 역사를 탐구하다

 태양계 탄생으로부터 46억 년 동안 지구는 그 내부도 포함하여 점차 현재의 모습과 크기로 진화하였다. 최근의 지질학과 지진학에 의한 지구 진화 모델은 다음과 같다. 지구가 탄생했을 무렵 그 내부에는 대량의 열이 가두어져 있었다. 열은 시간과 함께 주변 우주 공간으로 방출되며 지구는 점차 식어갔다. 장기간에 걸친 냉각 과정에서 연속적이 아니라 단속적으로 대량의 열을 외부로 방출하는 사건이 지구 역사상 수차례 있었다. 열의 방출 과정에서 지구 내부 구조의 변화와 판이나 플룸 등의 현저한 움직임이 동반되었다. 전 세계 조산대의 형성 연대와 판의 침강에 따른 부가체의 형성 연대 등으로 부터 지구 내부 열의 단속적인 방출이 27억 년 전, 19억 년 전 그리고 7~8억 년 전에 일어났음을 알 수 있다.

 지구 역사에서 일어난 큰 사건으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 먼저 46억 년 전 미행성의 충돌과 집적에 의해 원시 지구가 탄생하였다. 두꺼운 마그마 오션이 표면을 덮고 거대 운석의 충돌에 의해 달이 지구에서 분리되어 만들어졌다. 40억 년 전에는 마그마 오션이 점차 냉각되어 판 구조가 시작되고 현재의 도호 정도의 대륙 지괴가 만들어지기 시작하였다. 27억 년 전에는 강력한 지구 자장이 탄생하였다. 지구 자장의 형성 원인으로는 맨틀 안의 대류가 27억 년 전을 경계로 그 이전의 상부, 하부 맨틀의 이층 대류에서 간헐적인 전체 맨틀 대류라고 부를 수 있는 일층 대류로 변화한 것을 생각할 수 있다. 최하부 맨틀로 떨어진 판의 잔해는 저온의 물질로서 외핵 표층의 온도 구조를 흐트러뜨리고 핵의 내부에도 격렬한 대류로 일으켜 그 결과 지구 다이나모가 생긴 것으로 보인다. 이 무렵 지구 표면 여기저기에 현재의 마다가스카르 섬 정도의 작은 대륙이 생겨났다.

 19억 년 전에는 처음으로 초대륙이 형성되어 네나라고 명명되었다. 이후 초대륙의 형성과 분열이 현재까지 반복되고 있으며, 10억 년 전의 로디니아, 5~6억 년 전의 곤드와나, 2억 년 전의 판게아의 존재가 알려져 있다. 또한 7~8억 년 전 이후에는 해양판의 침강에 동반하여 맨틀 심부로 대량의 해수가 유입되었다. 이런 초대륙의 형성과 분열의 과정을 윌슨 사이클이라고 한다. 윌슨 사이클은 지구의 표층 환경에 큰 영향을 주었다. 즉, 초대륙이 형성될 때는 중앙 해령의 활동과 판의 운동이 약해진다. 지구의 육지가 초대륙으로 집중되면 해면이 내려간다. 해면이 내려간 결과 지구 표면에는 유기물을 함유하는 대륙붕이 넓게 노출한다. 대륙붕에 퇴적된 유기물을 포함한 물질이 삭박되고 대기와 접한 부분에서 유기물이 대량으로 산화함으로써 대기 중의 산소가 소비되었다. 그 결과 산소가 부족해지는 상태가 전 지구적으로 발생하여 생물이 대량으로 멸종되었다. 더욱이 이 시기에는 중앙 해령에서 발생한 탄산가스의 양이 줄어들었기 때문에 지구의 온실 효과가 약해져 지표면의 온도가 내려갔다. 또한 대규모 빙하가 발달하여 광범위하게 지구를 덮으며 생물 활동에도 큰 영향을 주었다. 

반대로 초대륙이 분열할 때는 해령에서의 판 생산량이 증가하여 해면도 상승하고 빙하가 녹아 온난한 기후로 바뀌며 생물 활동도 다시 활발해졌다. 이렇게 지구 역사를 조사함으로써 인류를 포함하여 현재 지구 환경의 성인과 미래 변동을 예측할 수 있게 된다.