서적소개 – 한 권으로 끝내는 지구과학 (패트리샤 반스-스바니, 토마스 E. 스바니 / 지브레인 / 2017.5.24)

서적소개

한 권으로 끝내는 지구과학

패트리샤 반스-스바니, 토마스 E. 스바니 / 지브레인 / 2017.5.24

쓰나미와 해일이 지구에 미치는 영향은? 가장 깨끗하게 연소되는 화석 연료는? 과학자들은 지구의 긴 역사를 어떻게 추적할까? 지구 자기장의 방향이 지금과 반대였던 적이 있었을까? 해양 암석이나 광물은 누구의 소유일까? 가장 유명한 살아 있는 화석은? 미래 석유 소비에 대한 현재의 예상은? 1월 3일이 지구가 태양에 가장 가까운 날이라면 왜 그렇게 추울까? 왜 아스팔트와 시멘트로 뒤덥히는 지구가 위험할까 등 그동안 듣고 배우고 생각했던 지구과학의 모든 것들이 담겼다. 수많은 질문들은 우리가 지구에 대한 궁금증을 가졌던 것들부터 전문가의 영역까지 다양하게 넘나들며 지구에 대한 이야기를 들려주고 있는 만큼 『한 권으로 끝내는 지구과학』의 페이지를 넘기면 넘길수록 지구과학에 대한 이해의 폭이 넓어질 것을 확신한다!

○ 목차

머리말 8
감사의 말 10

1. 지질학 개요 11
   지구 공부하기 11 지질학의 역사 14
   유명한 지질학자들 16
2. 지구 측정하기 26
   지구의 모습 26 숫자로 본 지구 30
   시간 추적하기 41 야외로 나가자 48
3. 우주에서의 지구 53
   지구와 우주 53 태양계의 형성 55 초기의 지각 59
   지구와 태양 61 어머니 지구, 딸 달 66 지구와 우주 잔해물 73
   생명을 위한 적당한 장소 78
4. 지구의 층들 85
   지구의 내부 85 지각과 맨틀 그리고 핵 89
   지진과 지진계 96 대륙의 이동과 판구조론 100
5. 광물에 대한 모든 것 114
   광물의 형태 114 결정학 130
   몇 가지 광물 자세히 보기 136 보석을 가득히 141
6. 암석 가족 153
   암석의 분류 153 암석 가족 166 채광 176
7. 암석 속의 화석 189
   화석의 역사 189 화석의 형성 194 화석의 연대측정 206
   공룡, 인류, 그 밖의 유명 화석들 210
8. 화석 연료 218
   화석 연료의 기초 218 석유 제품 223 천연가스 탐사 233
   석탄 캐기 238 오늘의 문제, 유한한 미래 243
9. 침식하는 지구 247
   표면 침식 247 매스 웨이스팅 257
   바람에 의해 이동되는 모래와 사막 266 토양 269
10. 산맥 만들기 272
    산맥은 어떻게 형성되는가? 272 산의 역사 277
    산의 진화 282 잘 알려진 산맥들 284
11. 지질학과 물 288
    물에 대한 통계 288 하천과 강 291
    호수와 지하수 299 홍수 308
12. 얼음 환경 314
    얼어 있는 지형 314 빙하 320 빙하의 특징 329
    빙상 336 빙하기 340
13. 지진 조사하기 347
    지진의 역사 347 지진 정의하기 350 지진 측정하기 357
    지진의 위험과 피해 367 유명한 단층과 지진 374
14. 화산분출 378
    화산의 역사 378 화산 정의하기 382 해저 화산 394
    화산 측정하기 401 세계의 화산들 402
15. 동굴 탐사하기 411
    지하 탐사하기 411 동굴의 이해 415 그 밖의 동굴들 421
    공통적인 동굴 지형 423 쉬운 동굴 탐사 425
16. 지질학과 대양 430
    해양 설명하기 430 조석작용 433 해안을 따라서 438
    해안선 너머 443 심해 448
    지구 온난화, 해양, 그리고 지질학 453
17. 지질학과 태양계 457
    태양계 만들기 457 곳곳에서 일어나는 충돌 461
    지구는 다른 행성과 어떤 점이 유사한가? 469
    지구는 다른 행성들과 어떻게 다를까? 474
18. 북반구의 중요한 지형들 481
    빙하 지형 481 산맥 484 화산 488 지각 이동의 증거 494
    큰물과 큰 강 496 고원과 사막 502 다른 지형들 503
19. 남반구의 중요한 지형들 505
    산맥 505 화산 506 빙하와 얼음 510
    큰물과 큰 강 513 해안에서 떨어져서 515 다른 지형들 519

용어 설명 521
부록 524
찾아보기 528

○ 저자소개 : 패트리샤 반스-스바니, 토마스 E. 스바니

패트리샤 반스 스바니 (Patricia Barnes-Svarney)와 토머스 E. 스바니 (Thomas Eugene Svarney)는 물리학을 전공했다. 토머스 E.스바니는 현재 논픽션 작가이자 연구원으로, 패트리샤 반스 스바니는 논픽션과 과학 소설/미스터리 작가로 활동 중이다. 이들은 이 책을 저술하기 위한 기초조사 여행으로 애리조나 운석 구덩이와 콜로라도 주 공룡 발굴지에서부터 유럽의 동식물 연구소, 심지어 남극의 기후 연구소에 이르기까지 전 세계를 다녔다.

반스 스바니의 저서 중에는 베스트셀러 수상작인 《New York Public Library Science Desk Reference》와 이 달의 책으로 선정된 《Asteroid: Earth Destroyer or New Frontier》등이 있다. 뿐만 아니라 「Popular Science」 「Air & Space」, 「Weatherwise」 등에 350여 개의 기사를 기고하기도 했다. 또한 이들은 비지 블 잉크Visible Ink 출판사의 《핸디 앤서 북Handy Answer Book》 시리즈(공룡, 해양, 지구과학, 수학)와 《피해망상증 환자의 생존 가이드A Paranoid’s Ultimate Survival Guide》《분노한 하늘: 전 세계의 이상 기후Skies of Fury: Weather Weirdness around the World》등 여러 권의 과학 도서를 공동 저술하기도 했다.

– 역자 : 곽영직
서울대 물리학과와 미국 켄터키 대학원을 졸업하고 현재 수원대 물리학과 교수이자 자연과학대학장으로 재직 중이다. 저서로 《자연과학의 역사》 《물리학의 세계》 《물리학이 즐겁다》 등이 있으며, 역서로 《빅뱅 이전》 《오리진》 《즐거운 물리학》 《천재들의 과학노트 3 물리학》《한 권으로 끝내는 물리》《한 권으로 끝내는 과학》 《손안의 인피니티》 《한 권으로 끝내는 화학》 등이 있다.

○ 책 속으로

• 머리말

3부작 영화 <반지의 제왕> 덕분에 관람객들은 외계처럼 변화무쌍하고 환상적인 ‘중간계’라는 경치를 감상할 수 있었다. 반지의 제왕은 위대한 이야기꾼인 작가 톨킨J. R. R. Tolkien과 감독 피터 잭슨Peter Jackson이 만들어낸 상상의 산물이지만, 영화를 위해 선정된 지형들은 실제로 존재하는 장소들이다. 이 영화 속에서 전율이 느껴지는 판타지 세상은 지구를 끊임없이 변화시키는 파괴적인 두 힘인 화산과 판구조론이 만들어낸 뉴질랜드에 있다. 이것은 지구과학이 영화를 매력적으로 만든 한 예라고 할 수 있다.
사실 지구과학은 놀라운 지형 그 이상이다. 지구과학은 암석, 광물, 화석, 물리 화학적 과정, 순환, 그리고 지구의 물리적 특징과 지형에 관한 모든 것이다. 지질학은 모든 사람의 뒷마당과 발밑에 있으며 우리는 지구과학으로 둘러싸여 있다. 지구과학은 어떻게 우리 주변 환경이 만들어졌는지를 설명하고 지구와 우주의 역사를 설명한다. 이 책은 우리 뒷마당에서 우주에 이르기까지 과학에 대한 매우 흥미로운 1,100개의 질문에 답을 제시한다. 수백 장의 사진과 그림이 실려 있는 《한 권으로 끝내는 지구과학》은 우리를 지구 여행에 참여시킬 것이다. 이 책에는 미세한 결정의 형성에서부터 섬, 산맥, 대륙, 그리고 지구를 형성한 거대하고 장구한 과정에 이르기까지 다양한 주제가 실려 있으며, 공룡 화석의 신비를 풀기 위해 과거로 돌아갈 수도 있고, 인공 보석이 어떻게 만들어지고, 빙하학자들이 엄청난 양의 빙붕이 지구 온난화에 미치는 영향에 왜 초조해하는지를 배울 수 있는 최첨단 과학 전선으로 이동할 수도 있다. 그 과정에서 다음 세대 과학자들을 위해 새로운 길을 개척한 지질학자들에 대해서도 알게 될 것이다. 그들이 신비스런 동굴 탐험, 지구에 풍부한 광물의 탐사, 지진, 화산, 쓰나미를 정확하게 예측하여 어떻게 피해를 줄이려고 노력했는지에 대해서도 알게 될 것이다.
마지막 장에서는 취미나 직업으로 지구과학을 시작하는 방법을 알려줄 것이고, 용어 해설은 충적선상지나 애추사면과 같은 용어가 무엇을 의미하는지 알려줄 것이다.
우리는 과학자와 작가로서의 경험을 십분 발휘해 지질학적으로 희귀한 곳의 현장조사와 연구를 했고, 과학자들과 인터뷰를 했으며, 많은 암석을 수집했다. 또 남극 횡단 산맥을 넘었고, 알프스를 등반했으며, 대양들을 여행하고, 뉴질랜드와 그 밖의 장소에서 지각판의 이동으로 인한 융기를 목격했다. 우리는 그랜드 캐니언, 운석 구덩이, 캐스케이드 레인지의 화산들을 비롯하여 지질학적으로 흥미로운 거의 모든 장소를 방문했다. 또한 수없이 많은 휴화산을 탐험했으며, 여러 번의 캘리포니아 지진을 경험했다.
이 책은 우리가 여행하면서 발견한 것들을 정리하고 지구에 관한 가장 흥미로운 주제에 대한 수백 개의 기초적인 질문에 답한 것이다. 자, 이제 편히 앉아서 암석 망치와 돋보기를 들고 지구를 감상해보자.

• 감사의 말

우리는 미국지질조사국, 국립과학재단, 미국지구물리학 연합, 여러 대학의 지질학과들과 지구를 더 잘 이해할 수 있도록 오랜 시간 야외에서 자료를 수집한 지질학자들에게 감사의 말을 전하고 싶다. 또한 인내심을 가지고 프로젝트 관리, 훌륭한 편집, 감각적인 디자인을 해준 케빈 힐, 프로젝트를 관리하고 감독한 크리스타 게이너와 프로젝트를 허가해준 마티 코너에게 감사한다. 다나 바네스 교수와 찾아보기를 만든 래리 베이커, 편집인 크리스토퍼 스캐니언, 영상 책임자 로버트 후프만, 표지 및 내부 디자이너 메리 클레어 크르제빈스키, 그리고 식자를 책임진 그래픽스 그룹의 제이크 디 비타에게도 깊은 감사를 드린다. 그리고 우리 저자들의 에이전트인 아그네스 번바움에게도 그동안의 도움과 우정에 대해 특별한 감사의 마음을 전하고 싶다.

1. 지질학 개요

*지구 공부하기

• 지질학이란 무엇인가?

한마디로 지질학 Geology은 지구에 대해 연구하는 학문 분야이다. 다른 많은 과학 용어와 마찬가지로 ‘지질학’이라는 말도 고대 그리스어에서 유래했다. 지질학이라는 영어 단어 geology의 geo는 고대 그리스어에서 ‘지구’를 의미한다. 영어에서 geo는 지구 또는 들판이라는 뜻의 접두어로 지리학 geography, 측지학 geodesy, 지구과학 geophysics 등에도 사용되고 있다. 또 geology의 ology는 ‘토론’이라는 의미를 가지고 있으며 ‘~에 대한 연구’라고 번역할 수 있는 그리스어 logos에서 유래했다.

• 지질학은 얼마나 오래된 과학인가?

오늘날 우리가 알고 있는 지질학은 비교적 새로운 과학이라고 할 수 있지만 지구에서 일어나는 다양한 현상에 관한 세심한 관측은 고대 그리스 시대부터 시작되었다. 지구에 대한 고대 그리스의 초기 개념 중 일부는 후세에도 전해졌다. 예를 들면 고대 그리스의 역사학자 헤로도토스 Herodotus (B.C.E. 484~B.C.E. 425)는 나일 강 삼각주의 형성 과정을 설명했는데, 나일 강의 범람으로 인한 퇴적물이 나일 강 계곡의 토양을 비옥하게 하는 데 중요한 역할을 했으며 또한 현재 일어나고 있는 지질학적 과정이 과거에 일어난 지질학적 변화를 설명하는 데 충분하다고 주장했다. 이것은 초기 형태의 동일과정설이라고 할 수 있다 (동일과정설의 자세한 내용은 아래 참조).
그러나 현대과학의 입장에서 보면 고대 그리스인들이 했던 대부분의 ‘지질학적’ 관측은 지나치게 비현실적이다. 예를 들면 알렉산더 대왕의 가정교사이기도 했던 유명한 철학자 아리스토텔레스 Aristotle (B.C.E. 384~B.C.E. 322)는 지하 불로 생성된 열이 화산에서 분출되는 것이며, 이 불은 동굴을 통해 이동하는 공기가 마찰에 의해 가열되어 만들어진다고 설명했다.

• 지질학에는 어떤 분야가 있는가?

지질학은 고생물학에서 광물학에 이르기까지 매우 광범위한 분야를 다루는 학문이다. 지구와 지구 너머에 있는 넓은 세상에서는 다양한 일들이 일어나고 있기 때문에 그것을 다루는 지질학이 다양한 분야에 걸쳐 있다는 것은 어쩌면 당연한 일이다. 다음은 지질학의 일부 중요한 분야에 대한 간단한 설명이다.

경제지질학 economic geology : 금속을 얻기 위한 암석 이용과 채광, 거래 방법 등을 연구한다. 다시 말해 경제지질학자들은 천연자원을 탐사하고 개발하는 일을 한다.

환경지질학 evironmental geology : 강의 흐름이 결정되는 과정과 홍수 사이의 관계 등 지질학적 변화가 환경에 미치는 영향을 연구한다. 반대로 오염이나 개발과 같은 환경 문제에 의해 지질학이 어떻게 영향을 받는지도 연구한다.

지구화학 geochemstry : 암석이나 광물의 화학적 조성을 연구한다. 지구화학자는 광물의 내부 구조를 이해하는 데 이러한 지식을 이용한다.

지형학 geomorphology : 강이 어떻게 형성되고 발생하는지와 같이 지구의 지형이 변해가는 과정을 연구한다.

지구물리학 geophysics : 지구 내부 구조에 대한 설명을 포함하여 지진이나 지구 자기장의 영향과 같은 지구에서 일어나는 물리적 변화를 연구한다.

빙하지질학 glacial geology : 빙상과 빙하가 어떻게 서로 영향을 주고받는지, 그 지역의 다른 지질학적 요소에 영향을 미치는지를 연구한다.

수리학 hydrology : 카르스트 지형의 지하수 흐름 또는 오염물질이 지하에서 어떻게 흐르고 지질학에 어떤 영향을 미치는지와 같이 물의 역할에 대해 연구한다.

호수지질학 limnology : 고대의 호수와 현대 호수에 대해 연구한다.

해양지질학 marine geology : 해양저나 해변에서 긴 시간에 걸쳐 일어나는 지질학적 변화를 연구한다.

고생물학 paleontology : 화석 형태로 발견되는 고대 생명체에 대해 연구하는 분야로 무척추동물, 척추동물, 식물, 공룡에 대한 연구가 포함된다.

석유지질학 petroleum geology : 석유가 어떻게 형성되고 발견되며 이용되는지를 연구한다.

행성학 planetology : 태양계의 행성과 위성이 형성되는 과정과 지구와 비교한 특성에 대해 연구한다.

화산학 volcanology : 화산의 형성 과정과 화산분출의 영향에 대해 연구한다.

• 지층누중의 법칙은 무엇인가?

지질학에는 진정한 의미의 법칙이 없다. 다시 말해 지질학과 관련된 대부분의 과정, 사건, 그리고 다양한 현상을 설명하는 법칙은 모든 상황에 똑같이 적용되지 않는다. 그러나 많은 지질학자들은 대부분의 경우에 적용되는 법칙이 있다고 생각한다. 그중 하나가 지층누중의 법칙 law of superposition이다. 이 법칙에 의하면 아래에 있는 지층은 오래된 것이고 위에 있는 지층은 상대적으로 최근에 형성된 지층이다. 물론 이것이 항상 옳은 것은 아니다. 특히 조산작용으로 암석층이 접힌 경우에는 오래된 지층이 젊은 지층 위에 있을 수도 있다.

지질학에서 횡절관계는 무엇을 의미하는가?
횡절관계 cross-cutting relationship는 밑에서 올라온 마그마의 관입으로 잘린 암석층이 마그마보다 오래된 암석이라는 뜻이다. 이것은 지질학을 실용적으로 적용하는 경우에 사용되는 말로 특히 단층이나 암상, 암맥에 대해서 토론할 때 쓰인다.

*지질학의 역사

• 동일과정설은 무엇인가?

동일과정설 uniormitarianism은 현재 일어나고 있는 지질학적 과정과 자연법칙이 과거의 지질학적 변화를 설명하는 데 충분하다는 학설이다. 이 원리는 ‘현재는 과거를 알 수 있는 열쇠다’라는 말로 잘 표현된다. 이 개념은 1788년경에 스코틀랜드 지질학자 제임스 허튼 James Hutton (1726 ~ 1797)이 처음 공식적으로 제안했다. 그 후 1830년에 영국의 지질학자 찰스 라이엘 Charles Lyell (1779 ~ 1875)이 이 학설을 동일과정설이라고 이름 붙였다.

• 수성설 neptunism, 천변지이설 catastrophism, 화성설 plutonism은 무엇인가?

지질학의 영웅시대라고 할 수 있는 18세기 말 지질학에는 지구 표면의 지형이 생성되어지는 과정을 설명하는 세 가지 주요 이론이 있었다. 당시의 저명한 지질학자들은 지표면의 지형을 설명하는 세 이론 중 하나를 지지했다. 다음은 이 이론들에 대한 설명이다.

수성설 neptunism : 수성설은 19세기 말에 널리 받아들여졌던 이론으로 독일의 아브라함 베르너 Abraham Werner 등 당시 저명한 지질학자들의 지지를 받았다. 이 이론에서는 지구 표면이 한때 모두 바다였으며, 현무암이나 화강암을 비롯하여 오늘날 볼 수 있는 지각을 구성하는 암석은 바닷물에서 석출되어 형성되었다고 설명한다.

천변지이설 catastrophism : 이 이론에서는 대부분의 지질학적 요소가 지진, 홍수, 운석 충돌, 화산활동과 같은 갑작스럽고 격렬한 파괴적인 사건에 의해 만들어졌다고 설명한다. 오늘날 대부분의 지질학자들은 지구 표면이 서서히 진행되는 자연 과정에 의해 형성되었으며 때때로 특정한 파괴적 사건이 개입했다고 믿고 있다.

화성설 plutonism : 스코틀랜드 지질학자 제임스 허튼은 화성설의 열렬한 지지자였다. 화성설 지지자에는 화산설을 받아들이는 학자들도 포함된다. 이 이론에서는 암석이 바다에서의 퇴적이나 화산처럼 지하에서 일어나는 과정에 의해 형성되었다고 설명한다. 그리고 지구 표면의 지형은 산을 밀어 올리는 마그마의 열에 의해서도 만들어질 수 있다고 주장했다. 또한 지구가 녹아 있는 상태의 물질이 굳어서 만들어진 것이라고 설명했다. 허튼은 이 이론을 그가 출판한 《지구의 이론》을 통해 제안했다.

• 대륙이 이동한다고 최초로 주장한 사람은 누구인가?

독일의 과학자 알프레드 베게너 Alfred Wegener (1880 ~ 1930)가 대륙 이동설의 제안자라고 인정받고 있지만 그 전에 미국의 지질학자 리차드 오웬 Richard Owen (1810 ~ 1897)도 대륙이 오랜 세월에 걸쳐 이동한다고 주장했다. 하지만 오웬이 이 이론을 설명한 《지구 지질학의 열쇠》라는 제목의 수필집은 1912년에 알프레드 베게너가 그의 이론을 출판할 때까지 수십 년 동안 잊혀져 있었다 (알프레드 베게너에 대한 자세한 내용은 ‘지구의 층들’을 참조).

*유명한 지질학자들

• 게오르기우스 아그리콜라는 누구인가?

게오르그 바우어로도 알려진 게오르기우스 아그리콜라 Georgius Agricola (1494 ~ 1555)는 많은 사람들이 ‘광물학의 아버지’라고 하는 독일의 과학자이다. 아그리콜라는 원래 고문헌이나 고대 언어를 연구하는 학자였는데 독일 요아힙스탈 부근에 있던 그 당시 유럽에서 가장 큰 광산 지역에서 일하게 된 것이 계기가 되어 2세기 후 현대 지질학 발전의 기초가 된 지질학에 관한 7권의 책을 저술했다. 그의 업적은 채광과 제련에 관련하여 당시 알려져 있던 모든 사실들을 정리하고, 경도나 색깔 등의 관측 가능한 성질을 기준으로 광물을 분류하는 방법을 제안한 것이었다.

• 니콜라우스 스테노는 지질학에 어떤 공헌을 했나?

닐스 스텐센이라고도 불렸던 니콜라우스 스테노 Nicolas Steno (1638 ~ 1686)는 덴마크의 지질학자이자 해부학자였다. 1669년 그는 지중해에 있는 몰타 섬에서 행운의 상징으로 팔리고 있던 ‘혀 암석’이 실제로는 화석화된 상어의 이빨이라는 것을 밝혀냈다. 또한 스테노의 법칙이라고도 하는 지층누중의 법칙을 개발했다. 이 이론은 밑에 있는 암석층이 위에 있는 암석층보다 오래전에 형성되었다는 내용이다.
그 밖에도 스테노는 두 가지 원리를 더 제안했다. 하나는 암석층이 처음에는 수평하게 형성되었다는 원리로 수평의 법칙이라고도 불린다. 다른 하나는 암석의 일부만 지표에 드러나 있는 것은 침식작용이나 지진과 같은 작용으로 설명할 수 있다는 원리로, 숨겨진 층리의 법칙이라고도 불린다. 이 원리들은 모두 오늘날에도 받아들여지고 있다. 사람들은 스테노를 ‘현대 지질학의 아버지’라고 생각하지만 지질학의 아버지라는 칭호는 제임스 허튼을 비롯한 많은 다른 초기 지질학자들에게도 붙여진다.

• 아브라함 고트로브 베르너는 누구인가?

아브라함 베르너 Abraham Gottlob Werner (1750 ~ 1817)는 독일의 지질학자로 외부적인 특징을 기준으로 최초로 광물을 체계적으로 분류했다. 그는 수성설의 지지자였다.

• 영국에 대한 지질학적 조사를 시작한 사람은 누구인가?

영국 지질학자 헨리 토마스 드라베슈 Sir Henry Thomas de la Beche (1796 ~ 1855)는 1835년 지질조사 책임자로 임명되어 공식적으로 영국에 대한 지질학적 조사를 실시했다. 그는 영국, 프랑스, 스위스, 자메이카에 대한 지질학적 연구로 국제적으로도 널리 알려졌다.

• 제임스 허튼은 지질학에 어떤 공헌을 했나?

제임스 허튼은 스코틀랜드의 자연 철학자였지만 지질학에 훨씬 더 많은 공헌을 해 ‘현대 지질학의 아버지’로 인정받고 있다. 허튼은 화성설의 열렬한 지지자로 지구가 6000년보다 오래되었다고 주장했으며, 변성암을 만들어내는 지하의 열은 수면 아래에 만들어진 퇴적층에서 암석이 형성되는 과정에서도 중요한 역할을 한다고 설명했다. 또한 오늘날 일어나고 있는 것과 똑같은 작용이 과거에 지구 표면 지형을 만들었다고 주장하는 동일과정설이 담긴 《지구에 대한 이론》의 저자이다.

• 제임스 허튼의 이론을 확장한 유명한 지질학자는 누구인가?

영국의 지질학자 찰스 라이엘 Charles Lyell (1779 ~ 1875)은 《지질학의 원리》라는 책에서 제임스 허튼의 이론을 발전시켰다. 그는 지질학을 지구의 조성, 역사, 구조, 과정에 대한 연구라고 설명했다. 라이엘은 지질학적 지형은 오랜 시간에 걸친 침식과 형성 과정을 통해 만들어진다고 주장했으며 ‘동일과정설’이라는 용어를 처음 사용했다.

찰스 라이엘은 지구의 지질학적 구조를 만들어낸 화학적 조성, 구조, 과정에 대한 연구의 선구자이다.

• 세즈윅과 머치손의 이름은 왜 항상 함께 거론될까?

아담 세즈윅 adam Sedgwick (1785 ~ 1873)과 로데릭 임페이 머치손 Sir Roderick Impey Murchison (1792 ~ 1871)은 암석층의 이해에 대한 공동 연구로 함께 거론되는 경우가 많다. 세즈윅은 웨일즈의 캄브리아기 지층을 연구한 영국의 지질학자로 전 세계 캄브리아기 암석층의 표준을 제공했다. 머치손은 아마추어 지질학자로 시작하여 1838년에 《실루리아기 암석층》을 출판한 스코틀랜드의 지질학자이다. 1년 후에 머치손과 세즈윅은 함께 영국 남서 지방의 데본기 암석층을 밝혀냈고 이는 전 세계 데본기 암석층의 표준이 되었다.

• 누가 최초로 미국의 간단한 지질학 지도를 출판했는가?

최초의 미국 지질학 지도는 스코틀랜드 출신 상인인 윌리엄 매클루어 William Maclure (1763 ~ 1840)가 출판했다. 1796년 미국 시민이 된 그는 후에 《미국의 지질학적 관찰 (1809)》을 출판했는데 이 책에는 미국 지질학 지도가 포함되어 있었다.

• 영국 지질학의 창시자는 누구인가?

운하 건설을 위한 조사를 했던 윌리엄 스미스 William Smith (1769 ~ 1839)를 영국 지질학의 창시자라고 할 수 있다. 그는 운하 일에 종사하면서 관찰한 내용을 세밀하게 기록하여 1815년에 최초의 지질학적 지도인 《브리튼과 웨일즈의 지층에 대한 개요》를 출판했다. 이로 인해 허튼, 스테노와 함께 스미스도 종종 ‘현대 지질학의 아버지’라고 불린다.

• 존 플레이페어는 누구인가?

스코틀랜드의 지질학자 존 플레이페어 John Playfair (1748 ~ 1819)는 강이나 계곡이 하천의 침식작용으로 형성되었다고 제안했는데, 이것은 오늘날 널리 받아들여지고 있다. 당시 대부분의 지질학자들은 갑작스런 땅의 융기작용에 의해 계곡이 만들어졌고 강은 훨씬 후에 흐르기 시작했다고 주장했다.

• 제임스 홀은 누구인가?

스코틀랜드 지질학자 제임스 홀 Sir James Hall (1761 ~ 1832)은 최초로 실험을 통해 지질학을 연구한 사람이다. 예를 들면 그는 실험을 통해 용암이 식는 속도에 따라 어떻게 다른 종류의 암석이 형성되는지를 보여주었다. 제임스 허튼과 존 플레이페어의 친구이기도 했던 홀의 암석에 대한 연구는 관입 암석의 형성에 관한 허튼의 견해를 공고히 했다.

• 제임스 홀은 지질학에 어떤 공헌을 했나?

제임스 홀 James Hall (1811 ~ 1898)은 미국 지질학자로 조산작용에 대한 이론을 제안한 사람들 중 한 명이다. 홀은 미국 전역의 후기 석탄기 이전의 모든 화석 기록을 최초로 수집하여 정리했다. 그는 당시 미국 무척추동물 고생물학의 일인자로 널리 알려졌었다.

루이 아가시는 지구에 여러 번의 빙하기가 있었다고 처음으로 주장한 지질학자이다.

• 루이 아가시는 누구인가?

루이 아가시로 널리 알려져 있는 쟝 루이 로돌프 아가시 Jean Louis Rodolphe Agassiz (1807 ~ 1873)는 스위스 출신의 지질학자이자 고생물학자로, 1837년 스위스자연과학협회에서 행한 유명한 연설을 통해 빙하와 빙상이 북반구의 대부분을 뒤덮었던 시기인 빙하기라는 개념을 처음 제안했다. 이 ‘빙하기’는 카를 쉼퍼 Karl Schimper (1803 ~ 1867)가 1년 전에 사용했던 용어를 아가시가 인용한 것이다. 후에 아가시는 미국으로 이주하였으며, 죽을 때까지 지질학과 고생물학 분야에서 지배적인 영향력을 행사했다. 재미있는 점은 아가시가 자연선택에 의한 진화를 주장한 다윈의 진화론에 반대한 과학자들 중 한 사람이라는 것이다.

• 제임스 드와이트 데이나는 지질학에 어떤 공헌을 했는가?

제임스 드와이트 데이나 James Dwight Dana (1813 ~ 1895)는 오늘날에도 광물학 분야에서 가장 훌륭한 책으로 인정받고 있는 《데이나의 광물학 편람》을 출판한 미국의 광물학자이다. 1862년에 처음 출판된 이 책은 데이나가 출판한 지질학 표준 참고도서 중 하나이다. 이 책에는 지구상에 알려진 모든 광물과 금속에 대한 정보뿐만 아니라 이들의 화학식과 특징, 용도, 광물과 관계된 그 밖의 유용한 정보들이 실려 있다.

• 클라렌스 에드워드 듀튼은 누구인가?

클라렌스 에드워드 듀튼 Clarence Edward Dutton (1841 ~ 1912)은 빙하와 빙상의 후퇴로 땅이 어떻게 상승하는지를 설명하는 지각평형이론을 제안한 미국의 지질학자이다. 또한 애리조나에 있는 그랜드 캐니언의 신생대 3기의 역사를 연구하여 이 시기의 그랜드 캐니언 지역에 형성된 암석층에 대한 자세한 내용을 1882년에 출판한 《그랜드 캐니언 지역의 3기 역사》에 실었다.

• 캐나다에서 가장 유명한 지질학자는?

지질학자이자 식물학자이자 인류학자이며 캐나다지질연구소 소장이었던 조지 머서 도손 George Mercer Dawson (1849 ~ 1901)은 캐나다 서부 지역의 지질학과 자원의 이해에 크게 공헌했다. 젊은 시절 도손은 포트 병이라는 희귀한 결핵에 걸리는 바람에 곱사등이 되어 10살 때의 키를 그대로 유지한 채 살아야 했다. 이런 장애에도 불구하고 캐나다지질연구소의 직원이었던 도손은 수십 년 동안 야외에서 캐나다 서부의 지질학적 특징을 기록했다. 걷거나 말을 타거나, 때로는 카누를 이용하여 험난한 이 지역을 여행하며 얻은 야외 관찰 기록에는 그림과 그 지역에 사는 사람, 식물, 동물, 날씨, 지질학과 지리학에 대한 관찰 내용이 담겨 있었다.

• 윌리엄 길버트는 왜 유명할까?

영국의 물리학자이자 엘리자베스 1세와 제임스 1세의 주치의이기도 했던 윌리엄 길버트 William Gilbert (1544 ~ 1603)는 자기학 분야의 발전에 크게 공헌했다. 그의 실험 연구는 자기적 성질을 가지고 있는 로드스톤에 대한 것이었다. 또한 지구는 남극과 북극을 가지고 있는 거대한 자석이라고 제안했다.

• 그로브 칼 길버트는 누구인가?

그로브 칼 길버트 Grove Karl Gilbert (1843 ~ 1918)는 20세기 지질학 발전의 기초를 확립한 미국 지질학자 겸 지형학자였다. <흐르는 물에 의한 물질의 운반 (1914)>을 비롯한 그의 논문들은 강의 발달 과정에 대한 이론 발전에 크게 공헌했다. 그는 빙하작용과 달의 크레이터 형성에 관한 이론을 제안하기도 했고, 과학 철학의 발전에도 공헌했다.

• 토마스 체임벌린은 누구인가?

토마스 체임벌린 Thomas Chrowder Chamberlin (1843 ~ 1928)은 빙하에 관심을 가진 미국 지질학자였다. 그는 여러 번의 빙하기를 제안한 사람으로 바람에 실려와 만들어진 실트 퇴적물인 황토의 기원을 설명하기도 했고, 그린란드에서 화석을 발견하여 이 지역이 과거에 따뜻한 온대 기후였다는 것도 밝혀냈다. 또한 일반적으로 받아들여지는 성운 기체 구름 이론과 반대되는 미행성 이론을 이용하여 지구의 형성과 성장 과정을 설명했다.

• 매튜 폰테인 모리는 누구인가?

매튜 폰테인 모리 Matthew Fontaine Maury (1806 ~ 1873)는 현대 해양학에 관한 첫 번째 교과서인 《바다와 바다 기상학의 물리적 지리학 (1855)》를 출판한 미국의 해양학자이다. 그는 또한 해류와 무역풍에 대한 정보를 제공하여 여러 항로에서의 항해 시간을 단축시키는 데 도움을 주었다.

• 존 웨슬리 파웰은 왜 지질학에서 중요한가?

존 웨슬리 파웰 John Wesley Powell (1834 ~ 1902)은 미국 남북전쟁에서 팔을 잃었지만 최초로 그랜드 캐니언을 탐사한 미국의 지질학자, 군인, 행정가였다. 그는 콜로라도 캐니언을 소개하고, 미국지질학 조사를 이끌었다.

존 웨슬리 파웰은 1869년에 이루어진 99일 동안의 콜로라도 강 탐험으로 명성을 얻었다.

• 바실리 바실리예비치 도쿠차예프는 누구인가?

바실리 바실리예비치라고도 불리는 바실리 바실리예비치 도쿠차예프 Vasily Vasilievich Dokuchaev (1846 ~ 1903)는 많은 과학자들이 현대 토양 과학의 창시자라고 생각하는 러시아의 지리학자이다. 그는 기후, 식생, 모암, 지형이 오랜 시간에 걸쳐 상호작용하면서 토양이 만들어진다고 생각했다. 또한 토양이 대帶를 형성한다고 제안했지만 성대성 토양에 대한 개념은 더 발전되지 않았다.

• 지질학 연구로 널리 알려진 아버지와 아들은 누구인가?

알브레히트와 월터 펭크 부자는 유럽 지질학에 크게 공헌한 독일 지질학자이다. 알브레히트 펭크 Albrecht Penck (1858 ~ 1945)는 알프스의 빙하에 대한 연구의 선구자로 빙상이 네 번 전진하고 후퇴했다는 증거를 찾아냈다. 월터 펭크 Walther Penck (1888 ~ 1923)는 요절했지만 지층을 깎아내는 강과 융기 사이의 균형을 바탕으로 지형이 형성된다는 이론을 제안했다.

• 미국 최초의 여성 지질학자는 누구인가?

플로렌스 배스컴 Florence Bascom (1862 ~ 1945)은 지질학 분야에서 두 번째로 박사학위를 받은 미국 여성이지만, 많은 지질학자들은 배스컴을 미국 최초의 여성 지질학자라고 생각하고 있다. 1888년 미시간 대학에서 최초로 지질학 박사 학위를 받은 사람은 메리 홈즈였지만 배스컴이 지질학에서 수 많은 ‘첫 번째’를 이루었기 때문이다. 배스컴은 미국지질조사국에서 일한 (1896) 첫 번째 여성이었고, 워싱턴지질학회에 논문을 제출한 (1901) 첫 번째 여성이었으며, 미국지질학회 평의원으로 선출된 (1924) 최초의 여성이었고, GSA의 임원이 된 최초의 여성이었다. 또한 《미국 과학계의 남성과 여성 (1906)》의 초판에 별 네 개를 받은 지질학자이기도 했다. 이는 동료들이 그녀를 미국의 100명의 지도적인 지질학자 중 한 사람으로 인정했다는 의미였다. 배스컴은 브린모어 칼리지에 지질학과를 설립했다. 그녀의 관심 분야는 결정학, 광물학, 암석학이었다.

• 로버트 엘머 호튼은 누구인가?

로버트 엘머 호튼 Robert Elmer Horton (1875 ~ 1945)은 지형을 정량적으로 기술하는 방법을 처음으로 개발한 미국의 공학자, 수리학자, 지형학자였다. 그는 자신의 이름을 따서 빗물이 표면을 흘러가는 현상을 설명하는 호튼의 표면유수 모델을 제안하기도 했다.

• 20세기 최고의 암석학자는 누구인가?

많은 과학자들이 20세기 최고의 암석학자로 노먼 보웬 Norman Levi Bowen (1887 ~ 1956)을 꼽는다. 그는 암석을 구성하는 광물의 상태도를 개발하여 과학자들에게 특정한 암석이 어떻게 형성되는지에 대한 정보를 제공했다. 이 보웬의 반응 계열은 그의 이름을 따서 붙인 이름이다.

• 지형학 분야를 크게 발전시킨 사람은 누구인가?

지형학의 권위자였던 윌리엄 모리스 데이비스 William Morris Davis (1859 ~ 1934)는 미국의 지질학자이자 지리학자이자 기상학자였다. 지형학에 대한 그의 논문은 이 분야의 발전에 크게 공헌했다. 그가 제시한 가장 영향력 있는 개념은 ‘침식의 순환’ 이론이었다. 이 이론을 보면 데이비스가 찰스 다윈의 진화론에 크게 영향을 받았다는 것을 알 수 있다. 1883년에 발표한 논문에서 데이비스는 다음과 같이 설명했다. ‘각각의 강 유역에 있던 많은 하천들이 하나의 수로로 통합되고 이 하나의 수로만 살아남게 된다. 이는 자연 선택의 좋은 예이다.’ 그의 연구와 이론으로 인해 그는 종종 ‘지형학의 창시자’ 또는 ‘지리학의 아버지’라고 불린다. 일부 과학자들은 두 학문이 똑같지는 않더라도 매우 유사하다고 생각한다. 그는 내셔널 지오그래픽 소사이어티를 창립하기도 했다.

• 베노 구텐베르크는 누구인가?

베노 구텐베르크 Beno Gutenberg (1889 ~ 1960)는 20세기의 뛰어난 관측 지진학자였다. 그는 지진파 기록을 분석하여 고체 상태의 지구와 대기의 구조에 대한 여러 가지 발견에 공헌했다. 또한 지구 핵의 정확한 위치를 발견하고 핵의 탄성을 밝혀냈다. 지진학에 대한 다양한 공헌 외에도 구텐베르크는 맨틀과 외핵 사이에 있는 층을 발견했는데, 이 층은 현재 그의 이름을 따서 부르고 있다 (지구 층들에 대한 더 자세한 내용은 ‘지구의 층들’ 참조).

• 프레스톤 클라우드는 지질학에 어떤 공헌을 했는가?

프레스톤 클라우드 Preston Ercelle Cloud Jr. (1912 ~ 1991)는 여러 과학 분야와 과학이 아닌 분야에서 다양한 전설을 남긴 생물지질학자이자 고생물학자이자 인문주의자였다. 그는 대기, 해양, 지각의 발달 과정에 대한 이해에 크게 공헌한 역사적인 지질학자였으며 생명의 진화에 대한 이해에도 공헌했다. 그는 오염이 증가하고 오염과 관련된 움직임들이 지구에 큰 영향을 미치는 환경에서 인류가 계속 진화할 수 있을지에 대해서 염려했다.

2. 지구 측정하기

*지구의 모습

• 지구에는 왜 계절의 변화가 생길까?

사람들의 생각과 달리 계절의 변화는 태양과 거리가 달라지기 때문이 아니다. 계절의 변화는 지구의 자전축이 공전면에 수직하지 않고 23.5°만큼 기울어져 있기 때문이다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구가 태양 주위를 공전할 때 태양 빛을 수직으로 받는 지역이 달라지는 것이다. 다음은 지구 북반구의 계절에 대한 설명이다.

여름 : 지구 자전축의 북극이 태양 방향을 향해 기울어져 있는 동안에는 북반구가 여름이다. 이 기간 동안 북극은 하루 24시간 태양 빛을 받는 반면 남극은 전혀 태양 빛을 받지 못한다. 북반구에서 여름의 첫째 날인 하지는 태양이 북회귀선이라고도 하는 북위 23.5°를 수직으로 비추는 날이다. 이것은 대략 6월 21일이나 22일로 일 년 중 가장 많은 태양 빛을 받는 날이다 (역자 주: 우리나라에서는 하지를 여름이 시작하는 날로 보지 않고 여름의 한가운데로 본다. 여름이 시작되는 입하는 5월 5일이나 6일이다).

가을 : 북반구에서 가을의 첫째 날은 9월 22일이나 23일로 추분이라고 한다. 이 날에는 태양이 적도 바로 위에 있고 낮의 길이와 밤의 길이가 같다. 이 날 북극에서는 6개월 만에 ‘해가 지고’, 남극에서는 6개월 만에 ‘해가 뜬다’ (역자 주: 우리나라에서는 추분을 가을이 시작하는 날로 보지 않고 가을의 한가운데로 본다. 가을이 시작되는 입추는 8월 5일이나 6일이다).

겨울 : 12월 21일이나 22일이 북반구에서 겨울이 시작되는 날로 동지라고 한다. 겨울에 남극은 하루 24시간 태양 빛을 받지만 북극은 전혀 태양 빛을 받지 못한다. 북반구의 동짓날 태양은 남회귀선인 남위 23.5°를 수직으로 비춘다. 이 날 북반구에서는 낮의 길이가 가장 짧다 (역자 주: 우리나라에서는 동지를 겨울이 시작하는 날로 보지 않고 겨울의 한가운데로 본다. 겨울이 시작되는 입동은 11월 5일이나 6일이다).

봄 : 가을과 마찬가지로 북반구의 봄에는 태양이 적도 지방을 수직으로 비추는 시기이다. 춘분은 3월 21일이나 22일인데 밤과 낮의 길이가 같다. 이 날 북극에서는 ‘해가 지고’ 남극에서는 ‘해가 뜬다’ (역자 주: 우리나라에서는 춘분을 봄이 시작하는 날로 보지 않고 봄의 한가운데로 본다. 봄이 시작되는 입춘은 2월 5일이나 6일이다).

• 근일점과 원일점은 무엇인가?

지구는 완전한 원 궤도를 따라 태양을 공전하지 않고, 타원 궤도를 따라 돈다. 이 때문에 지구 궤도에는 태양으로부터 가장 가까운 점과 가장 먼 점이 있다. 지구 궤도 중 태양에 가장 가까운 점을 근일점 perihelion, 가장 멀리 있는 점을 원일점 aphelion이라고 한다. 근일점은 태양으로부터 약 1억 4750만㎞ 떨어진 곳에 있고, 지구는 매년 1월 3일경에 이 지점을 통과한다. 원일점은 태양으로부터 1억 5260만㎞ 떨어진 점에 있고 지구는 매년 7월 4일경에 이 점을 통과한다.

지구의 자전축이 23.5° 기울어져 있기 때문에 우리는 다양한 기후를 경험하게 된다. 기후의 변화는 태양과 지구의 상대적 위치, 지구 표면에서의 위도에 따라 달라진다.

• 반알렌대는 무엇인가?

미국의 최초 인공위성인 익스플로러 1호가 1958년에 가이거 계수기를 이용하여 강한 내부 전리층을 발견하기 전까지 반알렌대 Van Allen radiation belts의 존재는 알려져 있지 않았다. 1958년 후반에 발사된 파이어니어 3호는 달에 도달하는 임무는 완수하지 못했지만 38시간 6분 동안 지구 궤도를 비행하면서 외부 반알렌대를 측정하는 데 성공했다.
인공위성들의 관측 자료를 분석하여 이 전리층의 존재를 처음으로 밝혀낸 아이오와 대학의 제임스 반 알렌 James Van Allen의 이름을 따서 반알렌대라고 명명되었다. 이온화된 기체로 이루어진 이 전리층은 지구의 적도 상공을 두 개의 도넛 형태로 둘러싸고 있다. 반알렌대는 태양으로부터 불어온 태양풍의 빠른 하전 입자들이 지구 자기장에 잡혀서 만들어진다. 외층은 지상 19,000~41,000㎞에 형성되어 있고, 내층은 지상 7,600~13,000㎞에 형성되어 있다. 그리고 비슷한 전리층이 태양계의 다른 행성에서도 발견되었다.
그러나 외층과 내층이 지구를 둘러싸고 있는 전리층의 전부는 아니다. 1990년에 탐사위성 CRRES (Combined Release and Radiation Effects Satellite)는 반알렌대의 내층과 외층 사이에서 세 번째 전리층을 발견했다. 그리고 과학자들은 내층과 외층 사이에 또 다른 전리층이 주기적으로 형성된다는 것을 알아냈다. 예를 들면 1998년 5월 8일에 일련의 대규모 태양 폭발이 있었고 이에 따라 새로운 전리층이 형성되었다. 그러나 태양 활동이 잠잠해지자 점차 이 전리층은 사라졌다.

• 1월 3일이 지구가 태양에 가장 가까이 다가가는 날이라면 왜 그렇게 추울까?

이런 질문을 하는 사람은 틀림없이 북반구에 살고 있는 사람이다. 왜냐하면 1월 3일에 남반구는 따뜻하기 때문이다! 근일점에서 태양으로부터 받는 평균 에너지는 원일점에서보다 7% 증가하지만 반대로 지구의 평균 온도는 2.3℃ 낮아진다.

왜 태양에서 멀리 있을 때가 더 따뜻할까? 그것은 지구 표면에 대륙과 해양이 골고루 분포되어 있지 않기 때문이다. 북반구에는 대륙이 많이 분포하고 남반구에는 바다가 많다. 지구가 원일점을 통과하는 7월에는 북반구가 태양을 향하고 있기 때문에 태양 빛은 바다보다 가열되기 쉬운 대륙을 수직으로 비춘다. 지구가 근일점을 통과하는 1월에는 태양이 가열하기 어려운 바다를 수직으로 비추기 때문에, 지구가 태양과 가까워져도 지구의 평균 온도는 낮아진다.

그러나 지구가 원일점에 있을 때 북반구가 따뜻해지는 데에는 또 다른 이유가 있다. 북반구와 남반구에서의 여름의 길이가 다르기 때문이다. 케플러의 행성 운동법칙 중 두 번째 법칙에 의하면 행성은 태양에서 멀리 있는 원일점에 있을 때 가까이 있는 근일점에 있을 때보다 공전 속도가 느려진다. 따라서 북반구의 여름은 남반구의 여름보다 2일 내지 3일이 더 길다. 다시 말해 태양이 북반구를 수직으로 비추는 시간이 남반구를 수직으로 비추는 시간보다 길다. 따라서 북반구의 여름은 남반구의 여름보다 더 많은 태양 빛을 받는다.

*숫자로 본 지구

• 지구는 얼마나 빠른 속도로 태양을 돌고 있는가?

지구는 약 29.8㎞/s의 속력으로 태양 주위를 돌고 있다. 이 숫자는 지구의 공전 궤도의 둘레를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간인 1년으로 나누어서 얻은 값이다. 지구 공전 궤도의 둘레는 9억 4000만㎞이고, 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 365.25일, 즉 8,766시간이므로 9억 4000만㎞를 8,766시간으로 나누면 107,215㎞/h 또는 30㎞/s의 속력을 얻을 수 있다. 다시 말해 우리가 책을 읽고 있는 이 순간에도 지구는 30㎞/s의 속력으로 우주 공간을 달리고 있다.

• 지구는 태양계의 어디에 위치해 있는가?

지구는 태양에서 세 번째 위치하는 행성이고, 태양계에서 다섯 번째로 큰 행성이며 밀도가 가장 높다. 지구는 그 이름이 로마나 그리스 신화에서 유래되지 않은 유일한 행성으로 고대 영국과 게르만 이름에서 유래했다(지구와 태양계에 대한 더 자세한 내용은 ‘지질학과 태양계’ 부분 참조).

• 지구는 자전축 주위를 얼마나 빠르게 회전하고 있는가?

당신이 적도 위에 서 있다면 24시간 동안 4만 75㎞를 움직이는 셈인데, 속력을 구해보면 1,670㎞/h 정도가 된다. 지금 살고 있는 곳이 얼마나 빠르게 움직이고 있는지 알고 싶다면 먼저 위도를 알아야 한다. 위도의 코사인 값에 1,670㎞/h를 곱하면 살고 있는 지점에서 지구 자전에 의한 속력을 알 수 있다. 예를 들면 로스앤젤레스의 위도는 북위 34°이므로 로스앤젤레스에 살고 있는 사람은 1,670㎞/h× cos34=1,384㎞/h의 속력으로 달리고 있으며, 위도가 북위 41°인 뉴욕에 살고 있는 사람은 1,670㎞/h×cos41=1,260㎞/h의 속력으로 지구의 자전축 주위를 돌고 있다. 즉 위도가 낮아질수록 자전에 의한 속력이 빨라진다는 것을 알 수 있다. 적도에 가까워질수록 자전축에서 멀어져 더 먼 거리를 달려야 하기 때문이다.
더 정확한 값을 알기 위해서 과학자들은 태양을 기준으로 하는 자전주기가 아니라 별들을 기준으로 하는 자전주기, 즉 항성일을 사용하여 계산하고 있다. 지구의 항성일은 약 23시간 56분 0.409053초이다. 항성일이 24시간이 아닌 것은 지구가 한 바퀴 자전하는 동안에 태양 주위를 공전하기 때문이다. 따라서 다시 태양을 향하기 위해서는 약 4분을 더 돌아야 한다. 극지방에서는 자전에 의한 움직임이 거의 없다. 극은 자전축 위에 위치해 있기 때문에 기껏해야 시간당 몇 ㎝씩 움직일 것이다. 북극과 남극 위에서는 제자리에서 하루에 한 바퀴 (360°)씩, 즉 한 시간당 15°씩 돌면서 약간씩 흔들릴 것이다.

• 지구는 항상 오늘날의 속도로 자전했을까?

아니다. 지구는 형성된 이래 다양한 속도로 자전했다. 단세포 생물이 유일한 생명체였던 9억 년 전에는 하루의 길이가 18시간이었고 일 년의 길이는 481일이었던 것으로 추정된다. 하지만 지구와 달의 중력에 의한 상호작용 때문에 시간이 갈수록 느려졌다. 지구와 달의 상호작용은 지구의 자전주기를 100년마다 0.0015초씩 길어지게 만들고 있으며, 달을 매년 몇㎝씩 더 움직이도록 한다. 이 때문에 일각에서는 수십억 년 후에는 달의 공전주기가 현재의 27.3일에서 47일로 바뀔 것으로 예측하고 있다.

• 지구 둘레는 얼마나 될까?

적도에서 측정한 지구의 둘레는 40,075.16㎞이다. 지구는 자전으로 인해 적도 지방이 약간 부풀어 있기 때문에 극지방의 둘레는 적도보다 작은 약 40,008㎞이다.

• 지구에 관한 중요한 통계수치에는 어떤 것들이 있는가?

다음 목록은 지구와 관련된 중요한 몇몇 통계 자료들이다 (주의: 이 숫자들은 가장 근접한 근삿값들이다).

지름 : 12,753㎞
질량 : 6.5×10²¹t (5.972×10²⁴㎏)
부피 : 1083.16×109㎦
밀도 : 5.515㎏/㎥
표면 중력 : 9.78㎨
적도에서의 탈출 속력 : 11.18㎞/s

• 지구 대기는 어떤 원소들로 이루어져 있나?

지구 대기는 약 77%의 질소와 21%의 산소, 소량의 아르곤, 이산화탄소, 수증기, 그 밖의 다른 화합물과 원소들로 이루어졌다. 지구 대기에 반응성이 매우 강한 기체인 자유 산소가 있다는 것은 흥미 있는 일이다. 대부분의 환경에서 자유 산소는 다른 원소들과 쉽게 결합한다. 그러나 지구 대기 중의 산소는 생물학적 과정을 통해 만들어진다. 따라서 지구에 생명체가 없다면 대기 중에 자유 산소도 없을 것이다.
지구가 형성되었을 때 대기는 80% 이상의 많은 이산화탄소를 포함하고 있었지만 25억 년 동안 20~30%로 줄어들었을 것으로 보고 있다. 그동안 이산화탄소는 석회암을 형성했고 적은 양은 바닷물에 녹아들었으며, 생명체 특히 식물이 소비했다. 오늘날에는 대륙의 이동, 대기와 해양 사이의 기체의 교환, 식물의 광합성 작용이나 호흡 등의 생물학적 반응이 복잡한 이산화탄소의 흐름에 영향을 주어 평형을 유지시키고 있다.

• 대기 중의 이산화탄소는 왜 중요한가?

우리는 모두 대기 중에 포함되어 있는 이산화탄소에 감사해야 한다. 이산화탄소는 온실효과를 통해 지구 표면의 온도를 유지시키는 기체이다. 이산화탄소는 메테인 같은 소량의 다른 온실기체와 함께 지구를 둘러싸고 있는 ‘온실의 유리’ 같은 역할을 하여 지구의 온도를 높게 유지한다. 또 약간의 열을 흡수하여 지표면 부근에 저장하기 때문에 표면의 평균 온도를 높인다. 실제로 온실효과가 없다면 바다가 얼어붙어 우리가 알고 있는 생명체들은 존재할 수 없을 것이다.
현재 과학자들은 산업과 교통, 다른 반응들을 통해 인류가 대기에 투입한 이산화탄소가 지구 표면 온도를 파괴적으로 바꿀 수 있느냐 하는 문제에 대해 토론을 벌이고 있다. 또 많은 과학자들이 1750년대에 시작된 산업화 이후 사람들이 대기로 방출한 이산화탄소의 영향이 이미 나타나고 있다고 믿고 있다. 사람들이 대기로 방출하는 이산화탄소의 양은 이 기간 동안 25% 이상 증가했다. 1800년대 이후 지구 표면의 평균 온도는 적어도 1℃ 높아진 것으로 보인다. 그러나 자연적인 원인에 의한 증가를 비롯하여 얼마나 많은 양의 이산화탄소가 증가해야 파괴적인 변화가 나타날 것인지에 대해서는 아무도 모른다.

• 위도와 경도는 지질학자들에게 왜 중요할까?

지구상에서 위치를 나타내기 위해 지질학자들을 비롯한 대부분의 과학자들은 위도 latitude와 경도 longtude를 이용한다. 이 좌표 체계는 과학자들뿐만 아니라 항해사나 군인 등 다양한 전문가들이 이용하고 있다. 이 체계는 지질학자들이 특정한 암석의 정확한 위치를 기록하였다가 다시 찾아갈 수 있도록 하기 위해 사용되었다.

특정 지역의 위도는 적도면과 지구 중심에서 그 지역을 연결하는 선이 이루는 각도에 의해 결정된다.

지구본을 자세히 살펴보면 위도선이 적도와 평행하게 지구를 둘러싸고 있는 것을 알 수 있다. 위도선의 길이는 위치에 따라 다르다. 가장 긴 위도선은 위도가 0°인 적도이고, 가장 짧은 것은 한 점으로 나타나는 극에서의 (북극은 북위 90°, 남극은 남위 90°) 위도선이다. 북반구에서는 적도에서 북쪽으로 갈수록 위도가 증가하고 남반구에서는 적도에서 남쪽으로 갈수록 증가한다.
경위선 또는 자오선은 극과 극을 연결하는 선들로 지구를 오렌지처럼 여러 부분으로 나누며, 모든 자오선은 적도를 수직으로 통과한다. 서반구에서는 영국 그리니치에서 서쪽으로 갈수록 경도가 증가하고, 동반구에서는 그리니치에서 동쪽으로 갈수록 경도가 증가한다. 또 자오선 위의 모든 점들은 동시에 정오가 된다 (주의: 자오선을 좀 더 불규칙하게 나누어진 시간대 분할선과 혼동해서는 안 된다).

• 영국의 그리니치를 지나는 자오선을 본초자오선이라고 하는 이유는?

영국의 그리니치를 지나는 자오선을 본초자오선 prime merdian으로 정한 것은 역사적 이유에서였다. 과거에 영국 왕립 천문대를 지나는 자오선을 그 당시의 천문학자들이 경도 0°로 정했다. 런던 동쪽에 위치했던 이 천문대는 현재 박물관이 되었으며 유명 관광지이기도 하다. 사람들은 박물관 마당에 그어진 ‘본초자오선’ 표시를 중심으로 늘어서 연주하는 밴드를 보기 위해 이곳을 방문하며, 이곳에서는 한 걸음만 내디뎌도 지구의 서반구에서 동반구로 넘어갈 수 있다.

• a.m.과 p.m.이라는 약자는 어디에서 유래했는가?

오전과 오후를 구별하는 약자인 ‘a.m.’과 ‘p.m.’은 원래 경도를 나타내는 자오선 meridian에서 유래했다. ‘meridian’은 ‘중앙’을 나타내는 그리스어 medius가 변형된 meri에서 유래했다. 그리고 dien은 ‘날’을 뜻한다. meridian은 하루의 중간, 즉 정오를 뜻해, 정오의 전 시간은 ‘ante meridian’, 오후는 ‘post meridian’이라고 했다. 그리고 이 말을 줄여 ‘a.m.’과 ‘p.m.’으로 나타내게 되었다. 정오의 태양은 ‘passing meridian’으로 표현했다.
a.m.과 p.m.을 대문자로 써야 하는지 소문자로 써야 하는지에 대해서는 합의가 이루어지지 않았다. 숫자와 함께 사용하면 대문자로 쓰든 소문자로 쓰든 오전 오후를 나타내는 것으로 통용되고 있다.

• 지구의 지질학적 특징을 나타내는 중요한 통계로는 무엇이 있는가?

지구의 지질학적 통계에는 가장 길고, 가장 높고, 가장 큰 것을 나타내는 많은 흥미 있는 특징들이 포함된다.

가장 긴 강 : 나일 강이 세계에서 가장 긴 강으로 총 길이는 6,598㎞이다.

가장 큰 담수호 : 슈피리어 호가 세계에서 가장 큰 담수호로 면적은 82,103㎢이다.

육지에서 가장 높은 지점 : 지구 표면에서 가장 높은 지점은 에베레스트 산이다. 에베레스트 산의 높이는 해수면으로부터 8,850m이다.

가장 높은 폭포 : 베네수엘라에 있는 엔젤 폭포가 세계에서 가장 높은 폭포이다. 이 폭포의 높이는 979m이다. 또한 끊어지지 않고 똑바로 떨어지는 물의 높이도 가장 높은 807m나 된다.

바다에서 가장 깊은 곳 : 바다에서 가장 깊은 곳은 태평양에 있는 마리아나 해구로 깊이는 11,033m이다.

육지에서 가장 낮은 곳 : 육지에서 가장 낮은 곳은 사해의 해변으로 해수면보다 400m나 낮다.
가장 큰 섬 : 넓이가 2,175,590㎢인 그린란드가 세계에서 가장 큰 섬이다.

가장 넓은 사막 : 아프리카의 사하라 사막이 세계에서 가장 넓은 사막이다. 이 사막의 넓이는 9,065,000㎢나 된다.

• 지구상에서 기록된 가장 높은 온도와 가장 낮은 온도는 얼마인가?

지구상에서 기록된 가장 높은 온도는 리비아의 아지지야에서 1922년에 관측된 것으로 58℃이다. 지구상에서 기록된 가장 낮은 온도는 1983년 남극의 보스톡 기지에서 관측된 –89.22℃이다.

• 지구의 온도는 얼마나 많이 변하는가?

지구 표면의 온도는 가장 추운 남극의 빙원에서 가장 더운 사하라 사막에 이르기까지 크게 차이가 난다. 연평균 기온이 가장 높은 곳은 에티오피아의 달롤 지역으로 평균 온도가 34.4℃이다. 시베리아 동부에 있는 4,000명이 거주하는 인디기르카 강변의 오이미야콘은 항상 사람이 거주하는 곳 중에서 가장 추운 곳으로, 세계에서 가장 낮은 온도가 매년 여기에서 관측된다. 평균 온도는 –51℃이고 때로는 –68℃까지 내려가기도 한다.
지구 내부는 깊이에 따라 온도가 다르지만 지표면 15m 아래에서는 온도가 11℃ 정도로 일정하게 유지된다. 세계 곳곳에 흩어져 있는 동굴에서 이것을 실제로 체험할 수 있다. 프랑스 파리천문대의 지하 23m 아래에 위치한 방은 1718년 이래 관측한 1℃ 이상 온도가 변하지 않고 있다. 지구에서 가장 뜨거운 곳은 지구 내부에 있다. 고체 상태인 내핵의 온도는 6,470℃에 이른다.

• 지질학과 관련된 중요한 온도 통계는 무엇이며 이들은 다른 평균적인 온도와 어떻게 다른가?

온도는 지구상에서 가장 다양한 물리량 중 하나이다. 아래에 제시된 통계 숫자는 그것을 잘 나타낸다. 모든 온도는 근삿값이다.

• 지구의 평균 밀도는 얼마인가?

지구의 평균 밀도는 약 5.52g/㎤이다. g/㎤은 밀도를 측정할 때 사용하는 단위이다. 물의 밀도는 1g/㎤이며 지각을 이루는 암석의 평균 밀도는 2.7g/㎤이다. 대부분 감람암으로 이루어졌을 것으로 추정되는 맨틀 상층부의 밀도는 3.4g/㎤이다. 많은 과학자들은 지구 핵의 밀도는 매우 높을 것이라고 믿고 있다. 지구의 핵이 대부분 무거운 철로 이루어졌을 것이라고 생각하는 이유는 이 때문이다.

• 지구의 밀도를 처음으로 측정한 사람은 누구인가?

1798년 영국의 물리학자 헨리 캐번디시 Henry Cavendish (1731 ~ 1810)가 지구의 밀도를 처음으로 계산했다. 그가 얻은 관측 자료는 매우 정밀했지만 계산에 오차가 있었기 때문에 지구의 평균 밀도를 5.45g/㎤이라고 했다. 아마도 숫자 하나를 잘못 썼던 것으로 보인다. 오늘날 인정되는 지구의 평균 밀도는 5.518g/㎤이다.
사람들이 흔히 생각하는 것과는 달리 지구의 밀도를 알아내는 데 사용된 유명한 ‘캐번디시의 실험장치’는 ‘지진학의 아버지’로도 알려져 있던 지질학자 존 미첼 Rev. John Michell이 설계했다. 미첼이 사망한 지 5년 후에 캐번디시는 원래의 것보다 좀 더 작은 측정 기구를 다시 만들었다. 매달려 있는 금속 막대에 납으로 만든 두 개의 공을 고정하여 금속 구를 가까이 댈 때 금속 막대를 지지하는 은 줄이 꼬이는 정도를 측정했다. 이렇게 해서 질량에 작용하는 중력의 크기를 정밀하게 측정할 수 있었다. 이 결과를 이용하면 지구의 질량을 알 수 있고, 따라서 지구의 밀도를 결정할 수 있다.

물은 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있다. 지구에 있는 물의 97%가 평균 깊이가 3,798m인 바다에 있다.

• 바다의 평균 온도는 얼마인가?

바다의 온도는 깊이와 위도에 따라 다르지만 과학자들은 87%의 바닷물의 평균 온도가 4.4℃ 이하일 것으로 추정한다. 그러나 그 차이는 크다. 예를 들면 얕은 페르시아 만의 수온은 40℃나 된다. 적도 지방의 평균 수온은 약 29.4℃이다. 가장 추운 북극해와 남극 바다는 일 년 내내 차가운 얼음으로 덮여 있어 대류를 통해 차가운 물을 공급한다. 그곳의 수온은 0~4.4℃ 정도이다.

• 우주에서 보는 바다는 왜 푸른색일까?

하늘이 파란색으로 보이는 것과 같은 이유로 우주에서 보면 바다도 푸른색으로 보인다. 바닷물은 푸른색 이외의 빛은 흡수하고 푸른색 빛은 반사한다. 바닷물이 작은 유기물을 포함하고 있으면 색깔은 짙은 푸른색이 된다. 하지만 해양 식물이 있다면 더 많은 푸른빛을 흡수하고 더 많은 녹색 빛을 반사한다. 따라서 바다의 색깔이 변한다. 예를 들어 대서양에 허리케인이 발생하면 바닷물의 푸른색이 떠다니는 식물 염료의 노란색과 섞여 녹색이 된다. 이것은 푸른색 페인트와 노란색 페인트가 섞여 녹색 페인트가 되는 것과 같은 원리이다.
과학자들은 이러한 관측 결과를 해양 식물의 양과 해양의 생산성, 해로운 조류의 이상 증식, 다른 종류의 오염에 대한 자료를 수집하는 데 이용하고 있다. 대규모의 조류 증식은 다른 생물 특히 해변에 서식하는 생물에게 해롭다. NASA에서 운영하고 있는 탐사위성인 SeaWIFS (sea-viewing wide field-ofview sensor)는 해양 전체의 생물 광학적 성질, 즉 생명체에 의해 만들어지는 해양의 색깔 변화를 관측하는 인공위성이다. 이 인공위성은 해양의 생산성과 같은 다른 정보를 수집할 뿐만 아니라 해로운 조류의 이상증식과 다른 생물학적 활동에 대한 연구도 진행하고 있다.

• 지구의 바다에는 얼마나 많은 물이 존재할까?

지구에 존재하는 물의 97.2%는 바다에 있다. 나머지는 극지방이나 높은 산의 얼음이나 빙하, 대기에 포함되어 있는 구름이나 눈과 비, 호수에 있다 (지구의 물 분포에 대한 자세한 정보는 ‘지질학과 물’ 부분 참조). 바다에 있는 물의 양을 비교하는 또 다른 방법은 부피를 재보는 것이다. 지구상의 모든 바다를 합하면 전체 부피는 약 14억㎦인데, 극지방과 빙하의 얼음이 녹거나 어는 것에 따라 달라진다. 바닷물의 전체 질량은 1.45×1018t으로 지구 질량의 0.022%이다.

• 해양의 평균 깊이는 얼마나 될까?

해양의 평균 깊이는 3,798m이다. 이것은 해발 평균 840m인 육지 높이의 5배나 된다. 다음은 각 대양의 평균 깊이이다.

태평양 : 4,188m*
인도양 : 3,872m
대서양 : 3,735m
북극해 : 1,038m

태평양에는 지구 표면에서 가장 깊은 곳으로 알려진 대부분의 해구가 있다. 가장 깊은 해구는 마리아나 해구로 깊이는 11,033m이다. 높이가 8,850m로 지구상에서 가장 높은 에베레스트 산을 이 해구에 빠트린다면 이 산의 정상은 해수면 1.5㎞ 아래에 있을 것이다.

• 지구의 둘레를 최초로 측정한 사람은 누구인가?

그리스 알렉산드리아의 지리학자였던 에라스토테네스 Eratosthenes (B.C.E. 273?~ B.C.E. 193?)가 기원전 225년경에 최초로 지구 둘레를 측정했다. 그의 측정 결과는 1% 정도의 오차가 있었을 뿐이다. 에라스토테네스는 지구가 구형이라는 것과 태양이 달보다 적어도 20배 멀리 있다는 (실제로는 400배 멀리 있다) 것을 알고 있었다. 따라서 그는 태양 빛이 지구 표면에 평행하게 도달해야 한다고 생각했다.
하짓날 정오에 태양은 시에네를 수직으로 비추지만 시에네보다 북쪽에 있는 알렉산드리아는 7° 각도로 비춘다. 두 도시 사이의 거리는 4,900스타디아 (1스타디아는 0.16㎞)이므로 에라스토테네스는 다음과 같은 방법으로 지구의 둘레를 계산했다. 360° (지구의 둘레에 해당하는 각도)를 7° (두 도시 사이의 각거리)로 나눈 다음 여기에 두 도시 사이의 거리인 4900스타디아를 곱해 25만 2,000스타디아라는 값을 얻었다. 이것은 4만 320㎞에 해당하는 값이었다.
그의 계산 결과는 정확한 것은 아니었지만 현재 우리가 알고 있는 값인 4만 30㎞에 매우 근접한 것이었다. 에라스토테네스의 천재성은 여기에서 끝나지 않았다. 그는 최초로 세계지도 위에 위도나 경도와 비슷한 선을 그려 넣어 지구상에서의 위치를 나타내는 데 사용했다.

*시간 추적하기

• 초기에는 지구의 나이가 얼마나 된다고 생각했나?

1644년 존 라이트풋 John Lightfoot (1602 ~ 1675)은 성서에 기록된 내용을 바탕으로 지구의 나이를 계산했다. 그는 지구가 기원전 3928년 9월 17일 오전 9시에 시작되었다고 결론지었다. 얼마 후 아일랜드 아마프의 대주교였던 제임스 어셔 James Ussher (1580 ~ 1655)가 계보학과 성서에 등장하는 인물들의 나이를 계산하여 지구가 기원전 4004년 10월 23일에 시작되었다고 주장했다. 지구의 나이를 다른 방법으로 계산하기 시작한 것은 1800년대 후반부터였다. 프랑스의 자연학자 쟝 밥티스트 라마르크 Jean-Baptiste Lamarck (1744 ~ 1829)는 이유를 설명하지는 못했지만 지구가 이전 사람들이 주장했던 것보다 훨씬 오래되었다고 믿었다.
19세기의 많은 과학자들은 암석층에서 발견되는 동물의 화석들이 6000년 전에 살았던 동물로는 만들어질 수 없다는 것을 알고 있었다. 그러나 그 당시 알 수 있었던 암석의 나이는 상대적인 연대뿐이었다. 이 방법에서는 표면 아래 얼마나 깊이 있느냐를 가지고 암석의 연대를 추정했다. 일부 암석의 나이가 1억 년이 넘는다는 사실은 프랑스의 물리학자 앙투안 베크렐 Antoine Becquerel (1852 ~ 1908)이 방사선을 발견한 이후인 20세기가 되어서야 밝혀졌다. 과학자들은 암석에 들어 있는 방사성 동위원소를 이용하여 암석의 절대적인 나이를 정밀하게 계산할 수 있게 되었고, 따라서 지구의 나이도 좀 더 정확하게 추정할 수 있게 되었다(상대적, 절대적 연대측정 방법에 대해서는 ‘화석과 암석’ 부분 참조).

• 지구의 나이는 얼마나 될까?

우주에서 날아온 운석, 아폴로 우주선이 가져온 월석, 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성과 같은 원격 측정장치들이 태양계를 이루는 행성들에 대해 수집한 자료 덕분에 과학자들은 지구의 나이를 계산할 수 있었다. 과학자들은 지구를 포함한 태양계의 행성들이 45억 4000년 전에서 45억 8000만 년 전 사이에 형성되었고, 지구의 나이는 45억 5000만 년에서 45억 6000만 년 사이로 보고 있다 (지구 나이에 대한 자세한 정보는 ‘우주 안의 지구’ 부분 참조).
지구 나이를 측정하는 데 다른 천체의 자료를 이용하는 이유는 간단하다. 지구상에서는 지각판의 이동으로 가장 오래된 암석들이 파괴되었기 때문이다. 또 초기에 형성된 원시 암석이 남아 있다고 해도 아직 발견되지 않았다. 그래서 지구와 동시에 형성되었을 것으로 생각되는 다른 천체의 암석을 분석하는 것이다.

• 현재까지 지구에서 발견된 가장 오래된 암석은?

과학자들은 모든 대륙에서 35억 년 전에 형성된 암석을 발견했다. 그러나 현재까지 발견된 암석 중에서 가장 오래된 암석은 캐나다 북서부에 있는 그레이트 슬레이브 호에서 발견된 아카스타 편마암으로 나이는 40억 3000만 년이나 된다. 그 밖에도 그린란드 서부에서 발견된, 37억 년 전에서 38억 년 전 사이에 형성된 이수아 수프라크루스탈 암석, 미네소타 강 계곡과 미시간 북부에서 발견된, 35억 년 전에서 37억 년 전 사이에 형성된 암석들, 스와질란드에서 발견된, 34억 년 전에서 35억 년 전 사이에 형성된 암석들, 오스트레일리아 서부에서 발견된, 34억 년 전에서 36억 년 전 사이에 형성된 암석들이 있다. 이 오래된 암석들은 용암이나 얕은 물에서의 퇴적 과정을 통해 형성되었다. 이는 이들이 원시 암석이 아니라 지구가 만들어지고 훨씬 후에 형성되었음을 의미한다.
지구에서 발견되는 가장 오래된 광물은 젊은 퇴적암 층에서 발견된 작은 지르콘 단결정이다. 오스트레일리아 서부에서 발견된 이 결정은 43억 년 전에 형성된 것으로 보이지만 이 결정의 근원은 아직 발견되지 않았다.

• 지질학적 시대는 어떻게 나누는가?

지질학적 시대는 기본적으로 지질학적 연대 단위를 이용하여 구분한다. 아래 목록에는 긴 것에서부터 짧은 단위의 순서로 설명되어 있다.

누대eon : 이언이라고도 하는 누대는 지질학적 연대 구분에서 가장 긴 시간 단위이다. 누대에는 은생누대와 현생누대가 있다.

대era : 지질학의 역사에서 가장 긴 대는 선캄브리아대이다. 이 이름은 ‘고생물 이전’이라는 뜻으로 생명체의 화석이 거의 발견되지 않는 시기이다. 따라서 사람들이 지질시대에 대해서 이야기할 때는 주로 지구에 생명체가 풍부해진 시기인 현생누대에 대해 이야기한다. 현생누대는 고생대, 중생대, 신생대로 나뉜다.

기period : 각 대는 다시 기로 나눈다. 대부분의 기 이름은 그 기의 존재가 처음 확인된 지역의 이름이나 축적된 물질의 라틴 이름 또는 부근에 살았던 고대 부족의 명칭을 따서 명명되었다.

세epoch : 일부 기는 더 작은 시간 단위로 나뉜다. 예를 들어 신생대 3기는 팔레오세와 에오세, 올리고세, 미오세, 플리오세로 나뉜다.

절age : 세는 다시 수천 년 단위의 절로 나뉘는데, 일반적인 지질학적 시대 구분에는 자주 사용되지 않는다. 여기서 말하는 절age은 지질학적 시대를 통속적으로 일컫는 시대age와는 다른 의미이다. 예를 들면 ‘공룡시대’는 중생대를 통속적으로 지칭하는 말이다.

크론Chron : 크론은 절보다도 짧은 시간 단위로, 지질학적 시대 구분에는 잘 사용되지 않고 특정 지역의 암석을 구분할 때 주로 사용한다.

지질학적 시간 스케일 (시간은 근삿값이다).

• 과학자들은 지구의 긴 역사를 어떻게 추적할까?

과학자들은 45억 5000만 년이나 되는 지구의 긴 역사를 지질학적 시간 단위를 이용하여 구분한다. 암석층의 연대를 결정하는 데에는 화석이 기준이 된다. 따라서 지구의 역사를 나타내는 지질학적 시대는 화석을 통해 확인할 수 있는 생명체의 대규모 멸종이나 그 이후의 다양한 생명체의 번성과 같은 중요한 사건을 기준으로 구분한다. 지질학적 시간은 일상생활에서의 시간 길이에 비하면 매우 긴 시간이다.

• 선캄브리아대는 무엇인가?

대부분의 자료에서는 선캄브리아대 precambrian를 대로 나타내지만 어떤 자료에서는 ‘선캄브리아기’라는 표현을 쓰기도 한다. 다른 부분의 지질학적 시대 구분에서와 마찬가지로 여기에도 의견의 일치가 이루어지지 않고 있는 것이다.
대부분의 자료는 선캄브리아대를 여러 개의 시간 단위로 세분하는 데 동의한다. 일부 학자들은 선캄브리아대를 다시 아직 암석 기록이 발견되지 않은 시대인 태고대, 소수의 생명체 증거들만 발견되는 시기로 지구 환경이 현재와 비슷해진 시기인 시생대, 다세포 생물의 화석이 발견되고 지구 환경이 현재와 더욱 비슷해진 시기인 원생대로 나눈다. 일부 과학자들은 선캄브리아대를 시생대와 원생대로만 나누기도 한다.
그러나 한 가지 면에서는 의견의 일치를 보고 있다. 선캄브리아대가 45억 6000만 년 전에서 5억 4500만 년 전까지 계속되어 지구 역사의 80%를 차지하고 있다. 이 시기에 지구의 형성, 생명의 출현, 최초 지각판의 이동, 진핵세포의 형성, 대기 중 산소량의 증가 등의 지질학적으로 가장 중요한 사건들이 일어났다. 또 선캄브리아대가 끝나기 직전에 식물과 동물로 진화하는 최초의 다세포 생물이 출현했다.

• 지질시대는 어떻게 구분될까?

최초의 지질시대 구분은 전 지구적인 조산작용이 있었다는 증거라고 할 수 있는 암석층의 자연적인 단절을 바탕으로 이루어졌다. 그러나 과학자들은 조산작용이 지구 전체에 영향을 미친 것이 아니라 대부분의 경우 특정 기간 동안 하나의 대륙 또는 대륙의 일부에 제한적으로 영향을 미쳤다는 것을 알게 되었다.
오늘날에는 지질시대를 지질학적 사건 및 생명체와 관련된 사건을 중심으로 구분한다. 예를 들면 트라이아스기가 시작되는 시기인 페름기 말에는 지구에 대규모 파괴적인 사건이 발생하여 육지와 물에 사는 생명체의 90%가 멸종되었다. 이 사건은 고생대와 중생대의 경계가 되기도 한다. 세와 같은 더 작은 지질시대는 주로 생명체나 지구 표면의 작은 변화를 기준으로 구분한다. 예를 들면 신생대 4기의 플라이스토세와 홀로세는 1만 년 전에 있었던 빙하기가 끝나는 시점을 중심으로 구분된다.

• 지질시대의 명칭은 어떻게 정할까?

대부분의 문서에는 암석층에서 발견된 화석의 이름을 바탕으로 대의 이름을 붙였다. 선캄브리아대라는 이름은 ‘캄브리아 이전’이라는 뜻이다. 고생대는 ‘고대 생명체’를 의미하며, 중생대는 ‘중간 생명체’라는 뜻이고, 신생대는 ‘현대 생명체’라는 의미이다. 누대와 대의 영어 이름에 ‘zoic’이라는 어미가 붙어 있는 것은 시대 구분이 생명체를 기준으로 구분되었기 때문이다. 예를 들면 고생대를 의미하는 paleozoic에서 ‘paleo’는 고대, ‘zoic’은 생명체라는 의미를 가지고 있다. 따라서 paleozoic은 ‘고대 생명체’를 의미한다.
더 작은 단위의 지질시대명은 암석이 발견된 장소나 그 지역에 살았던 고대인들의 이름을 따서 지어졌다. 예를 들면 캄브리아기는 웨일즈의 로마 이름인 캄브리아에서 유래했다. 이 시기의 사암과 이판암이 웨일즈 북쪽 지방에서 발견되었기 때문이다. 오르도비스기는 이 시기의 암석이 최초로 발견되어 연구된 웨일즈 북서부에 살았던 고대 켈트족의 이름인 오르도비스에서 유래했다. 데본기는 영국의 데본셔에서 처음 연구되었다.

• 모든 사람들이 지질학적 시대를 같은 이름으로 부를까?

아니다. 국가나 연구자들에 따라 지질학적 시대 구분이 다르다. 따라서 지질학적 시대 구분과 이름을 정하는 일은 매우 어렵다. 특히 기와 세, 절의 이름을 정하기가 어렵다. 지질시대명은 지역의 지리학적, 지질학적, 고생물학적인 연관성을 고려해 붙여지기 때문이다.

• 지질학적 연대순 외에 어떤 방법으로 암석층을 구분할까?

과학자들은 지질학적 연대에 따라서 뿐만 아니라 각 지질시대에 형성된 암석의 형태를 나타내는 암석층의 연대층서나 특정한 암석 단위인 암석층서에 따라 구분한다.

연대층서 단위 Chronostratigraphic units : 연대층서 단위는 다음과 같이 나누어진다. 대층은 특정한 대의 대표적인 암석을, 시스템은 특정한 기의 암석을 나타내며, 시리즈는 특정한 세의 암석을, 스테이지는 특정한 절의 암석을 나타내고, 존이나 크로노존은 특정한 크론의 암석을 나타낸다. 캄브리아기의 화석은 캄브리아 시스템의 암상에서 발견된다. 지질학적 연대는 시간 단위이기 때문에 지질학자들은 종종 각 지질시대를 초기, 중기, 말기, 그리고 이들을 결합한 형태로 나눈다. 그러나 연대층서 단위는 특정한 시기의 지질학적 퇴적 순서를 나타내기 때문에 하층, 중간층, 상층으로 구분한다. 예를 들면 초기 캄브리아기의 암석은 캄브리아 시스템의 하층을 이루고 있다.

암석층서 단위 Lithostratigraphic units : 암석층서 단위는 누층군 supergroup, 층군 group, 층formation, 층원member으로 구분한다. 층원은 같은 특징을 가진 암석층이 1:25,000 (이 지도 위의 1㎝는 실제로는 250m를 나타낸다) 지도에 나타낼 수 있을 정도로 분포하는 것을 말한다. 층은 도시나 고대 암석층에서 발견되는 화석의 이름을 따서 명명되며, 과학자들이 암석층에 대한 정보를 교환하는 데 가장 편리하다. 예를 들면 세계에서 가장 유명한 암석층 중에는 공룡의 화석을 다량 포함하고 있는 콜로라도의 모리슨 지층, 유명한 버제스 셰일 화석을 포함하고 있는 캐나다의 스티븐 지층이 있다.

• 지질학적 시대 구분의 경계는 왜 계속 바뀔까?

현대 지질학적 시대 구분도 매년 조금씩 바뀌고 있다. 중요한 지질학적 시대 구분은 19세기 말 이후 그대로 사용하고 있지만 화석이나 암석의 연대측정에 사용되는 방사성 동위원소 연대측정법의 사용으로 연대가 더 정밀하게 결정되고 있다. 그리고 더 많은 화석과 암석이 발견됨에 따라 더 정확한 자료가 수집되었기 때문에 지질시대의 경계가 계속 변하고 있다. 예를 들면 대부분의 자료는 고생대가 5억 7000만 년 전에 시작되었다고 하지만 일부 자료에는 6억 년 전이라고 나타나 있다. 좀 더 정밀한 연대측정과 더 많은 증거를 수집한 과학자들은 현재 고생대는 5억 4500만 년 전에 시작되었다고 믿고 있다. 미래에도 이런 숫자들이 계속 변할 것인지는 시간이 지나야만 알 수 있다.

• 야외로 나가자
• 지형도란 무엇인가?

‘지형도면’이라고도 불리는 지형도 topographic map는 지구 표면의 형태를 나타내는 지도이다. 지형도는 특수한 기호와 선을 이용하여 3차원의 지표면 형태를 2차원의 평면에 나타낸 것이다. 지형도는 지질학자들이 야외에서 많이 사용하는 것으로 기본적으로 지표면의 형태, 흥미 있는 암석의 분포, 지형에 관한 정보를 얻을 수 있다.

• 지형도에서 등고선은 무엇인가?

지형도에서 가장 중요한 것은 등고선 contour line이다. 간격이 다른 갈색의 선으로 나타내는 등고선은 고도가 같은 점들을 연결한 선이다. 땅을 특정한 해발 고도의 수평면으로 잘라낸 등고선은 지형의 모양을 잘 나타낸다. 다섯 번째 등고선마다 굵은 선으로 표시되는 계곡선 덕분에 사용자들은 고도를 쉽게 읽을 수 있다. 등고선의 간격이 좁은 부분은 경사가 급한 지역이고, 넓은 부분은 경사가 완만한 지역을 나타낸다.
등고선의 간격은 등고선 사이의 거리를 나타내며 이웃해 있는 등고선 사이의 고도 차이는 지형도에 따라 다르지만 한 지형도에서는 같다. 모든 지형도는 등고선 사이의 고도 차이를 다르게 설정하기 때문이다. 예를 들면 상대적으로 평평한 지역은 등고선 간격이 3m나 그 이하일 수 있다. 다시 말해 인접해 있는 두 등고선의 고도차는 3m 이하지만 산이 많은 곳에서는 두 등고선의 고도차가 30m 이상일 수도 있다.

• 지도 위의 등고선에 적용되는 중요한 규칙은 무엇인가?

등고선에는 몇 가지 중요한 규칙이 있다. 우선 등고선은 다른 등고선과 교차해서는 안 된다. 매우 드문 경우이지만 경사가 90°인 절벽에서는 여러 등고선이 한 점에서 만난다. 등고선의 간격은 급한 경사지나 (간격이 좁은 경우) 넓은 평원을 (간격이 넓은 경우) 나타낸다. 언덕은 여러 개의 닫힌 등고선을 밀집된 형태로 나타낸다. 움푹 들어간 지형도 같은 형태의 등고선이며, 닫힌 등고선 아래로 경사진 곳에 표시한다. 등고선은 절대로 갈라져서는 안 된다. 또 하천이나 강을 지나는 경우에는 V형태로 표현된다.

• 등심선은 무엇인가?

등심선 bathymetric contour은 대개 만이나 대양저 같은 해양 지형의 깊이, 모양, 경사를 나타낸다는 것을 제외하면 일반적인 등고선과 비슷하다. 등심선은 주로 검은색이나 푸른색으로 그리는데 지도의 축척에 따라 다양한 간격을 m로 표시한다. 등심선은 해안이나 내륙의 물의 깊이를 나타내는 지도 (해도)와 혼동해서는 안 된다. 이런 지도에서는 깊이를 나타내는 선은 대개 푸른색으로 그려지고 수로나 수심에 대한 자료가 첨가되어 있다.

• 지형도의 축척은 어떻게 결정할까?

어떤 축척scale을 사용하든 관계없이 지형도의 축적은 지도 위에서의 거리가 실제 두 지점 사이의 수평거리 (고도 차이가 아니라)를 나타낸다. 도로나 고속도로 지도와 마찬가지로 축척은 지도의 사용 목적에 따라 많이 다를 수 있다.
그러나 지형도의 축척은 지도의 거리를 쉽게 해석할 수 있다는 점이 다르다. 지형도는 얼마나 자세한 정보를 필요로 하느냐에 따라 축척이 크게 다를 수 있다. 지형도의 축척은 비율로 나타낸다. 예를 들면 축척이 1:25,000인 지도에서 1㎝는 실제로는 25,000㎝를 나타낸다. 축척은 지도 상의 거리와 실제 거리의 비례이기 때문에 어떤 단위를 사용해도 동일하다. 같은 지도 위에서 1m는 실제로는 2만 5,000m를 나타낸다. 다른 단위를 사용하기 원하는 사람을 위해서 대부분의 지형도에는 범례에 그래프로 나타내진 축척을 표시해 놓고 있다.

• 지형학적 측면도는 무엇인가?

지형학적 측면도 topographic profile는 일부 지구 표면의 옆면이나 단면을 나타내는 데 사용된다. 지형도에 단면을 알고 싶어 하는 지역을 선정하여 지형학적 측면도를 만들 수 있다. 점 A에서 B로 선을 그리고, 이 선을 따라 종이 띠를 놓은 다음 종이 위에 등고선, 언덕, 골짜기 등을 표시하고 동시에 각 지점의 고도를 표시한다. 다음에는 모눈종이를 가져와 수직선 위로 측지선에서 가장 낮은 지점부터 가장 높은 점까지의 고도를 그린다. 등고선의 간격이 표시된 종이를 수평 축을 따라 놓는다. 그런 다음 적당한 높이로 각각의 지형을 아래에서 위로 나타낸다. 마지막으로 모든 등고선을 연결하면 지형지도에는 한 지역의 측면도가 만들어진다.

• 지질도는 무엇인가?

지질도 geology map는 지형도의 한 형태이다. 그러나 지질도의 경우에는 지구 표면에 노출된 퇴적물이나 암석의 종류가 등고선과 함께 나타나 있다. 지질도 위에 표시되는 정보에는 암석의 종류에서부터 암석층의 방향이나 연대, 중요한 지질학적 지형까지 다양하다.
지질도는 누가 사용할까? 야외에서 연구하는 대부분의 지질학자들이 지질도를 이용한다. 예를 들어 암석학자들은 광석이나 물 또는 석유와 같은 경제적인 자원의 위치를 결정하기 위해 지형학자들은 지진, 홍수, 산사태 같은 위험 지역을 파악하기 위해 지질도를 사용한다. 때로 지질도 위에 제공된 지질학적 단면도는 지하에 있는 암석 같은 것을 알아내는 데에 도움이 된다.

• 지질학자들은 야외에서 스트라이크와 딥을 어떻게 사용할까?

스트라이크 strike와 딥 dip은 야구 용어가 아니라 지질학자들이 야외에서 암석층이 특정 방향으로 얼마나 기울어져 있는지를 밝히는 데 사용되는 용어이다. 두 가지 모두 지질학자들이 노출된 암석층과 지질학적 지형도를 작성할 때 필요하다. 딥은 암석이나 암석층이 수평선과 이루는 각이다. 딥은 주로 경사계를 이용하여 측정한다. 경사계는 암석의 딥과 나란히 배열되는 직선 형태의 가장자리를 가지고 있으며 추가 각도를 재는 데 사용된다. 이와 반대로 스트라이크는 암석층 위에 그어진 수평선이다. 암석층을 물에 담갔을 때 암석층 위에 생기는 수면을 나타내는 선이 스트라이크에 해당된다. 지질학자들은 나침반을 이용하여 스트라이크를 측정한다.

• 지형도에서 발견되는 공통 기호에는 어떤 것들이 있는가?

지형도에는 여기에서 일일이 거론할 수 없을 정도로 다양한 기호가 사용된다. 다음 표에 지형도에서 공통적으로 사용되는 기호가 나타나 있다.

크리스천라이프 편집부