폰테크당일 [암석 속 과학 이야기]수억년 데고 눌리고…지구의 장대한 역사, 변성암 한 조각으로 ‘압축’
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시간과 환경 변화 속에서 새롭게 적응하고 변화하는 사람처럼, 변성암도 지구의 극한 조건에 적응하며 새로운 구조와 광물 조합을 갖춰 나간다.
변성암은 기존 화성암이나 퇴적암이 고온·고압 환경에서 물리적·화학적으로 재구성된 결과물이다. 온도에 따라 광물이 새롭게 형성되거나 강한 압력에 의해 광물들이 일정 방향으로 배열되며 특정한 무늬를 만드는 ‘엽리(foliation)’라는 조직이 나타나기도 한다.
이러한 변성작용은 특정 암석에 관입한 마그마의 열에 의해 국지적으로 일어나는 ‘접촉 변성’과, 판구조 운동 같은 이유로 광범위한 지역에서 고온·고압 조건이 생겨 나타나는 ‘광역 변성’으로 구분된다.
접촉 변성의 대표적인 예는 ‘혼펠스’다. 혼펠스는 셰일이나 이암 같은 세립질의 퇴적암이 마그마 주변에서 급격한 열을 받아 단단하고 치밀한 조직으로 변한 암석이다. 광역 변성의 전형적인 예인 ‘편마암’은 깊은 지하의 고온·고압 환경에서 형성되며, 광물들이 재결정화하고 이들이 띠 모양으로 배열된 엽리를 보인다.
또한, 지하 깊은 곳에서는 열과 압력 외에도 강한 전단력(물체를 옆으로 미끄러지게 하는 힘)이 작용하는 경우 ‘동력 변성암’이 형성된다.
대표적인 예가 ‘압쇄암’으로, 이는 단층이나 전단대에서 암석이 강하게 뒤틀리는 힘을 받아 만들어진다.
변성암은 한국 전역에 폭넓게 분포한다. 서울 관악산과 북한산 일대에는 대표적인 광역 변성암인 편마암이 분포하며 충남 서해안 일대에는 비교적 낮은 열과 압력을 받아 편마암에 비해 입자가 작은 편암이 분포한다.
석회암이 마그마 열에 의해 재결정된 대리암은 강원 태백, 충북 단양 일대에서 발견되고, 화성암 관입으로 변성된 혼펠스는 강원 영월과 삼척 등에서 나타난다.
특히 주목할 만한 변성암은 충남 홍성 지역에 분포한 ‘에클로자이트(eclogite)’다. 이 암석은 지하 약 90~120㎞에서 형성된 것이며, 대륙판 충돌 과정에서 발생한 초고압 변성작용의 흔적이다. 이는 한반도가 매우 역동적인 과정을 통해 형성됐으며 극한의 지질학적 환경을 경험하였음을 보여주는 중요한 학술적 증거다.
한국의 다양한 변성암은 대체로 약 18억8000만년 전 고원생대와 약 2억3000만년 전 트라이아스기에 대륙 형성과 분열 과정에서 일어난 광역 변성작용으로 형성된 것으로 해석된다.
변성암은 단단하고 안정적인 구조 덕분에 오래전부터 건축용 석재로도 널리 쓰여왔다. 하지만 진정한 가치는 이 같은 실용적 쓰임새를 넘어서 지각의 깊은 역사와 변화를 고스란히 간직하고 있다는 데 있다.
한 조각의 변성암에는 수억년 전 지질 운동, 대륙 충돌, 지하 환경 격변의 역사가 녹아 있다. 한 번 형성된 암석이 다시 변화하며 살아남은 변성암은 지질학 속 회복과 진화의 상징이다.
지구가 써 내려간 장대한 연대기, 우리는 이 오래된 기록에서 자연의 지혜를 배우고 미래를 설계할 수 있을 것이다.
나무의 시대롤랜드 에노스 지음 | 김수진 옮김 | 더숲 | 444쪽 | 3만2000원
인류의 진화나 문명사를 다루는 책 중 열에 아홉은 석기와 청동기, 철기를 중심으로 쓰인다. 인류 문명은 구석기와 신석기를 지나 청동기와 철기로 이어지는 발전의 사다리를 타고 올라갔다는 논리다. 영국 헐 대학교에서 생물과학을 가르치는 롤랜드 에노스는 고고학자와 인류학자들이 쓴 그런 책들이 하나같이 목재의 중요성을 간과해왔다고 지적한다. <나무의 시대>에서 그는 생물학, 공학, 예술을 넘나드는 지식을 바탕으로 인류의 진화와 문명의 역사를 새롭게 조명하면서 나무야말로 “인류의 장대한 진화와 문명의 여정을 지탱해준 핵심 소재”였다고 주장한다.
저자에 따르면 초기 인류의 직립보행은 땅 위에서가 아니라 나무 위에서 시작됐다. 나뭇가지에서 한 발을 내딛고 그때 발생하는 탄성을 이용해 움직이면서 직립보행을 익혔다는 것이다.
특히 모닥불을 사용해 음식을 조리할 수 있게 된 것은 인간 진화와 문명 발전의 결정적 동력이었다. 불로 조리한 음식은 치아로 음식을 부수는 데 필요한 시간을 단축함으로써, 결과적으로 인류가 도구를 만들거나 식량을 구하는 등 다른 일을 할 시간을 확보하는 데 도움을 줬다. 인류는 또 불로 조리한 음식에서 날것의 음식보다 더 많은 에너지를 흡수함으로써 소화에 필요한 에너지를 줄이고, 뇌를 키우고 유지하는 데 에너지를 쓸 수 있었다.
석기와 철기는 문명 발전에서 분명 중요한 역할을 했다. 저자는 그러나 초기 인류가 만든 최초의 도구는 석기가 아니라 목재 도구라고 강조한다. 초기 인류는 나무 막대를 사용해 땅속 식물의 뿌리와 줄기를 캐 먹었을 것으로 추정된다. 목재는 섬유유리보다 약 100배 더 질기고, 수분이 빠져 잘 건조된 목재는 대단히 단단하다. 다만 유기물질인 목재로 만든 물건들이 석기나 철기보다 빨리 부패해 거의 남아 있지 않을 뿐이다.
인류를 최상위 포식자로 만든 것은 돌도끼나 금속 칼 이전에 목재 무기였다. “우리는 농경을 통해 환경을 바꾸는 기술을 익히기도 전에, 나무 도구를 이용하여 거대한 짐승들을 죽여 없앴다. (중략) 나무로 만든 활의 극치라 할 수 있는 주목나무로 만든 장궁(큰활)은 15세기까지도 가장 효과적인 대량 살상 무기였다.”
진화·문명 발전 ‘결정적 동력’인류 최초 도구는 ‘목재 도구’바퀴의 재료 되며 혁명적 변화
산업화로 나무와의 관계 단절자연과의 교감 능력도 잃게 돼
구석기 시대 주먹도끼의 조악한 수준을 고려할 때 석기 자체는 인류의 지능 발달을 보여주는 증거랄 수 없다. “호미닌(현생 인류와 현생 인류 이전의 초기 인류)이 최초로 지적 진보를 이룬 것은 석기를 사냥감의 처리만이 아니라 나무 도구 제작에도 사용하기 시작하면서부터다.” 초기 인류가 보여준 지능 발달의 역사에서 주인공은 목재로 만든 도구들이었고, 석기는 목재 도구를 정교하게 제작하는 데 기여한 조연이었을 뿐이라는 얘기다. 저자는 청동이나 구리 같은 ‘신소재’가 초기 문명사에 끼친 가장 큰 영향도 “목재를 더욱 효과적으로 활용할 수 있게 만든 것”이라고 본다.
이뿐만이 아니다. 도구의 역사에서 가장 혁신적인 발명이라 할 바퀴와 인류의 교역 범위를 크게 확장한 플랭크 선박(판자선)도 나무로 만들어졌다. 바퀴의 발달은 도로와 물류의 발달로 이어졌다. 이를 통한 운송망과 물류의 혁명이 훗날 유럽인들이 신대륙을 발견하고 장악하는 동력이 됐다고 저자는 말한다.
목재는 사치품과 건축, 예술의 주재료였다. 고대 이집트인들은 작은 목재 조각을 붙여 패턴과 그림을 만들었다. 투탕카멘의 무덤 속 가구도 목재다. 17세기 이탈리아 악기 장인들이 제작한 바이올린, 비올라, 첼로, 더블베이스의 아름다운 울림은 몸체가 나무가 아니었다면 불가능했을 것이다. 중세 시대 대성당 지붕에도 목조 트러스가 사용됐다.
강철과 콘크리트의 시대였던 20세기에 이르러서도 목재의 역할은 사라지지 않았다. 초기 항공기 제조업은 가볍고 단단한 목재 기술의 경연장이었다. 기존 목재의 한계를 넘어서는 신소재 개발도 이어졌다. 접착 집성재(섬유 방향을 서로 평행하게 붙인 재목)와 교차섬유 집성재는 초고층 빌딩을 건축하는 데 쓰인다. 노르웨이 브루문달의 목조 건물은 18층짜리다. 런던 바비칸 센터에선 80층짜리 목조 건물이 지어질 예정이다.
저자는 산업화가 인류가 나무와 맺어왔던 관계를 무너뜨려 버렸다고 지적한다. 인류의 에너지원이 장작과 숯에서 화석연료로 바뀌면서 대기 중 이산화탄소 수치가 급등한 결과 기후변화의 파괴력은 해마다 커지고 있다.
숲과 나무에 대한 기존 지식이 쓸모없는 것으로 변하면서 인간은 자연과의 교감 능력을 상실했다. “4세기 동안 급속한 산업화가 진행되면서 이 모든 것이 마치 구닥다리 쓰레기처럼 버려졌다. 이제 우리는 첨단기술 세계에서 온갖 종류의 장난감에 둘러싸인 채 전자기기의 편리함을 누리며 산다. 하지만 동시에 스스로 무언가를 만들던 우리 조상들의 능력은 점점 잃어갔다.”
저자는 ‘나무의 시대’로 돌아가자고 제안한다. 유럽과 북아메리카 곳곳에서는 생태복원 운동이 벌어지고 있다. 유럽에선 2030년까지 31만798㎢에 육박하는 산림이 재생될 것으로 보인다. 북아메리카의 산림 재생 규모는 이보다 더 클 것으로 전망된다. 짐바브웨 출신 생태학자 앨런 세이버리는 전 세계적으로 4920만9769㎢의 초원지대가 복원될 수 있다고 추산한다. 이럴 경우 이산화탄소 수치가 최대 20ppm 감소하고 지구온난화 수준이 1.5~2도로 떨어질 것으로 기대된다.
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