바다의 기원

 

 

바다의 기원

 

[지구표면에 바닷물이 어떤 과정으로 생성되었는가에 관해서는 몇 가지 가설이 있다.]

그 중 현재 가장 지속되고 있는 설은 머나먼 옛날 지질시대에서의 물의 누진적 생성에 의했다는 설이다.

 

이 설을 요약한다면,

먼저 지구는 지금으로부터 약46억년 전에 성운상태로부터 동력의 작용으로 원시지구를 형성하게 되었다고 한다.

그 후 이 원시지구는 강한 중력(만유인력)으로 수축하게 되었는데,

그에 따라 그 내부가 가열되기 시작했고,

그에 따라 지구내부의 함수광물(분을 포함한 광물)안에 들어있던 수분이 수증기로서 여타의 휘발성 성분과 함께 지표면에 분출했다는 것이다.

이 때의 지구표면의 온도는 약 1,000℃의 높은 고온으로서,

이 때 증발된 수증기는 고압고온에서 기체상태를 유지하다가 지표면의 온도가 내려가고 지각이 냉각되어 그 온도가 100℃이하가 되자 서서히 응축,

물이 되어 지각에 모이기 시작했다는 것이다.

 

그리하여 기나긴 지질시대를 통해 서서히 누적되어 원시해수가 생성되었다는 것이다.

이 원시해수는 강한 산성용액으로 되어 있었는데,

그것이 증발과 응축을 되풀이하는 사이에 지각을 형성하는 현무암질과 접촉해서 나트륨·칼륨·칼슘·마그네슘·철·알루미늄 등의 양이온을 녹이는 과정에서 산성의 해수를 중화시켰다.

한편 화산이나 온천활동에 의해 분출된 탄소가스·염산가스·아황산가스·질소가스 등은 해수 중에 용해되어 음이온에 상당한 원소를 공급하기도 하였다.

 

이 원시해수의 생성은 약 35억년전 전후에 일어났으며.

이 무렵에 해수 중에 생명의 기원이 시작하게 되었다.

그 후 해수 중에서는 물질의 침전·용해·변질 등이 되풀이되어 생물활동의 영향을 받아 약6억년 전에는 대체로 현재와 거의 같은 조성의 해수가 생성된 것으로 추측하고 있다.

이처럼 해수와 지구 대기는 지구의 생성초기인 원시지구 시대에는 존재치 않았고,

지구의 화학적 진화과정 중 암석 중에 포함되어 있던 휘발성분으로부터 서서히 생성되고 진화되었다는 것이 이 설의 개념이다.

 

이런 이론은 금성탐사우주선 마리너1, 2호 등이 밝힌 금성표면의 대기조성에 의해서도 간접적으로 뒷받침되고 있다.

흔히 알려진대로 금성은 지구질량의 81.5%, 지구중력의 91%를 갖는 등 지구와 매우 닮은 행성이며,

태양으로부터 거리도 지구의 70%가 되는 등...

여러가지 면에서 지구와 그 천문학적 환경이나 조건이 비슷하다.

 

금성의 대기는 90기압이고, 기온은 470℃이다.

또 그 공기조성은 이산화탄소가 95%, 질수가 3~4%, 아르곤이 1~2%라 한다.

언뜻 듣기에 지구의 현재 대기와는 전혀 닮은 부분이 없다.

그러나 현재 지구의 바닷물이 모두 증발하고, 또 해저에 깔려있는 석회암 중에 포함된 이산화탄소가 모두 기화되었다고 계산해보면 원시지구시대에 지구대기는 300기압의 수증기, 50기압의 이산화탄소로 조성되어 있을것으로 추측된다.

 

한편, 지구대기 속에 들어 있는 0.2기압의 산소는 약 35억년 전부터 시작된 식물의 고아합성에 의해 생겨난 것으로서 원시대기에는 없었다는 것이다.

금성의 대기 속에 수증기가 없어진 까닭은 고온으로 인해 수증기가 수소와 산소로 분해된 후 금성에 불어닥치는 강한 광압(태양풍)에 의해 모두 산발되었다는 것이다.

사실 금성보다 태양은 대기를 전혀 같고 있지 않다고 한다.

 

 

거대하고도 신비한 바다

 

[지구 표면 5억1천만㎢중 3억6천만㎢를 바다가 차지한다.]

 

그 광대함과 심오함으로 인하여 과학의 끊임없는 도전을 받아 왔으나 아직까지는 그 대부분이 미지의 것으로 남아 있다.

육지의 평균고도는 약840m이며 해양 평균수심은 약3,800m로써 만일 지구 지각의 높은 곳을 깎아서 낮은 곳을 메워 평평하게 만든다면 전 지구표면은 2,440m 두께의 물로 덮히게 되고 말 것이다.

그야말로 지구는 바다의 혹성인 것이다.

 

지금까지 인류가 찾아낸 해양 최대 수심은 태평양 마리아나 해구(mariana Trench)의 첼린저 해연(Challenger Deep)으로서 무려 11,034m에 달한다.

그러나, 인류는 38만㎞떨어진 달에서 월석을 가져오고 해왕성의 근접사진을 찍을 만한 과학을 지니고 있으면서도 10㎞깊이의 바다 속에 대해서는 잘 알지 못한다.

 

해양은 가장 가까운 곳에 있으면서도 두꺼운 장막속에 가려져 있다.

해양의 비밀이 좀처럼 벗겨지지 않는 것은 수심 10m마다 1기압씩 증가하는 수압과 암흑 등 인간이 활동하기에 어려운 환경조건을 지니고 있기 때문이다.

심해의 신비를 캐고자 하는 끊임없는 과학적 노력의 결과 동태평양 해저 약2,600m의 해저 열수구 변에서 서식하는 특이한 생물군집을 발견하였다.

태양에너지가 아닌 지구 심부로부터 공급된 열 에너지를 이용하여 고립된 공간 안에서 군집을 이루며 사는 심해저 생물 생태계는 최초의 지구 생명체가 이러한 심해의 특수한 환경으로부터 기원하는 거이 아닌가 하는 가설을 낳게 했다.

 

[인간이나 다른 동물의 혈액조성과 해수의 조성을 비교해 보면 이상하게도 매우 닮은 점이 많다]

 

 

생명을 낳는 바다

 

표1>을 살펴보자.

이런 사실을 맨 먼저 착안한 것은 맥칼룸(MacCallum)이라는 사람으로 1926년의 일이었다.

그 후 해수 속에 있는 미량 원소 중에서 농도가 높은 것일수록, 많은 생물에게 있어서도 그 필요도가 높다는 사실을 밝혀냈다.

또 예로부터 오래된 화석에는 바다의 생물만이 발견되고 있다는 사실이 알려져 있다.

이런 일들로부터 현재는, 생명이 바다에서 태어난 것이 거의 확실하다고 생각되고 있다.

 

태양계의 혜성 중에서 지구가 지니는 가장 큰 특색은 바다와 생명을 가지고 있다는 점이고,

이 둘은 마치 모자(母子)아도 같은 관계에 해당한다.

그렇다면 생명은 어떻게 하여 바다에서 탄생했을까.

 

태어난지 얼마 안되는 바다는, 역시 형성된지 얼마 안되는 대기 속에 있던 염산을 녹였기 때문에 강한 산성(pH3~4로 생각되고 있다.)을 나타내게 된 것이라고 추정되고 있다.

그러나, 해저에 있는 암석 등과 반응을 함으로써 비교적 빨리 중화되었고,

그 후 현재에 이르기까지 30수억년동안 바다는 기본적으로 그 조성을 바꾸지 않았던 것으로 생각되고 있다.

 

바다에 중화가 일어났던 시대에는 아직 대기 속에는 산소가 함유되어 있지 않았기 때문에 지표면에는 강력한 자외선이 도달해 왔었다.

또 번개의 방전(放電)등도 더불어져서, 이들 대기 속의 무기 가스성분으로부터 생명의 탄생에 필요한 유기물이 생명의 힘을 빌지 않고서 만들어진 것이라고 생각된다.

이런 유기물로서 현재 생각되고 있는 것으로는 각종 아미노산, 핵산, 당, 지방산, 알콜 등 생체를 구성하는데 필요한 재료물질이다.

또 이들 유기물질의 일부는 현재도 운석이나 우주공간에서 발견되고 있으므로,

우주 탄생 때에 어느정도는 지구로 끼여들었을 것이라는 생각도 충분히 할 수 있다.

 

이 유기물들은 만약 현재의 해양 속에서 같은 과정에 의하여 만들어졌었더라면,

아마 세균 등의 미생물에 의해 소비되어 버렸을 것이므로 축척되지 못했을 것이다.

그러나, 그 당시의 바다에는 아직것 생물이 나타나지 않았고,

또 산소도 대기 속에 존재하지 않았기 때문에,

이런 유기물을 차츰차츰 바닷속에 추척되고,

비교적 농도가 높은 곳도 있었던 것이라고 생각된다.

 

그렇다면 이와 같은 유기물이 어떻게 하여 최초의 생명체, 즉 원시세포(原始細胞)로까지 발달했을까이 문제에 대해서는 고학자들은 수억년이 걸려 진행되는 생명의 탄생과정을 실험실 안에서 단시간에 진행시키기 위해 “수식해수(修飾海水)”라고 명명한 해수의 모델을 만들었다.

이것은 해수 속의 식염 이외의 성분의 농도를 1000배에서 10만 배로 증가시킨 것이다.

이와 같은 모델 해수 속에 초기의 바다에 있었다고 생각되는 아미노산을 보태어 150℃에서 4주간쯤 반응시키면,

세포를 닮은 구상(球狀) 물질이 많이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다.

그들은 이와 같은 물질이 모델 해수 속에서 만들어진 점에 유의하여 바다의 입자라는 의미에서 이것을 “마리그래뉼(marigranule)”이라고 명명했다.

 

마리그래뉼은 단순히 그 형상이 세포를 닮았을 뿐만 아니라,

그 성분도 단백질 같은 물질로 되어 있어,

오파린, 폭스 등이 생각했던 모델과 함께 원시세포의 가장 유력한 모델의 하나로 생각되고 있다.

중화한 후 현재에 이르기까지 해수의 주성분이 기본적으로는 변화하지 않았다는 것은,

생명의 탄생과 진화에 매우 중요한 의미를 갖는 것이라고 생각되고 있다.

그것은 생명은 이와같이 긴 바다의 조성이 바뀌어지지 않았기 때문에 탄생했으며,

그 후에도 안정된 가운데서 진화과정을 진전할 수 있었던 것이 틀림없다.

 

생명이 탄생했던 시기는 바다가 중화한 직후일 것이라고 추정되고 있는데,

만약 그 후의 해양 조성이 크게 변동했더라면,

외게의 영향을 받기 쉬운 원시적인 생명은 금방 전멸되고 말았을 것이다.

 

인간이나 다른 동물의 혈액조성이 해수의 조성과 흡사하다는 것은 이미 말한 바 있지만,

이와 같은 관계는 30수억년 전 바다가 중화될 때가 그 출발점이었을 것이다.

또 혈액의 조성은 생체내의 거의 모든 사항,

이를테면 효소의 구조와 반응형식,

생체를 구성하고 있는 재료 등에 영향을 끼친다.

이런 의미에서는 지구 위의 생명은 곧 “해양형”이라고 말해도 될지 모른다.

 

만약 지구 이외의 천체에 바다와 생명이 있을 경우,

이 관계는 어떻게 되는 것일까?

또 바다가 없는 천체에도 생명이 존재할까?

우리가 장래에 우주여행에서 이와 같은 생명과 접촉할 때까지 이 의문은 즐거운 숙제로 남겨두기로 하자.

 

 

출처: 해저여행 2004.7,8호

<<부산광역시립 세계해양생물전시관 발행 "해양탐구 교재"의 일부발췌 내용>>