1991년 9월 19일, 오스트리아령 알프스 산맥에서 등산을 즐기던 두 명의 독일인 여행가는 3210미터 높이에 있는 공식 등산로를 벗어나서 지름길로 가고 있었다. 산길을 걸어가던 두 사람은 얼음 속에 꽁꽁 얼어 있는 거무스름한 물체를 발견하고 처음에는 다른 등산객이 버린 쓰레기라고 생각했다. 가까이 다가가자, 얼음 위로 튀어나온 사람의 머리와 몸통을 볼 수 있었다. 시신은 보존 상태가 매우 좋았다. 때문에 발견자들뿐만 아니라 나중에 온 검시관과 경찰까지도 그 주검이 최근에 일어난 범죄의 피해자이거나 길을 잃어서 변을 당한 등산객일 것이라고 생각했다. 그러나 그는 길을 잃은등산객이긴 했지만, 최근의 사망자는 아니었다. 시체보관소로 옮겨와서 시신의 옷가지와 도구를 자세히 조사하자 실족사한 고대인의 미라라는 사실이 드러났다. 나중에 연대를 측정한 결과, 그가 살았던 시절은 지금으로부터 5300년 전이었다. 이 ‘고대 생존자’는 발견 장소인 외치 계곡의 이름을 따서 ‘아이스맨 외치Otzi the Ice Man’라는 별명을 얻었고, 우리는 그의 옷가지와 도구를 통해서 돌로 만든 도구가 구리로 바뀌는 시기의 인류 문화에 관한 귀중한 실마리를 얻을 수 있었다.
--- pp.25~26

석탄 탐사는 산업혁명에서 경제적으로 대단히 중요했을 뿐 아니라, 영국이나 세계 다른 곳에선 지질학 연구의 첫 토대가 되기도 했다. 주요 탄전을 연구하자마자, 연구자들은 특정 순서로 배열된 암석에 영국의 석탄 대부분이 들어 있다는 것을 깨달았다. 1700년대 초반이 되자 영국에서는 이런 순서의 지층을 ‘함탄층Coal Measure’이라고 불렀다. 이 함탄층은 ‘석탄기Carboniferous’(석탄이 들어 있다는 의미)의 토대가 되었는데, 윌리엄 코니베어와 윌리엄 필립스가 석탄기라는 지질시대명을 정식으로 명명한 것은 그로부터 거의 1세기 후인 1822년의 일이다.
--- p.86

제임스 허턴은 지구엔 “시작의 흔적이 없다”고 썼다. 그리고 1830년에 찰스 라이엘의 『지질학 원리』 제1권이 출간된 후에는 지구의 나이가 엄청나게 많다는 사실에 거의 모든 지질학자가 동의했다. 그러나 지구는 정확히 얼마나 오래 되었을까? 어떻게 하면 지구의 연대를 정확히 밝힐 수 있을까? 어려운 문제였지만, 과학자들은 굴하지 않고 온갖 기발한 방법으로 이를 해결하려 했다. 가장 일반적인 방법은 지구상에 있는 모든 퇴적암의 최대 두께를 더하고, 그 퇴적층이 쌓이는 데 걸리는 시간을 계산해서 그 값을 지구 연대의 하한치로 활용하는 것이었다. 이를테면 가장 두껍다고 알려진 지구 어딘가의 캄브리아기 지층의 두께, 가장 두꺼운 오르도비스기 지층의 두께, 이런 식으로 각 지층의 최대 두께를 모두 모은 다음, 주어진 퇴적물의 전형적인 퇴적 속도를 이용하여 캄브리아기나 오르도비스기가 얼마나 오래 지속되었는지를 추정하는 것이다. 대체로 이런 추정을 통해서 나온 지구의 나이는 캄브리아기 이래로 약 1억 년이었는데, 오늘날 우리는 실제 지구의 나이가 그보다 50배 가까이 더 많다는 사실을 알고 있다. 왜 이런 오차가 나는 걸까? 이런 초기 방식들은 모두 잘못된 가정 하에 계산이 이루어졌기 때문이다.
--- p.106

머치슨 운석은 대부분의 다른 탄소질 콘드라이트보다 더 중요한 것으로 밝혀졌다. 이전의 다른 어떤 운석에서도 발견된 적이 없는 유기화합물을 함유했기 때문이다. 초기 연구에서는 15가지 아미노산이 발견되었고, 더 정교한 기술로 시행된 최근의 연구에서는 70종 이상의 아미노산과 여러 다른 복잡한 화합물이 발견되었다. 기존에는 아미노산이 생명의 구성 성분으로서 지구에 있는 따뜻한 작은 연못에서만 만들어질 수 있다고 생각했기 때문에, 운석에서 발견된 아미노산은 큰 충격을 주었다. …… 스탠리 밀러와 노벨상 수상자인 화학자 해럴드 유리는 암모니아, 메탄, 질소, 물(그러나 유리 상태의 산소는 없는)의 혼합물에 단순히 열을 가함으로써, 생명에 이용되는 대부분의 아미노산이 초기 지구에서 생성될 수 있었다는 것을 증명했다. 이제 머치슨 운석은 그런 과정이 실제로 광범위하게 일어났으며 지구가 형성되기 오래전부터 초기 태양계 전체에 걸쳐서 아미노산이 만들어졌다는 증거가 됐다. 사실 우주에서 비처럼 쏟아진 아미노산이 지구에 생명의 씨앗을 뿌렸다고 주장한 과학자는 많았다. 그런 의미에서 보면, 모든 생명은 외계에서 기원한 셈이다.
--- pp.125~126

인간의 기준으로는 극히 느린 속도지만, 어쨌든 지구는 점점 더 느려지고 있다. 그래서 지금으로부터 약 200억 년 후의 어느 날에는 지구의 한쪽 면이 달에 고정되어, 그 반대편은 영원히 달을 볼 수 없게 될 것이다. 지구-달 체계의 전체 에너지가 점점 감소하면서 지구와 달은 서서히 분리되는 중이다. 달의 부스러기가 우주 공간으로 처음 날아 들어갔을 때 달과 지구 사이의 거리는 오늘날의 10퍼센트밖에 되지 않았고, 그 이후로 서서히 멀어져왔다. 삼엽충이 돌아다니던 시절(6억 년 전)에 달은 훨씬 더 가까웠으며 하늘에 떠 있는 모습은 아주 거대하게 보였다. 그 거리에서는 기조력이 매우 강력해서 조수가 드나들 때마다 거대한 조석파tidal wave가 지구를 휩쓸었다(지진해일인 쓰나미를 tidal wave라고도 하지만, 지진해일은 조석과는 관계가 없다). 기조력으로 붙들려 있는 두 천체는 점점 더 멀어질 뿐 아니라 결국에는 움직임이 멈출 수도 있다. 그러나 이는 수십 억 년 후의 일이고, 어쩌면 그 전에 태양이 폭발하여 내행성들이 흔적도 없이 사라져서 결코 일어나지 않을 수도 있다. 이런 것들을 생각하면 나 자신이 무척 보잘것없이 느껴진다.
--- p.159

잭힐스에서 나온 작은 지르콘 모래 알갱이들 속에는 더 놀라운 사실이 하나 더 숨어 있다. 2015년, 역시 그 지르콘 속에 갇힌 미세한 흑연 결정에 관하여 논문이 발표되었다. 흑연은 사람들에게 친숙한 형태의 결정질 탄소 광물이며 연필심의 재료다. 놀랍게도 그 흑연에서 나온 지구화학적 자료는 생명체에서 발견되는 탄소와 동위원소의 비가 일치했다! 이 특별한 지르콘 알갱이는 연대가 41억 년이었다. 물을 함유한 가장 오래된 지르콘 알갱이는 연대가 44억 년이므로 이 지르콘은 그 만큼 오래되지는 않았다. 그럼에도 이것은 깜짝 놀랄 만한 자료다. 그 전까지는 그린란드 이수아의 38억 년 된 암석 속에 들어 있던 탄소가 생명체에서 만들어지는 것과 같은 화학적 특성을 지닌 가장 오래된 탄소였고, 그래서 가장 오래된 화석일 가능성이 있었다. 잭힐스 지르콘은 그 전까지 기록을 보유하던 암석보다 3억 년이나 더 오래되었다. …… 따라서 잭힐스 지르콘의 탄소는 생명의 기원을 그 전까지의 예상보다 크게 앞당겼고, 이는 냉각된 초기 지구에서 최초의 바다가 만들어진 시기와 크게 다르지 않았다.
--- p.171

지질학자들은 초기 지구, 특히 시생대(40억~25억 년 전)라고 알려진 시기의 암석을 이해하기 위해서 오랫동안 씨름해왔다. 앞서 다른 장에서 확인한 것처럼, 이 암석들은 오늘날 우리가 아는 것과는 사뭇 다른 세계를 보여준다. 이를테면 과거에 대륙지각은 매우 얇고 뜨거웠으며 작은 미소대륙이나 원시대륙으로 구성되어 있었다. 오늘날처럼 냉각되어 있는 거대하고 두꺼운 대륙지각은 없었다. 대양의 밑바닥은 지각의 밑바닥 깊은 곳, 특히 맨틀에서 분출된 용암으로 형성되었다. 코마티아이트라고 알려진 이 용암은 감람석이 풍부한 특이한 용암으로, 선캄브리아대 이후로는 분출되지 않았다. 오늘날 해저에서 분출되는 모든 용암은 현무암질 용암이다. 호상 철광층은 세계 전역의 여러 대양 분지에서 발견되는데, 이는 시생대가 끝날 때까지 대기 중에 산소가 거의 없었음을 암시한다.
--- pp.201~202

바윗돌과 자갈과 모래와 진흙이 크기별로 나뉘거나 층을 이루지 않고 마구 뒤섞여 있는 빙력토는 어떤 장소에서 빙하가 녹을 때 빙하의 앞부분에 내려놓인 것이다. 이 퇴적물은 대단히 독특하고 비슷하게 생긴 다른 것도 거의 없기 때문에, 암석 기록에서 고대의 빙하 작용을 확인할 수 있다. 그러나 많은 지질학자가 이것이 빙하에서 만들어졌음을 직접적으로 의미하지 않는 ‘다이어믹타이트diamictite’(그리스어로 ‘잘 섞여 있다’는 뜻)라는 용어를 더 선호하거나, 이런 구조의 암석을 뭉뚱그려서 설명하는 ‘틸로이드tilloid’라는 단어를 쓴다. 1934년에 오스카 쿨링과 월터 호친의 연구가 잇달아 나오자, 모슨은 이것이 원생대 후기 지구 전체에 빙하가 형성되었던 증거라고 확신했다. 오스트레일리아의 고대의 빙하 퇴적층은 적도에서 그리 멀지 않은 곳에 있었기 때문이었다.
--- pp.215~216

세렌디피티를 잘 보여주는 대표적인 사례는 공룡시대의 종지부를 찍은 사건의 증거를 발견한 일이다. 이에 관해서는 수십 년 동안 무의미하고 결론이 나지 않는 논쟁이 오갔다. 과연 백악기 말에 무엇이 공룡들을 죽였는가? 누군가는 기후가 너무 더웠다고 했고 누군가는 너무 추웠다고 했다. 누군가는 꽃식물의 진화 탓이라고 했다. 그러나 꽃식물의 진화는 공룡의 멸종보다 8000만 년 앞서 백악기 초기에 일어났고, 오리너구리공룡이나 뿔 달린 공룡과 같은 초식공룡의 진화에 도움이 되었을 가능성도 있다. 어떤 사람은 포유류가 공룡의 알을 먹었기 때문이라는 주장을 내놓았다. 그러나 포유류와 공룡은 약 2억 년 전인 트라이아스기 후기에 함께 나타났고, 포유류의 식성이 갑자기 변해서 공룡의 알을 모두 먹어치우기 전까지 1억 3500만 년 동안 공존했다. 전염병과 질병, 우울과 심리적 문제의 만연, 심지어 외계인이 공룡을 납치해서 모두 죽였다는 타블로이드 신문에 실릴 법한 생각까지, 더 황당하고 과학적 검증이 어려운 생각들도 있었다.
--- p.274

지표면의 71퍼센트를 구성하고 있음에도, 바다 밑바닥에 관한 지식은 1950년대 이전까지는 전무에 가까웠다. 그 모든 것을 바꾼 인물은 선구적인 지질학자인 마리 사프와 (연구와 사생활에서 모두) 그녀의 동반자인 브루스 헤이젠이었다. 그들은 1940년대부터 라몬트-도허티 지질관측소(현 라몬트-도허티 지구관측소)의 연구선에서 음향 측심기로 얻은 모든 자료를 수집했고 해저의 깊이를 지도에 표시하기 시작했다. 관측 자료를 수집하는 일은 헤이젠의 몫이었다. 1950년대에는 여자가 이런 배에 타는 것이 허락되지 않았기 때문이었다. 그럼에도 사프는 이 연구에 참여했다. 수학, 지질학, 지도학, 그 외 여러 과학 분야의 전문가이자 여러 개의 학위를 갖고 있던 그녀를 라몬트에서는 비서 업무에 배정하려 했고, 그녀는 거부했다. 대신 사프는 지칠 줄 모르고 일했다. PDR(정밀측심기precision depth recorder)에서 나온 산더미 같은 자료를 모두 실제 깊이로 변환하고, 자신의 지질학 지식을 활용하여 공백을 채우면서 지형학적으로 완전한 해저 지도를 만들었다.
--- pp.311~312

지질학의 초창기인 1700년대 후반과 1800년대 초반에 가장 큰 수수께끼 중 하나는 전혀 어울리지 않는 장소에 있거나 아슬아슬하게 균형을 유지하는 거대한 바위였다(그림 25.1). 더 알쏭달쏭한 것은 이런 바위의 특성이었다. 그 바위 주변에서는 같은 종류의 암석을 어디에서도 볼 수 없었다. 어떤 경우에는 암석의 유래가 북쪽으로 수백 킬로미터 떨어진 곳일 때도 있었다. 선구적인 스코틀랜드의 지질학자 아치볼드 게이키(제임스 허턴의 제자이기도 하다)는 훗날 이 바위들을 다음과 같이 묘사했다. “종종 집채만 한 크기의 거대한 바윗덩어리들은 빙하에 의해 운반되었고, 빙하곡에서 눈에 띄는 위치에 박혀 있거나 언덕이나 평야에 흩어져 있다. 이 바위들의 출처는 광물학적 특성을 조사하여 확인할 수 있다.”

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』

『지구 격동의 이력서, 암석 25』는 어두컴컴한 지질시대라는 웅장한 건물로
들어가는 입구를 환히 밝히는 스물다섯 개의 등불이다.
마르시아 비요르네루드 (『암석 읽기: 지구의 자서전』의 저자)