박문호 박사의 빅히스토리 공부. 박문호 지음, 김영사 간행 3.

4. 1차 산소혁명

대기 중의 산소 분자는 지구 표층의 광물을 산화한다. 산소는 대기 중에 1% 정도만 존재하는데도 산소로 인해 지구 표면 대부분의 물질이 산화된다. 산소 원자는 6개의 전자를 가지기 때문에 전자 2개를 더 획득하면 불활성 기체인 네온의 전자 배치가 되어 안정될 수 있다. 그래서 산소 원자는 주변의 분자에서 전자 2개를 획득하지만 전자를 잃은 분자는 산화된다. 46억 년 전부터 20억 년 전까지 지구 대기의 주성분은 질소 분자와 이산화탄소 분자였다. 대략 36억 년 전부터 시작한 시아노박테리아의 물 분해형 광합성으로 20억 년 전부터 대기 중에 산소가 1% 정도 축적되었다.

 

지구의 자기장은 약 27억 년 전부터 시작되어 태양풍을 차단하는 등 지구 대기층의 보호막이 되었고, 약 24억 년 전부터 오존층이 태양 자외선을 흡수해 주었다. 24억 년 이전의 원핵세포인 박테리아들은 자외선이 감쇄된 바닷속에서만 생존할 수 있다. 바닷물 속의 시아노박테리아는 물 분해형 광합성 과정에서 생겨난 산소 분자를 바닷물 속으로 방출했다.

 

대기 중 산소 분자에 의한 대륙의 대규모 산화 현상을 1차 산소혁명이라 한다. 20억 년 전까지는 대략 1,000여 종의 광물만 존재했지만 1차 산소 혁명으로 지구의 광물은 4,000종 이상이 되었다. 1차 산소혁명을 통해 지구 표층에 다양한 산화 광물이 출현했다. 대기 중 산소 분자가 축적되면서 산소를 사용하는 미토콘도리아의 산소 호흡이 진화되어 원핵세포에서 진핵세포가 출현하기도 했다. 미토콘도리아의 호흡은 산소 분자에서 물 분자가 합성되는 환원 과정인데 설명은 책을 보시면 된다. 난 이해가 어려웠다.

 

5. 2차 산소혁명 그리고 눈덩이 지구 이론

약 20억 년 전 1차 산소혁명으로 지구 표층에 3,000여 종의 산화광물이 출현했다. 생명 진화의 첫 번째 추진력인 1차 산소혁명을 통해 원핵세포에서 진핵세포가 진화했다. 두 번째 생명 진화의 추진력은 약 7억 년 전에 시작한 신원생대의 2차 산소혁명으로, 이때 다세포 생물이 출현했다. 신원생대의 2차 산소혁명은 지구 전체가 동결한 눈덩이 지구 현상의 결과다. 이 결과 약 6억 년 전에 대기 중 산소 농도가 20%로 증가했다. 눈덩이 지구 이론은 1990년대에 출현한 새로운 지구과학 이론이다.

 

지질현상은 시대 구분을 명확히 해야 체계적으로 이해된다. 원생(누)대는 25억 년 전에서 5억 4,000만 년 전까지 19억 6,000만 년의 긴 지질시대이며, 고원생대(25억 년~19억 년 전까지), 중원생대(19억 년 전~10억 년 전까지), 신원생대(10억 년 전~5억 4,000만 년 전까지)로 나뉜다. 신원생대는 다시 토니아기(10억 년 전~8억 5,000만 년 전까지)와 크라이오제니아기(8억 5,000만 년 전~6억 4,000만 년 전까지) 그리고 에디아카라기(6억 4,000만 년 전~5억 4,000만 년 전까지)로 나뉜다.

 

크라이오제니아라는 명칭은 극저온을 의미하는데, 이 기간 동안 스터디언 빙하기와 마리노안 빙하기가 전 지구적으로 출현했다. 스터디언 빙하기 때는 약 7억 3,000만 년 전에 시작된 눈덩이 지구 사건으로 지구가 온통 빙하로 덮여 있었다. 열대 바다를 포함해서 해양에는 약 1킬로미터 두께의 빙하가, 대륙에는 약 2킬로미터 두께의 빙하가 덮였고, 지구의 평균 기온은 영하 40도였을 것으로 추정된다. 열대 지역에는 빙하가 없었다는 주장도 일부 있지만 전 지구적 빙하기였음에는 학자들이 대체로 동의한다.

 

신원생대 지구 대빙하기에는 지구 표층이 대부분 빙하로 덮이지만 화산 활동은 빙하와 무관하게 계속되어 대기 중으로 이산화탄소를 방출했다. 대기 중의 이산화탄소는 대부분 바다에 녹아들어 가지만, 바다가 빙하로 덮이면 대기 중에 이산화탄소가 계속 쌓여 강한 온실효과가 생긴다. 화산에서 방출된 이산화탄소가 대기 중에 축적되어 온실효과가 나타나 지구 기온은 상승해 빙하가 녹았다.

 

신원생대 해양과 대륙을 덮었던 빙하가 사라지고 고온으로 인해 해양식물성 플랑크톤과 시아노박테리아의 광합성이 활발해져 산소 분자와 유기물 생성이 급격히 증가했다. 전 지구적 빙하기에 급격한 온도 상승을 동반한 폭우로 인해 대륙 암석이 풍화되고 인산염이 해양에 대규모로 유입되어 세포 증식이 활발해져 해양 플랑크톤이 급증했다.

 

신원생대의 눈덩이 지구가 해빙된 후 해양으로 인산염이 대량 유입되고, 물 분해형 광합성이 폭증해 지구 대기의 산소 농도가 급격히 증가한 현상을 신원생대의 2차 산소혁명이라 한다.

예스24에서 가져온 이미지입니다