지구와 생물은 어떻게 상호작용하는가?

많은 유기체는 우리보다 훨씬 더 견고하다. 어느 미생물체와 철새는 국제 비행선이 지나다니는 곳, 그러니까  공기가 매우 희박하고, 매우 추운 하늘에서도 적어도 잠깐 동안이기는 하지만 생존할 수 있다.  오늘날 향유고래는 해수면에서 2킬로미터 아래까지 들어갈 수 있으며, 10키로미터 아래에서는 매우 색다른 유기체들이 살고 있다. 우리 발아래 있는 토양은 유기체로 가득차 있으며, 어떤 것들은 지상에서 6-7Km 아래 사는 것도 있다. 그러나 대부분의 생물은 우리가 '생물권'이라고 부르는 지표에서 가깝고, 두껍지 않은 표피에서 발견 된다. 이곳이 생물의 주거가능 영역이다.  이곳은 매우 얇고 파괴되기 쉬운 층이며, 이곳에선 흥미롭지만 가끔은 위험한 역사가 일어난다. 

 

화석은 지난 6억년 동안 다섯 번의 대멸종이 있었다. 지금껏 최악의 대멸종은 페름기에 있었다. 약 2억 5천만 년전에 지구 상의 모든 종의 96%가 1000만년 간격의 두 사건으로 사멸되었다. 다섯 번의 대멸종은 다음과 같다.

* 4억 3000만년 전, 고생대 오르도비스기/ 고생대 실루아스기 경계

* 3억7000만년 전. 고생대 데본기/고생대 석탄기 경계

* 2억 4500만년 전. 고생대 페름기/ 중생대 트라이아스기 경계

* 2억1500만년 전, 중생대 트라이아스기/중생대 쥐라기 경계

* 6600만년전. 중생대 백악기/ 신생대 제3기 경계

 

어떤 천문학적 요인들이 생물권의 역사에 영향을 미쳤을까? 가장 중요한 것은 지구와 태양과의 관계일 것이다. 지구에 있는 모든 유기체에게 태양은 에너지와 빛의 주요 원천이다. 격심한 온도 변화기를 피하기 위해 생물이 살 수 있는 행성은 매우 안정적인 공전궤도를 가지고 있어야 한다. 사실 지구 궤도는 항상 변한다. 이것은 부분적으로 공전궤도 형태의 변화에 따른 결과이고, 부분적으로 지구 자전축의 변화에 따른 것이다. 이 변화를 '밀란코비치 순환'이라고 한다. 이것은 지구표면의 온도가 끊임없이 변화한다는 것을 의미하지만, 생물권에 영향을 줄 만큼 크지는 않다. 그리고 행성의 공전속도가 중요하다. 천천히 공전한다면 행성의 한쪽은 너무 더워 바비큐가 될 것이고 행성 한쪽은 얼어 붙을 것이다. 행성의 크기도 중요하다. 너무 작으면 중력이 충분하지 않아 충분한 크기의 대기를 가지 못할 것이고, 대기가 너무 두터우면 태양 빛이 지표면까지 관통하지 못할 것 이다. 또한 소행성이 생물권에 엄청난 영향을 줄 수도 있다.

 

미국 지질학자 월터 알바레즈가 주장하는 바와 같이, 약 6500만년전 공룡을 쓸어버린 대멸종은 멕시코 해안에 떨어진 약 12Km 크기의 소행성 충돌 때문이었을 것이다. 소행성 충돌은 엄청난 먼지 구름을 일으켜 태양 빛을 차단하였고, 아마도 수년동안 광합성과 식량을 생산하지 못하게 했을 것이다. 공룡은 많은 식량을 필요로 했기 때문에 매우 불행했지만, 포유류 조상에게는 좋은 소식이었다. 우리 조상이 공룡이 없는 세상에서 번성했기 때문이다. 

 

대륙판의 거대한 운동은 엄청난 양의 메탄과 이산화탄소 등의 온실기체를 방출시키고, 대기중의 산소양을 감소시키는 대규모의 화산폭발을 일으키는 것으로 보인다.  그 결과 아마도 대재앙을 초래할 수 있는 지구 온난화가 있었을 것이다.  2억 5000만년전 페름기 대멸종은 이와 같은 변화에 의해 초래된 것일 수 있다.  대륙의 정확한 모습은 지구의 기후와 지구상 생물의 역사에 엄청난 차이를 가져올 수 있었다. 커다란 대륙인 남극대륙이 남극에 자리하고 있다는 사실은 엄청난 크기의 남반구 거대한 얼음덩어리 빙상이 존재한다는 것을 설명해준다. 반면 북반구 대륙의 위치는 따뜻한 열대성의 해류가 북극으로 흘러가는 것을 가로막고 있다.  이런 요소들을 포함하여 이러한 배열은, 오늘날 우리가 왜 여러 빙하시대를 거쳐 살아있는가를 설명해준다. 약 7억5000만년 - 5억7000만년전에 거의 대부분의 지구지표가 얼거나,  눈으로 덮혔던 눈덩이 지구, 그 시기에는 수Km의 얼음이 지구 대부분을 덮고, 생물권 자체의 생존을 위협했다. 이런 현상을 일으켰던 원인은 대륙의 위치인데, 이것이 대규모 강우를 불러왔고, 엄청난 양의 이산화탄소를 빨아들임으로써 지구 기온의 급격한 하락을 가져왔을 것이다. 이후 화산의 활동으로 지구의 기온이 오르기 시작했다. 이렇게 지구 사건들의 마지막 현상이 끝났기 때문에, 아마도 5억년이 조금 넘는 시기 이전에 '캄브리아 폭발'이라고 부르는 지구상 생물의 갑작스런 증식과 다양화가 나타난 것으로 보인다. 

 

어떻게 생물 그 자체가 생물권에 영향을 줄까? 하나의 방법은 대기를 변화시키는 것이다. 생물은 이산화탄소를 가져가고 대기에 산소를 배출한다. 많은 초기 종들을 전멸시키는 산소의 대학살을 초래했지만, 동시에 우리 조상인 진핵생물의 진화를 가능하게 했다. 어떤 종들은 탄소를 흡수하여 껍질을 만들고, 그것은 죽어서 수백만년 동안 묻혀서 석회암과 같은 두터운 퇴적암층에 탄소를 매장했다. 그리고 작은 생물들, 그것이 지구 전체에 결쳐 새로운 지질학적 지층을 만들어냄으로써 지구의 지질을 바꿀 수 있었다.  또한 어떤 다른 유기체들도 탄소를 매장했는 데 오늘날 석탄, 석유, 천연 가스, 즉 화석연로 형태로 그들의 유체를 발굴한다. 우리는 것을 태움으로써 엄청난 양의 이산화탄소를 대기로 되돌려 놓고 있다. 우리는 생물권이 모든 다양한 천문학적, 지질학적, 그리고 생물학적 요인들로부터 지속적으로 위협받고 있다.