행성 지구 4강. 암석과 광물: 돌이 기록한 시간
돌은 침묵하지 않습니다. 읽는 법을 아는 사람에게 돌은 수억 년 치 일기장이죠.
풀고 시작
세 가족과 하나의 순환
암석은 형성 과정에 따라 세 가족으로 나뉩니다. 화성암은 마그마가 식어 굳은 것입니다. 지하에서 천천히 식으면 결정이 굵은 화강암이, 지표에서 빨리 식으면 결정이 잔 현무암이 되죠. 퇴적암은 풍화로 부서진 알갱이나 생물의 잔해가 물과 바람에 운반되어 쌓이고 눌려 굳은 것으로, 사암·셰일·석회암이 대표입니다. 변성암은 기존 암석이 녹지 않은 채 높은 열과 압력으로 조직이 재편된 것입니다. 석회암은 대리암이 되고, 셰일은 편암과 편마암이 됩니다. 중요한 것은 세 가족이 닫힌 칸이 아니라는 점입니다. 어떤 암석이든 침식되면 퇴적암의 재료가 되고, 깊이 묻히면 변성암이 되며, 녹으면 다시 화성암이 되죠. 이것이 암석 순환(rock cycle)이고, 그 컨베이어를 돌리는 엔진이 앞 강에서 본 판구조론입니다. 이 순환을 처음 통찰한 사람이 18세기 스코틀랜드의 제임스 허턴(James Hutton)입니다. 그는 1788년 시카포인트(Siccar Point)에서 기울어진 지층 위에 수평 지층이 얹힌 부정합을 보고, 지구가 상상을 넘는 시간 동안 융기와 침식을 반복해 왔다고 결론지었습니다. "시작의 흔적도, 끝의 전망도 없다"는 그의 문장과 함께 지질학적 심원한 시간(deep time) 개념이 태어났죠.
돌은 환경의 녹음기다
퇴적암의 진짜 가치는 건축 재료가 아니라 기록 매체라는 데 있습니다. 지층 하나하나는 그것이 쌓이던 순간의 환경을 보존합니다. 물결이 만든 연흔과 비스듬한 사층리는 그곳이 강바닥이나 사구였음을, 두꺼운 석회암층은 따뜻하고 얕은 바다였음을, 빙하가 운반한 잡다한 퇴적물은 빙하기를 증언하죠. 화석은 시대를 알려주는 시계가 됩니다. 가장 극적인 기록은 호상철광층(banded iron formation)입니다. 약 25억 년 전후의 바다에 철이 녹아 있다가, 광합성 생물이 내뿜기 시작한 산소와 결합해 산화철로 가라앉으며 붉은 줄무늬 지층을 만들었습니다. 오늘날 인류가 캐는 철광석의 대부분이 이 지층에서 나오죠. 우리가 쓰는 철은 지구 대기에 산소가 처음 차오르던 사건, 산소 대폭발의 물질적 기념품인 셈입니다. 지질학자가 지구의 역사를 45억 년으로 재구성할 수 있는 것은 이렇게 돌이 환경을 층층이 녹음해 두었기 때문입니다.
광물, 문명의 재료
암석을 이루는 기본 단위가 광물입니다. 자연에서 만들어진 무기물 결정으로, 일정한 화학 조성과 결정 구조를 갖죠. 석영, 장석, 운모, 방해석 같은 광물 수천 종이 조합되어 암석이 됩니다. 인류 문명사는 광물에서 유용한 원소를 꺼내는 기술의 역사이기도 합니다. 구리 광석을 녹이는 법을 익히고, 구리에 주석을 섞어 단단한 청동을 얻으면서 청동기 시대가 열렸습니다. 더 높은 온도와 까다로운 제련을 정복하자 흔하고 강한 철의 시대가 왔죠. 시대 구분의 이름 자체가 석기, 청동기, 철기라는 사실은 재료가 곧 문명의 상한선이었음을 보여줍니다. 금속을 광석에서 환원해 꺼내는 화학은 화학 서가의 금속 강에서 원리 수준으로 다룹니다.
희토류: 21세기의 청동
현대 기술 문명의 병목은 희토류 원소(rare earth elements)입니다. 란타넘족 15개에 스칸듐과 이트륨을 더한 17개 원소를 가리키죠. 그런데 반전이 있습니다. 이름과 달리 지각에 드물지 않다는 겁니다. 문제는 한곳에 농집된 광상이 드물고, 화학적 성질이 서로 비슷해 분리·정련이 어렵고 오염을 많이 남긴다는 데 있습니다. 네오디뮴은 강력한 영구자석이 되어 전기차 모터, 풍력 터빈, 스마트폰 진동 모터와 이어폰에 들어갑니다. 유로퓸과 터븀은 디스플레이의 색을 만들죠. 정련 공정의 환경 비용을 감수한 소수 국가, 특히 중국이 공급망을 지배하면서 희토류는 자원 지정학의 중심이 되었습니다. 청동기 시대에 주석 광산이 그랬듯, 어느 시대든 문명이 기대는 광물이 있고 그것을 쥔 쪽이 지렛대를 쥡니다. 돌의 이야기는 이렇게 지질학에서 화학과 국제정치로 이어집니다.
인출 문제
생각해볼 질문 (정답 없음)
- 석기, 청동기, 철기처럼 먼 미래의 역사가가 지금을 재료의 이름으로 부른다면 무엇의 시대라고 부를까요. 실리콘, 리튬, 희토류, 아니면 플라스틱일까요.
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