요제프 셰파흐의 [먼지]를 다시 읽어야

요제프 세파흐의 [먼지]를 다시 읽을 필요를 느낀다. 이 책에 플랑크톤 이야기가 나온다. 플랑크톤도 두 종류로 나뉜다. 동물성 플랑크톤(zooplankton)과 식물성 플랑크톤(phytoplankton)이다. 미항공우주국에서 운영하는 PACE 사이트의 P가 바로 플랑크톤이다. A는 에어로졸(Aerosol)이다. 에어로졸의 일종이 미세먼지(fine dust)다. C는 Cloud다. E는 ocean Ecosystem이다.

플랑크톤, 에어로졸, 구름, 해양 에코시스템은 중요 키워드들이다. 어제 읽은 프란츠 마울스하겐의 [꿰뚫는 기후의 역사]에도 플랑크톤 이야기가 나온다. 해수 온도가 상승할 때 콜레라균이 동물성 플랑크톤에 서식한다고 한다. 해수 온도가 오르면 식물성 플랑크톤이 확산하고 그들을 먹고 사는 동물성 플랑크톤이 번성하게 됨에 따라 콜레라균이 많아져 동물성 플랑크톤에 서식하다가 특정 생태학적 조건이 갖추어지면 인간에게 전파된다는 것이다.

이는 플랑크톤이 지닌 진면목의 일부에 해당한다. 기본적으로 지질학과 관련이 큰 존재가 플랑크톤이다. 사실 플랑크톤이 수수께끼 같은 존재가 아니라 시스템이 수수께끼 같다고 할 수 있다.

기후 변화 앞에서는 전세계가 궁극적으로 운명 공동체임을 일깨우는 책 [꿰뚫는 기후의 역사]

꿰뚫는 기후의 역사 - 1만 1700년 기후 변화의 방대한 역사를 단숨에 꿰뚫다
프란츠 마울스하겐 지음, 김태수 옮김 / 빅퀘스천 / 2025년 5월

독일의 저명한 기후역사학자인 저자는 우리 모두 지역, 인종, 문화적 차이에도 불구하고 기후 변화 문제 앞에서는 궁극적으로 운명 공동체라고 진단한다. 저자는 17세기 소빙하기 이론에 대해 전 지구적으로 적용 가능한 개념을 사용하기보다 각 지역에서 발생한 정치적, 경제적, 사회적 상황을 그 지역 고유의 맥락에서 상세히 살펴보는 것이 더 적절하다고 말한다. 저자는 친환경적이라고 알려진 전기차에 대해서도 전기가 친환경적으로 생산되어야 의미 있다고 말한다. 저자는 전기차가 궁극의 해결책은 아니라고 생각한다. 저자는 지정학적 측면에서라도 원자력 발전은 기후 문제를 해결하는 보편적 해결책이 되지 못한다고 말한다. 

저자는 화석연료 사용과 같은 인간 활동이 지구 온난화를 촉진하기 때문에 기후 변화를 제한하는 문제는 전적으로 정치적 결정의 영향권에 있다고 말한다. 기후 역사에서 첫 번째 전환점은 신석기 시대 이후로 확산된 농업의 도입이다. 저자가 취하는 입장은 사회적, 문화적, 경제적 발전이 기후 및 환경과 얽혀 있다는 것이다. 저자는 기후가 단순히 역사를 만들지는 않지만 지구적 차원에서, 지역마다 고도로 구분되는 환경적 요인으로서 인간이 자연환경과 맺는 모든 관계에 작용한다고 말한다. 1억 4,000만 년 전부터 6,500만 년 전까지의 백악기의 극지방까지 빙하에서 완전히 해방된 시기를 지나 지금으로부터 300만 년 전 지구는 새 빙하기에 돌입했다. 

빙하기란 극지방이 영구적인 얼음으로 덮인 시기를 말한다. 탄소 순환의 변화 및 변동이 빙하기와 간빙기의 교차를 일으킨 가장 중요한 원인은 아니다. 궤도 동인 또는 밀란코비치 동인이라는 천문학적 요인이 더 중요한 영향을 끼쳤다. 천문학적 요인의 첫 번째는 태양과 달의 인력에 의해 생기는 지구 자전축의 흔들림(세차운동)이다. 지구 자전축은 26,000년 주기로 황도면에 대해 서서히 회전함으로써 자전축의 방향이 바뀐다. 두 번째는 지구 자전축의 기울기가 약 41,000년 주기로 22.1도에서 24.5도 사이를 오가는 것이다. 세 번째는 405,000년 주기로 거의 원형에서 약간의 타원형 사이를 오가는 지구 공전 궤도의 변화다. 

세 요인 모두 지구에 도달하는 태양 복사량의 변화를 초래한다. 태양으로부터의 거리는 복사 밀도에 영향을 미친다. 자전축의 기울기와 흔들림은 지역에 따른 태양 복사의 분포에 영향을 미친다. 이에 따라 북반구와 남반구의 계절 변화에도 영향을 미친다. 지구 기후는 이런 변화에 지역에 따라 다르게 반응한다. 16,000년 전부터 기온이 상승했고 11,700년 전부터 헌재까지는 홀로세라 불린다. 홀로세는 11,700년 전부터 현재까지 지속되는 지질 시대다. 상대적으로 안정된 기후로 인해 농경 및 정착이 가능해진 시대다. 호르무즈 서쪽의 페르시아만과 시베리아와 알래스카 사이의 베링 육교가 이때 녹은 빙하로 침수되었다. 

베링 육교의 침수로 아메리카 최초의 원주민들이 수천 년 동안 유라시아로부터 단절되었다. 이 시기에 이산화탄소 농도도 상승했다. 홀로세의 온난기는 지속 기간이 예외적으로 길다. 저자는 홀로세 중기 이후 시작된 기온 하강 추세의 끝부분이 갑작스러운 기온 상승으로 이어지는 것을 인류가 초래한 것으로 설명한다. 인류가 초래한 온실효과는 주기적인 변화와 반대되는 방향으로 작용하고 있으며 홀로세와 함께 시작된 온난기의 끝을 예측할 수 없게 한다. 저자는 신석기 혁명이라는 개념이 농업이 인류의 역사에서 전환점으로 작용한 것은 맞지만 농업으로의 전환은 급작스럽게 일어나지 않았다고 말한다. 

저자는 호주의 고고학자 비어 고든 차일드(Vere Gordon Childe: 1,892-1,957)가 쓴 신석기 혁명이라는 말에 대해 논한다. 차일드는 농업의 여러 기원지 중 한 곳인 비옥한 초승달 지역만을 다루었다고 한다. 하지만 현재는 지리적으로 서로 멀리 떨어진 최소 11개의 기원지가 있었던 것으로 널리 받아들여지고 있다. 현재로부터 약 4,200년 전에 발생한 급격한 기온 하강은 홀로세 중기에서 후기로의 전환점이다. 지질학자들은 홀로세 후기로 넘어가는 기준을 보여주는 것으로 인도 메갈라야 주의 마움루 동굴의 석순을 꼽았다. 이로부터 메갈라야기라는 명칭이 생겼다. 

기후학자들로 구성된 PAGES 2K Network라는 그룹이 있다. 이들은 지난 2,019년 2,000년 동안의 지구 기온을 재구성한 자료를 발표했다. 이에 따르면 수십 년간의 더 추운 시기는 일련의 화산 폭발과 시기적으로 일치한다. 이는 산업화 이전의 역사적 시간 척도에서는 화산이 가장 중요한 기후 변화의 동인이었음을 나타낸다. 태양 활동의 변화는 상대적으로 덜 중요한 역할을 했다. 20세기의 온난화는 모든 면에서 예외적이다. 20세기의 온난화는 지난 2,000년 동안 수십 년에 걸쳐 일어났던 다른 어떤 온난화들보다 약 3배 강력했다. 여기에는 온실가스의 인위적 방출이 결정적 역할을 했다. 다른 자연적 요인들은 뒤로 밀려났다. 

화산 폭발이 기온 하강을 초래하는 것은 이산화황이 물과 반응해 만들어지는 황산 에어로졸이 태양 빛을 반사하기 때문이다. 저자는 개별적인 사실들은 역사적 맥락 속에서, 그리고 다른 사실들과의 비교 속에서 고려되어야 하며 그럴 때라야 비로소 기후사적 의미를 파악할 수 있다고 말한다.(96 페이지) 가령 15세기 들어 잉글랜드의 포도 생산이 갑자기 감소한 것은 당시 여름의 서늘하고 습한 기후 조건보다는 중세 흑사병이 노동력과 임금에 끼친 영향과 더욱 밀접한 관련이 있다고 말한다. 저자는 이전에 자연적인 원인으로 인한 온난화가 있었다고 해서 지금의 기후 온난화 역시 자연적인 것이 아니라 지적한다. 

아일랜드를 떠나온 노르웨이인들이 척박한 그린란드에 정착한 이유는 무엇일까? 저자에 의하면 바다 코끼리 상아 무역 때문이다. 트론헤임, 베르겐, 오슬로, 더블린, 런던, 슐레스, 비히, 시그투나 같은 중세의 무역 중심지에서 발견된 900년에서 1,400년 사이 것으로 알려진 상아의 DNA를 분석한 결과에 따르면 1,100년경 유럽의 시장 전역에 그린란드와 캐나다에서 온 바다 코끼리 상아가 공급되었다. 

소빙하기라는 용어는 암스테르담에서 태어난 북미 지질학자 프랑수아 마테스에 의해 1,939년 고안되었다. 1,450년에서 1,850년 사이 시기를 소빙하기로 보는 것은 기후변화에 관한 정부간 협의체의 최근 보고서에서 선호되는 시기 설정이기도 하다. 근대 초기 유럽에서 발생한 마녀사냥 역시 넓은 범위에서 기후 변화로 인한 사회적 갈등에 속한다. 갖가지 형태로 발생한 불행의 책임자를 밝혀내기 위해 도시와 시골을 막론하고 여러 가지 극심한 사회적 충돌이 나타났다. 소빙하기가 유럽에서 절정에 달했던 1,560년에서 1,630년 사이 마녀사냥의 중심지들에서 대사냥이 더 빈번하게 일어났고 가장 중요한 시기였던 1,580년에서 1,630년 사이에 이런 경향이 강했다는 사실은 특기할 만하다. 

저자는 17세기 초 인구가 감소한 것은 많은 지역에서 농업 생산이 인구 증가로 인해 늘어난 수요를 따라가지 못하면서 인구 증가가 일시적으로 한계에 부딪힌 결과 발생한 현상으로 분석한다. 식량 가격이 상승하면서 서유럽과 중부 유럽의 가정들은 경제적 어려움을 겪었고 사람들은 출산을 제한하는 전통적 방법으로 이에 대처했다. 성관계와 자녀 출산의 정당성이 교회의 승인과 밀접하게 연결되어 있는 사회에서 결혼 시기를 늦추는 것은 효율적인 방법임이 입증되었다. 

저자는 소빙하기가 인구 성장에 남긴 흔적은 16세기의 인구 증가 결과 생성된 다른 요인과 조건들이 기후와 맺은 상호 작용 속에서 파악해야 하며 오롯이 기후적 영향으로 환원해서 이해할 수는 없다고 말한다. 해수 온도가 상승할 때 콜레라균이 동물성 플랑크톤에 서식한다는 사실이 눈에 띈다. 콜레라균은 플랑크톤 안에 있다가 특정 생태학적 조건이 갖춰지면 인간에게 전파된다. 역사상 기후에 영향을 미친 주요 원인은 19세기 산업화의 등장이다. 인류가 초래한 기후변화에 관한 대부분의 과학사는 19세기에 온실 효과가 발견되면서 시작되었다. 그러나 인간에 의해 촉발된 기후변화에 관한 최초의 논쟁은 이보다 최소 한 세기 전에 이미 이루어졌다. 

이 논쟁은 유럽의 식민지에서 토지를 이용하는 것이 기후에 끼치는 영향에 관한 것이었다. 유럽인이 아메리카, 카리브해, 일부 동아시아 그리고 나중에는 아프리카에서 행하는 농업식민지의 활동을 두고 벌어졌다. 온실효과를 처음 제안한 사람은 프랑스의 수학자, 물리학자 장 밥티스트 푸리에(1,766–1,830)다. 1,824년의 일이었다. 최초로 대기 전체의 온실효과를 정밀하게 측정한 사람은 스반테 아레니우스다. 현대 지질학은 지구사 연대기를 처음에는 수백만 년, 20세기에는 마침내 수십억 년이라는 상상할 수 없을 정도의 긴 시간대로 확장했다. 

지난 12,000년 동안 기후 변화는 토지 이용, 특히 농업에 의한 영향을 받았다. 식생과 토양에는 일정량의 탄소와 메탄 등 온실가스가 저장되어 있다. 식생의 변화는 그것이 자연적으로 이루어졌는지 인간에 의해 초래되었는지에 관계없이 더 많은 양의 탄소가 저장되거나 탄소가 오히려 더 많이 방출되거나 간에 하나다. 토지 이용이 지구의 대기 중 온실가스 농도에 미친 영향을 평가하기 위해 과학자들은 복잡한 기후 모델 분석과 계산에 의존해야 한다. 저자는 농업에 의한 온실효과가 인위적으로 강화되었다고 해도 그 영향은 현대에 인류가 초래한 온실효과의 1/3 미만일 것이며 훨씬 더 긴 기간에 걸쳐 나타났을 것이라 말한다. 

기후학자들은 적어도 대기 중 온실가스 농도의 변화가 산업화 이전의 어느 시점에서도 기후 변화의 자연적인 동인들을 압도하지 않았다는 점에 동의하고 있다. 저자는 인류가 초래한 기후 변화가 자연적 동인을 압도한 것은 산업화 이후의 온실효과에서 비로소 이루어졌으며 지난 200년 동안의 산업화에 따른 토지 이용이 이에 본질적으로 기여했다고 말한다. 산업화된 농업에 있어서 결정적인 것은 화석 연료 에너지 체제와 기술 혁신이며 이런 혁신에는 농업 기계뿐 아니라 비료 생산을 위한 하버 보슈 공정과 같은 화학적 처리 과정의 통제도 포함되었다.

저자는 노예제 종말은 단순히 정치적 저항에 의한 것만은 아니라 말한다. 산업화된 농업의 경제성이 노예제에 기반한 농업의 경제성보다 크지 않았다면 노예제는 아주 더디게 폐지되었거나 아예 폐지되지 않았을지도 모른다.(181 페이지) 인간 노동력의 농업에서의 해방이 산업화를 이끌었다. 비록 식량이 매우 불균등하지만 산업화의 결과 오늘날 80억 명의 인구를 먹여 살릴 수 있는 식량 풍요 시대가 찾아왔다. 인간과 가축을 농사일에서 해방시킨 농기계는 거의 모두 휘발유나 디젤에 의해 작동하며 이에 따라 상당 량의 이산화탄소를 배출한다.(187 페이지) 인공 비료의 생산 역시 화석 연료에 의존한다. 인공 비료를 통해 향상된 농업 생산성으로 인해 확대된 동물 사육으로 이산화탄소와 메테인 배출량이 급격히 증가했다. 

1,850년 기온 측정이 시작된 이후로 전 세계 평균 기온이 약 1.3도 C 상승했다. 폭염과 가뭄의 빈도도 증가했다. 지금까지 인류가 초래한 온실효과만으로 다음 빙하기를 최소한 10만년 이상 늦추기에 충분하다고 한다. 인류가 초래한 기후변화 요인과 더불어 기후 체계 내부의 변동성이 중요한 역할을 했다. 특히 처음에는 태평양이 따뜻해졌다가 그 이후에는 대서양까지 따뜻해진 것이 주요했다. 에어로졸은 온실가스와는 다른 인위적인 요인으로서 태양복사의 일부를 차단하여 지표 근처의 기온을 낮추는 역할을 한다. 

저자는 기후에 서로 반대되는 영향을 미치는 인위적 온실효과와 에어로졸의 관계에 대해 논한다. 1970년대에 등 지구가 다음 빙하기로 접어들 것이라는 지구 한랭화 이론은 더 이상 유효하지 않게 되었다. 현재까지 에어로졸은 온난화 효과의 약 0.73도 C를 상쇄한다. 에어로졸은 강수량을 강화한다. 인위적으로 미세 먼지를 줄이면 이 지역의 강수량이 감소하여 많은 사람들이 물과 식량 문제에 처할 가능성이 커진다. 에어로졸(미세먼지, 염화칼슘/염화나트륨 등)은 구름 응결핵 역할을 하여 수증기를 뭉치게 함으로써 구름 형성을 촉진하고, 일정 수준 이상 농도가 높아지면 강수 입자를 성장시켜 강수량을 증가시키는 효과(인공 증우 등)가 있다. 지나치게 높은 농도는 강수 시기를 지연시키거나 구름 입자를 작게 만들어 오히려 강수를 억제할 수도 있다. 미세먼지는 에어로졸의 일종이다. 

지구 온난화의 가장 심각한 영향은 빙하 해빙, 그로 인한 해수면 상승이다. 대륙 및 극지방의 빙하가 녹는 것은 해수면의 절대적 상승을 초래한다. 더욱이 해양 수온의 상승에 따른 물의 열팽창과 침식 과정으로 많은 해안선이 상대적으로 가라앉는 현상이 일어나 해수면 상승을 가속화한다. 태평양 지역의 투발루, 바누아투, 키리바시 같은 섬나라들은 국가 주권과 영토적 통합성이 위협을 받고 있다. 투발루, 바누아투, 키리바시 등은 불의 고리의 중심 및 주변 지역이다. 물론 이들 나라들을 더 위협하는 것은 화산 폭발보다 해수면 상승과 해안선의 가라앉음이다. 현재 남태평양의 22개 섬나라에는 약 700만 명의 인구가 거주하고 있다. 

오늘날 인류가 초래한 기후변화는 기후의 역사에 있어서 극적인 단절을 의미하며 이러한 단절의 성격은 신석기시대 농업혁명의 도입보다도 급진적이다. 지구의 역사에서 그 어느 때보다도 어느 한 종의 활동이 이처럼 단기간에 지구 기후를 변화시키는 주요 동인이 된 적은 없었다. 과학적으로 인정받는 설명은 우리가 막대한 양의 화석연료를 연소하여 이산화탄소를 비롯한 기타 온실가스를 대기 중에 방출함으로써 자연적인 온실 효과가 강화되었다는 것이다. 온실가스 배출량을 역사적으로 계산한 결과는 기후 변화에 대한 책임이 시간과 공간에 따라 매우 불균등하게 분포되어 있음을 말해준다. 

오늘날 기후변화는 멸종 위기, 해양 산성화, 산업적 환경 재앙, 화학적 오염, 물 부족, 질소 및 인 순환의 변화 같은 주요 환경문제와 결합하여 유한한 자원을 가진 지구라는 행성에서 이루어지는 성장과 번영의 한계를 여실히 보여준다. 지속 가능성을 연구하는 스웨덴의 환경학자 요한 록스트룀(Johan Rockström; 1,965- )은 이를 설명하기 위해 행성적 한계(planetary boundaries)라는 개념을 고안했다. 1) 기후 변화 2) 성층권의 오존층 파괴 3) 대기 중 에어로졸 농도 4) 해양 산성화 5) 생물권과 해양에 질소(N)와 인(P)의 과잉 공급 6) 담수 사용량 7) 토지 이용의 변화 8) 생물 다양성 파괴 9) 인간이 만들어 낸 신물질(화학 물질) 등이 지구 위험 한계선 9가지 항목이다.

지구 위험 한계선의 3가지 기준은 안전 영역, 위험 증가 영역, 고위험 영역의 세 영역으로 나뉜다. 지구 위험 한계선은 그 개념이 제시되었던 2, 009년에 이미 9개 중 2개 영역(생물다양성, 질소 과잉공급)에서 한계선을 넘어섰다. 2,022년 4월 네이처지가 발표한 바에 따르면 개념 제시 후 14년이 지난 현재 6개 영역이 위험 수준으로 상승했다. 1) 기후, 2) 생물 다양성, 3) 토지, 4) 해양 산성화, 5) 생물권과 해양에 질소(N)와 인(P)의 과잉 공급, 6) 인간이 만들어 낸 신물질 등이다. 

산업화의 역사는 전반적으로 불균등한 발전을 보여준다. 기후 체계에 있어 중요한 것은 산업화의 시간적 길이가 아니라 배출량의 총합이다. 인구가 많은 국가가 화석 연료 기반의 산업화 과정을 거칠 때 이산화탄소 배출량은 매우 빠르게 누적된다. 오직 풍력, 태양광, 수력 에너지의 비중을 빠르게 확대하는 것만이 현재의 추세를 멈출 수 있는 유일한 해결책이다. 화석 자원은 수백만 년에서 수억 년에 걸친 지질학적 과정을 통해 형성되며 지구상에 불균등하게 분포해 있다. 기후변화가 뒤늦게 정치적 쟁점이 된 데에는 여러 이유가 있다. 우선 많은 과학자들이 오랫동안 인위적인 온실효과 강화가 위험이 아니라 오히려 긍정적인 효과를 가져오리라 믿었다. 예컨대 가이 스튜어트 캘린더는 1938년 화석연료 연소가 열과 에너지 공급을 넘어 여러 방면에서 인류에게 유익함을 가져다 줄 것이라고 보았다. 그는 기후 온난화 덕분에 작물 재배의 북방한계선이 북쪽으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라 다음 빙하기가 지연될 것이라고 예측했다.

캘리포니아 공과대학에서 대기 중 이산화탄소를 측정하는 새로운 방법을 개발한 찰스 데이비드 킬링의 킬링 곡선은 대기 중 이산화탄소 농도의 지속적인 증가세를 보여주었다. 인류가 초래한 기후 변화는 전 세계가 에너지 공급 방식을 화석 연료 연소로부터 벗어나는 방법으로만 억제되고 멈출 수 있다. 이전의 두 전환 즉 농업으로의 전환, 산업혁명은 경제 방식을 뛰어 넘어 기존 사회 질서의 완전한 재편을 초래했다. 그러나 이 두 대 전환 중 어느 것도 사전에 미리 계획된 마스터플랜에 따라 이루어지지 않았다. 

이 때문에 에너지 전환의 역사를 연구한 몇몇 역사학자들은 화석 연료 체제를 계획적으로, 그리고 정치적, 인위적으로 이끌면서 전환하는 작업이 성공할 수 있을지에 대해 의문을 제기한다. 저자는 그러나 항상 과거에 있었던 일이 반복되기만 한다면 역사는 새로운 소식이 없는 신문에 불과할 것이라 말한다. 서구의 물질적 풍요 기준을 단지 다른 지역으로 확장하는 데 골몰하는 미래 개발 정책은 이미 지구적 한계에 부딪쳤다. 체제 전환은 너무도 어려워 보인다. 이는 핵무기 확보를 둘러싼 패권적 대립만 보아도 알 수 있는 바이다. [꿰뚫는 기후의 역사]는 좋은 책이다. 적극 추천한다.

재미와 깊이, 기후와 관련한 문제의식 등을 두루 느끼게 하는 바다 이야기

바다에 미래가 있다 - 10대를 위한 해양과학 이야기 ㅣ 창비청소년문고 45
이고은 외 지음 / 창비 / 2025년 10월

바다에 관한 책을 꼽으라면 레이첼 카슨의 [우리를 둘러싼 바다]라는 고전을 들 수 있고 최근 번역되어 나온 [바다의 천재들], [블루 머신], [언더 월드] 등도 들 수 있다. 갈라파고스 답사기인 후쿠오카 신이치의 [생명 해류]도 바다에 대한 책이라 할 수 있다. 다만 매트 스트래슬러의 [불가능한 바다의 파도]는 난해한 양자물리학 책임을 알리고 싶다. 한국해양과학기술원이 기획한 [바다에 미래가 있다]는 우리나라 책이고, 네 명의 해양과학자를 인터뷰한 책이라는 점에서 전기한 책들과 다르다. 인터뷰한 책이라는 점에서 [어떻게 과학을 사랑하지 않을 수 있겠어]와 비교할 만하다. 차이는 있다. [어떻게 과학을 사랑하지 않을 수 있겠어]가 지질학자, 우주물리학자, 실험물리학자, 고생물학자 등을 인터뷰한 책이라면 [바다에 미래가 있다]는 해양과학자들만을 인터뷰한 책이다.

망가니즈 단괴(團塊) 이야기가 눈을 끈다. 이는 해저 퇴적물 위에 망가니즈, 철, 니켈, 코발트 같은 광물질이 아주 오랜 세월 동안 조금씩 침전되며 자란 덩어리다. 검은 돌덩어리인 이 단괴에는 망가니즈, 니켈, 코발트, 구리 같은 귀한 금속들이 들어 있다. 이 퇴적물들이 쌓이는 속도는 너무도 느려 100 만 년에 6mm에 지나지 않는다. 이 단괴를 분석하면 과거 바닷물의 화학 성분, 퇴적물 속 광물 비율, 해양 환경의 변화를 읽을 수 있다. 심해는 아직 5 % 정도만 아는 미지의 영역이다. 2004년 프랑스 심해 유인 잠수함인 노틸(Nautile)호에 올라 해저 5,000 m까지 내려간 김웅서는 심해에는 빛이 전혀 없어 눈이 필요 없기에 눈이 퇴화한 물고기가 있고 아예 눈의 흔적조차 없는 경우도 있다고 말한다.

물론 오래 전에 깨졌지만 심해 무생물 가설이 오류임을 알게 할 뿐 아니라 신비함 또는 기이함을 느낄 단서가 아닐 수 없다. 우리는 2016년 자체 개발한 무인 잠수정 해미래를 이용해 태평양 마리아나 해저 분지에서 탐사를 진행했다. 빛이 없는 심해에는 스스로 빛을 내는 생물이 아주 많다. 이 빛은 루시페린이라는 물질이 루시페레이스라는 효소와 만나 산소와 반응할 때 만들어진다. 바다라는 하나의 분야에 물리학, 화학, 생명과학, 지질학, 공학, 사회과학 등이 두루 관계한다. 김웅서는 과학자에게는 호기심과 상상력, 탐험가 정신이 필요하다고 말한다. 특히 해양과학은 물리학, 생물학, 화학, 지질학 같은 여러 분야가 얽힌 융합 학문이어서 하나의 틀에 갇히지 않는 열린 마음과 다양한 시각이 필요하다.

열수분출공 주변에 사막의 오아시스처럼 유난히 동물이 많다. 이들은 지하에서 뿜어져 나오는 황화수소 같은 화학물질을 에너지로 써서 유기물을 만드는 화학합성(광합성이 아닌)을 한다. 열수분출공은 화학 물질을 내뿜는 곳이다. 해저 지각판이 갈라진 틈으로 스며든 바닷물이 지하 깊은 곳에서 뜨거운 마그마와 만나 가열되는 물에 황화수소 같은 기체와 철, 구리 황화물 같은 광물질이 함유되어 있다.

물은 생명체의 화학 반응이 일어나는 무대 즉 용매 역할을 한다. 1) 물속에서는 단백질, 핵산, 당(糖) 같은 생명의 기본 분자들이 잘 녹고 서로 만나 결합하고 분해되는 일이 자유롭게 일어난다. 2) 물은 전하를 띤 분자들은 잘 풀어주기 때문에 세포 안에서 에너지를 전달하거나 신호를 주고받는 데도 탁월한 매개체가 된다. 3) 물은 플러스극, 마이너스극을 같이 가지고 있어서 다른 분자들과 다양한 방식으로 결합하거나 배열을 만들 수 있다. 4) 물은 열을 천천히 흡수하고 천천히 배출하는 성질이 있어서 생명체가 살아가는 데 필요한 안정적인 온도 환경이 된다.

그 물속에 사는 것들을 모두 어류로 분류하지만 진화적으로 서로 다른 갈래에서 나온 존재들이다. 이는 어류생태학자 박주면을 통해 듣는 내용이다. 진화의 관점에서 보면 양서류, 파충류, 조류, 포유류도 결국 고대 물고기의 후손이다. 조상도 다르고 사는 방식도 다르지만 비슷한 환경에 적응하면서 외형이나 기능이 비슷하게 진화하는 것을 수렴 진화라 한다. 상어나 참치는 물고기라서 꼬리를 좌우로 흔들고, 돌고래는 포유류라서 꼬리를 위, 아래로 흔든다. 돌고래의 지느러미는 앞다리에서 진화한 것이고 뒷다리는 진화 과정에서 점점 작아져서 몸 안으로 사라졌다.

물고기들은 그저 유유히 헤엄치는 생명체처럼 보이지만 매 순간 소금으로 인해 바닷물과 치열한 싸움을 벌인다. 바닷 물고기들은 바닷물을 마시고 그 중 필요한 양만 흡수하고 염분은 아가미나 짙은 소변으로 배출한다. 민물에는 염분이 거의 없어서 그 물고기들 몸으로 물이 자꾸 들어오려 한다. 그래서 민물고기들은 끊임없이 소변을 배출하면서 수분을 조절한다. 연어는 이 두 환경을 자유자재로 오간다.(바닷물고기는 몸 밖으로 물이 빠져나가는 것에 대처하느라 고투하고, 민물고기들은 몸 안으로 물이 들어오는 것에 대처하느라 고투한다.)

식물성 플랑크톤이 수행하는 광합성으로 만드는 산소 양은 지구 전체 산소의 반 이상을 차지한다. 깊은 바닷속에는 눈이 내린다. 바다 눈(marine snow)이다. 식물성 플랑크톤이 죽어 만들어지는 찌꺼기, 배설물, 미세 유기물들이 뭉쳐 무거워짐에 따라 바닷속 깊이 가라 앉는다. 이들을 바다 눈이라 한다. 이들은 생물들에게 먹잇감이 된다. 바다가 이산화탄소를 묻어두며 지구의 온실가스를 줄이는 데 도움을 주는 과정을 생물학적 탄소 펌프라고 한다. 고래 낙하(whale fall)는 아주 큰 눈송이가 내리는 것이다.

조류(藻類)의 대량 번식을 부추기는 것이 영양염이다. 영양염이란 플랑크톤이 자라는 데 필요한 질소, 인 같은 영양분을 말한다. 인간이 사용한 비료나 생활 하수가 강이나 바다로 흘러 들어가면 바닷속 영양염 농도가 높아져 플랑크톤이 폭발적으로 늘어난다. 낮에는 광합성을 하는 조류가 폭발적으로 늘어 밤에 산소를 대량 소비함에 따라 물고기, 조개 등이 질식사하게 된다. 물고기가 많은 곳은 따뜻한 바다가 아니라 차가운 바다다. 차가운 바다에는 영양염이 풍부하기 때문이다. 영양염은 식물성 플랑크톤에게 반드시 필요한 비료 같은 물질이다. 차가운 바다는 생물의 양이 많고 따뜻한 바다는 생물의 종류는 많지만 양은 작다. 지구 온난화는 단지 바다를 덥게 하는 것이 아니라 바다 생물들의 밥상을 치워버리는 일이다. 온난화로 따뜻해진 바닷물이 뚜껑처럼 떠 있어서 깊은 바다에서 올라오는 영양염 공급이 막힌다. 이를 뚜껑효과라 한다.

약학 박사 출신으로 한국해양과학기술원 해양생명자원연구부 연구원으로 일하는 이연주는 바다는 미지의 자원 창고라 말한다. 이연주에 의하면 천연물은 인간의 개입 없이 동식물이나 미생물 같은 생명체가 스스로 만들어내는 화학 물질이다. 천연물이란 생물이 살아가면서 특정한 목적이 있어 만들어내는 독, 향기, 색소, 약효 성분 같은 특별한 물질이다. 이연주는 과학자는 실패 속에서도 호기심을 끝까지 놓지 않는 사람들일 것이라 말한다. 물론 그것은 조직된 호기심이어야 한다. 물리해양학자 장찬주는 지구 기후를 흔드는 바다의 변화를 추적하는 사람이다. 장찬주는 물리학이나 화학의 시각으로는 이 행성은 오히려 물의 행성이라고 해야 맞다고 말한다.

과학적으로 보면 지구의 열, 물, 탄소를 가장 많이 담고 있는 것은 대기가 아니라 바다다. 바다는 여름에는 열을 흡수하여 기온이 지나치게 오르는 것을 막고, 겨울에는 열을 대기로 공급하여 기온이 지나치게 내려가는 것을 막는다. 바다는 거대한 완충장치라 할 수 있다. 대기과학자 김정우 교수는 “대기가 해양을 움직이는 것이 아니라 해양이 스스로 변하기 위해 대기를 이용하는 것일 수 있다.”는 말을 한 바 있다. 대기보다 밀도가 1,000 배나 큰 해양이 대기에 수동적일 수 없다는 의미다. 장찬주는 평균의 함정을 말한다. 지구 표면의 71%가 바다이다. 평균 온도 1.5℃ 상승에는 실제 변화보다 훨씬 덜 뜨겁게 보이는 착시가 숨어 있다는 것이다.

육지에 주로 거주하는 인간에게는 지구 평균 온도가 아니라 지표 기온이 훨씬 더 큰 영향을 주기 때문에 평균값만 보고 기후 변화를 판단하면 우리가 실제로 겪게 될 위험과 충격을 제대로 가늠하지 못한다. 만약 우리가 1.5 ℃라는 숫자에만 집중하고 그 안에 숨은 지역별, 환경별 차이를 놓치면 기후 변화의 실질적 위험을 과소평가할 수밖에 없다. 과학자들은 바다가 아예 없었다면 지구 평균 기온은 약 50 ℃까지 치솟았을 것이라고 말한다. 바다는 겉에서만 열을 흡수하는 것이 아니라 표면에서 받아들인 열을 깊은 순환을 통해 해저 깊숙한 곳까지 밀어넣는다.

바다는 이제 한계에 이르렀다. 2025년 4월 대기 이산화탄소 농도는 약 430 ppm이다. 지난 200 만 년 중 최고치다. 해수면 상승 속도는 지난 3,000 년 중 가장 빠르고 바다 산성화 속도는 최근 200 만 년 중 최고다. IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change; 정부간 기후 변화 협의회)는 우리나라는 기후 변화가 전례 없이 빠르게 일어나는 것이라고 밝혔다.

해양 고수온 현상은 1) 평균 수온 상승, 2) 극단적 수온 변화의 빈번함 등으로 나타난다. 장찬주가 각별히 주목하는 것은 해양열파(marine heatwave)다. 이는 평소보다 바닷물 온도가 비정상적으로 높아져 생태계와 인간 활동에 큰 영향을 미치는 현상을 말한다. 높은 수온이 며칠에서 몇 개월, 길게는 몇 년까지 이어지며 바다 생태계에 심각한 충격을 주는 극한 기후 현상을 말한다. 폭염이라는 말은 여름 더위를 떠올리게 하지만 바다에서는 계절을 가리지 않는다. 과학자들은 덩어리 혹은 뭉치라는 의미의 블롭(blob)이란 이름을 붙였다. 고수온 덩어리라는 의미다.

바닷물은 따뜻해질수록 대기 이산화탄소를 붙잡아두는 능력을 잃는다. 따뜻해진 바닷물은 팽창함에 따라 해빙과 무관하게 해수면이 오르게 한다. 바다 얼음은 이미 물에 떠 있어서 녹아도 해수면을 올리지 않지만 육지에 쌓여 있던 빙하가 녹아 들어오면 그 만큼 바닷물 양이 늘어난다. 김웅서가 그랬듯 장찬주도 과학의 핵심으로 호기심을 꼽는다. 인류세(anthropocene)보다 더 무서운 말이 아쿠아세(aquacene) 즉 물의 시대 다른 말로 홍수의 시대라는 말이다. 장찬주는 바다 산성화라는 말은 바다가 강한 산성 물질로 변한다고 오해하게 하지만 바다는 원래 약한 염기성을 띠었는데 인간이 배출한 이산화탄소가 바다로 흡수되면서 수소 이온이 많아지고 점점 염기성이 약해져 중성 쪽으로 가까워지는 것이 그 정확한 의미라 설명한다.

대기 이산화탄소가 바다 표면에 녹아들면 물과 결합해 탄산을 만들고 이 탄산은 수소 이온과 중탄산염으로 나뉜다. 중탄산염은 수소 이온과 탄산염으로 분해된다. 바다로 들어오는 이산화탄소가 많아질수록 수소 이온도 늘어나고 이를 중화시키는 과정에서 탄산염이 점점 소모된다. 탄산염은 조개, 산호의 껍데기나 골격을 만드는 필수 재료다. 장찬주는 과학의 대중화는 과학자와 대중이 함께 노력해야 이루어진다고 말한다. [바다에 미래가 있다]는 흥미진진하게 읽히는 책이다. 시의성도 충분하고 재미까지 있으니 완성도가 높다고 할 수 있다. 열수분출공이 화학 물질을 내뿜는다는 사실에서부터 광합성이 아닌 화학합성이란 말, 해양 산성화의 정확한 의미까지 두루 많이 배웠다. 가장 충격적인 것은 해양 열파가 해빙 이상으로 해수면 상승의 원인이라는 점이다. 우리가 유의미한 이을 해야 한다. 무겁게 외친다.

우주는 항상 존재해왔고 끊임없이 팽창해왔다고 말하는 인도의 천체물리학자의 별의 일생 이야기

별의 일생
자이안트 V. 날리카 지음, 강동호 옮김 / 푸른미디어(푸른산) / 2000년 10월

[별의 일생]을 쓴 저자 자이언트 날리카(Jayant Narlikar)는 1938년에 태어나 2025년에 작고한 인도의 천체물리학자다. 날리카는 빅뱅이론에 대한 대안을 제시한 인물로 유명하다. 우주는 항상 존재해 왔고 무한대로 끊임 없이 팽창해 왔다는 것이다. 수학자 아버지와 산스크리트 학자 어머니 사이에서 태어났다. 별을 알려면 우선 빛에 대해 알아야 한다. 빛 가운데 태양빛을 먼저 알아볼 필요가 있다. 태양빛은 서로 다른 파장들을 가진 파동들로 이루어져 있다. 붉은색 빛이 가장 적게 휘어지고 보라색이 가장 많이 휘어진다. 가시광선으로부터 우주를 이해하는 데 필요한 모든 지식을 얻을 수 없다는 것은 분명하다. 빛은 파동처럼 분포할 뿐만 아니라 광자(光子)라고 불리는 작은 에너지 덩어리로 이루어진 것처럼 보일 수도 있다. 

양자 이론이 나오기 전까지 전자가 중앙의 양성자 주위를 도는 이러한 운동은 하나의 수수께끼였다. 맥스웰 방정식에 의하면 주위를 돌고 있는 전자는 반드시 전자기파를 복사해야 하기 때문이다. 이 전자기파에 의해 운반되는 에너지는 어딘가에서 나와야만 하는데 그렇다면 그것은 전자 자체의 운동 에너지로부터라야만 한다. 이러한 에너지 손실 때문에 전자의 궤도는 점차 줄어들고 마침내 중앙의 양성자 쪽으로 휘감겨 들어간다. 그리고 이 결론에서 가장 혼란스러운 것은 이 모든 상황이 10의 마이너스 23 제곱 초 정도의 극히 짧은 시간 동안에 일어나야 한다는 것이다. 양자 이론에 따르면 전자는 그 에너지 값들 중 단지 불연속적인 하나의 값만을 가지며 결과적으로 그 에너지에 적합한 불연속 궤도들 중 하나를 선택하게 된다. 

이 궤도들 중 가장 작은 궤도의 전자는 가장 적은 에너지를 가진다. 전자는 이 궤도보다 더 작은 궤도를 가질 수 없다. 따라서 전자는 양성자와 합쳐지지 않는다. 만약 에너지가 외부로부터 공급되면 즉 적당한 양의 에너지가 공급되면 전자는 더 큰 궤도로 뛰어오를 것이다.  프라운호퍼 선들은 태양 대기에서 수소, 나트륨, 칼슘 원자가 복사 에너지를 흡수하기 때문에 생기는 선이다. 밝은 선 즉 방출선은 반대 과정 때문에 생겨난다. 뛰어내리는 것은 뛰어오르는 것과 달리 복사 에너지가 없어도 자발적으로 일어날 수 있다. 복사에 의한 방출(또는 흡수)을 자극에 의한 방출(또는 흡수)이라고 한다. 도움을 받지 않고 아래로 뛰어 내려가는 것을 자발적 방출이라고 한다. 

이상적인 오븐이 바로 흑체다. 복사 에너지를 내보내지 않으면 그 물체는 외부의 관찰자에게는 검게 보인다. 별의 광도가 1등급 차이나는 것은 2.512배 차이가 나는 것이다. 2.512를 다섯 번 곱하면 100이 된다. 1등성은 6등성보다 100배 밝다. 절대 등급과 구별하기 위해 게시된 것이 겉보기 등급(apparaent magnitude)이다. 왜성들은 거성들보다 훨씬 더 뜨겁다. 거성은 붉은색이 지배적이기 때문에 적색 거성이라 불리고 왜성은 통상 백색 왜성이라 불린다. 별이란 뜨겁고 밀도가 높은 기체로 이루어진 하나의 공이다. 별이 만들어지기 위해서는 분자 구름의 영역이 별이 될 수 있을 만큼 밀도가 높고 뜨거워질 때까지 충분히 단단하게 압축되어야 한다. 

별의 일생에서 중요한 역할을 하는 것은 중력이다. 기체가 압축되면 온도가 올라간다. 충분히 뜨거워지면 열과 빛을 복사하기 시작한다. 기체 분자와 원자들의 무질서 운동이 증가할 뿐 아니라 이러한 복사는 분자 구름을 수축하게 만들었던 중력에 저항하는 압력을 만들어낸다. 온도와 압력은 중심부에서 가장 높고 주변부에서 가장 낮다. 저자는 두 개의 틈을 이야기한다. 하나는 시작이고 다른 하나는 끝이다. 이 부분에서 제기되는 질문이 있다. '거대 분자 구름에 수축하는 부분들이 있고 그 부분들이 구름 속에서 확산되는 나머지 물질보다 밀도가 높다는 가정에서 출발했는데 어떻게 해서 그것이 가장 먼저 일어나게 되는가?'란 질문이다. 

최초의 확산 상태에서 구름 자체의 중력은 너무 약해 수축을 일어나게 할 수 없다. 그러므로 거대 분자 구름의 부분들을 수축하게 만들려면 초기에 외부에서 힘이 가해져야만 한다. 일단 한 부분만이라도 수축하기 시작하면 중력이 이어받아 그 과정을 가속화시킬 것이다. 중력이 안으로 끌어당기는 힘과 정확히 균형을 이루려는, 압력에 의해 생겨나는 반대되는 힘이 있다.(106 페이지) 만약 약간의 불균형이라도 있다면 별은 밖으로 폭발하든지 안으로 수축할 것이다. 빛은 에너지를 나르는 광자(光子)라는 입자들로 구성되어 있다. 높은 밀도와 에너지를 지닌 그런 광자들의 무리가 표면과 충돌하면 표면에 엄청난 압력을 가할 것이다. 그런 복사압은 많은 별들에서 중요한 역할을 한다. 

태양과 별의 에너지가 수소 핵융합 반응에서 나온다는 가설을 최초로 제안한 과학자 중 한 명이 프랑스의 물리화학자 장 바티스트 페랭(Jean Baptiste Perrin; 1870–1942)이다. 핵력은 핵의 크기인 10의 마이너스 15 제곱 너머로까지 확장되지 않는다. 그러므로 우리가 네 개의 양성자로 헬륨 핵을 만들고자 한다면 양성자들 간의 전기적 척력에 대응할 수 있을 만큼 충분히 가까운 거리로 이 입자들을 가져와야 한다. 온도가 충분히 높다면 무질서하게 움직이는 양성자들이 가까워져 융합하게 되는 것도 가능하다. 이런 현상이 일어날 수 있는 임계 온도는 얼마 정도인가? 

4개의 수소 핵을 함께 가져온다 해도 곧바로 헬륨 핵이 되지는 않는다. 두 개의 양성자는 중성자들로 대체되어야 한다. 원래의 수소 핵에서 4개의 전하 단위들 중 둘은 헬륨 핵이 되고, 두 개는 양전자를 내놓으면서 반응에 관계된 4개의 양성자 중에서 두 개는 중성자로 바뀐다. 질량 결손분은 7/ 1,000(0.7%)이다. 핵 융합로와 폭탄의 차이는 비록 그것들이 동일한 융합 반응을 만들어 내지만 후자는 그것을 폭발적으로 만들어낸다는 점에서 엄청나게 큰 것이다. 별들은 중심부의 중력에 의해 유도된 고압 때문에 통제 가능한 핵 융합을 하고 있다. 인간은 기술 발전을 통해 통제할 수 있는 핵융합을 이룰 수 있는 다른 수단들을 찾아내야만 한다. 인간의 기술이 별의 시나리오를 모방할 수는 없기 때문이다. 

인간은 별에서처럼 이용 가능한 거대한 중력의 힘을 가지고 있지 않기 때문이다. 별은 일생의 대부분을 헬륨을 만들면서 보낼 것이다. 헬륨의 경우도 충분히 높은 온도로 가열된다면 다른 융합 과정을 일으킬 수 있는 활성 연료가 될 가능성이 있는가? 프레드 호일은 헬륨 핵 두 개가 결합하는 대신 세 개가 결합해 들뜬 상태에 있는 탄소 핵 하나를 형성한다고 제안했다. 세 개의 헬륨 핵이 하나의 탄소 핵으로 융합하는 온도는 1~2억도 범위에 놓여 있다. 그러므로 이 융합 과정은 수축하는 중심핵이 이 온도에 도달했을 때 시작된다. 융합에 의해 에너지가 생성되면 높은 온도의 압력이 발생하고 그러한 온도와 압력에 의해 중심핵은 더 이상 수축하지 않는다. 

이미 형성된 탄소 핵에 α 입자가 추가된다. 헬륨 핵은 α 입자라 불린다. 산소 핵이 만들어지는 반응은 2억도 이상의 고온에서 가능하다. 이보다 더 높은 온도에서 헬륨 핵이 연속적으로 추가된다면 더 무거운 핵도 생성될 수 있다. 따라서 우리는 원자의 질량이 4씩 증가(양성자 2+ 중성자 2)하는 일련의 핵을 만들 수 있다. 산소(16; 양성자 8+중성자 8)-네온(20; 양성자 10+중성자 10)-마그네슘(24; 양성자 12+중성자 12)-규소(28; 양성자 14+중성자 14)-황(32; 양성자 16+중성자 16) 등이다. 궁극적으로 35억도까지 온도가 오르면 두 개의 실리콘 핵이 융합하여 니켈 핵 하나를 생성한다.

융합 과정은 여기서 끝난다. 철의 핵 너머 즉 코발트, 니켈 이후로는 별의 융합 반응이 일어나지 않는다. 이때쯤이면 별은 엄청나게 거대한 형태가 된다. 특정 연료를 다 소진할 때마다 중심핵은 새로운 융합 반응을 촉발할 수 있을 때까지 수축하고 외층이 팽창한다. 중심부에 가장 무거운 원소들(철 계열)이 있고, 바깥쪽의 차가운 부분으로 갈수록 가벼운 원소들이 존재한다. 가장 바깥 부분은 여전히 수소 성분이 우세하다. 그 부분은 핵융합이 일어나기에는 너무 차갑기 때문이다. 먼 거리에서는 핵의 결합력은 효과적으로 작동하지 않는다. 많은 수의 양성자들을 가지고 있어서 전기적 척력도 상당할 것이다. 어떤 질량의 한계를 넘어서면 그 핵은 그보다 가벼운 핵들에 비해 느슨하게 묶여 있다. 철 계열의 핵들은 가장 단단하게 묶여 있다. 

양성자나 중성자를 추가해 새로운 핵들을 만든다면 그것들은 철 계열의 원소들보다 덜 단단하게 결합될 것이다. 핵자는 양성자와 중성자이며 그 결합 에너지는 핵으로부터 핵자를 떼어내는 데 작용해야 할 에너지의 양이다. 융합 에너지의 대부분은 사다리의 첫 단계 즉 수소가 헬륨으로 전환될 때 방출된다. 나머지 반응에서 방출되는 에너지는 훨씬 더 적을 것이기 때문이다. 이후에 융합 과정이 일어난다 해도 적색 거성으로서의 별의 활동적 일생을 연장하지는 못한다. 별은 언제 초신성이 되는가? 이 단계는 핵융합 과정을 지났을 때 즉 그 중심부의 중심핵에서 철 계열의 핵이 만들어졌을 때 그렇게 된다. 

철 계열의 핵이 만들어지면서 융합 과정은 멈추고 별의 중심핵은 수축하기 시작한다. 중심핵이 수축하고 온도가 더 상승해도 다른 핵융합 과정은 일어나지 않는다. 오히려 역의 과정이 일어난다. 철 계열의 핵들은 중심핵에서 에너지 손실을 초래하면서 알파 입자들로 쪼개진다. 이것이 외층의 붕괴를 초래한다. 별의 중심핵은 처음에는 그 중력의 힘에 의해 수축하고 그리고 나서 되튀어 나온다. 그리고 그 과정에서 그것은 외층이 있는 바깥쪽으로 엄청난 압력을 가한다. 외층이 갑작스럽게 느슨해지고 튕겨져 나가는 현상을 초신성 폭발이라고 한다. 

폭발하는 별들은 엄청난 양의 빛을 방출할 뿐만 아니라 매우 높은 에너지를 가진 물질 입자들도 방출한다. 그 입자들은 별의 내부에서 만들어진 전자, 중성미자, 원자들의 핵이다. 그러므로 주위 성간 공간에는 초신성들이 방출된 이 입자들이 섞이게 된다. 우주에서 발견되는 무거운 원자핵들은 따라서 뜨거운 별의 중심에 의해서 가공되어 별이 폭발할 때 방출된다. 따라서 지구를 구성하고 있는 물질들(우리를 구성하고 있는 성분들도 마찬가지)은 사실상 격동의 역사를 가지고 있다. 초신성은 외계 공간에서 지구 대기로 유입된 고에너지 입자들의 원천이다. 우주선(cosmic ray)으로 알려진 이 입자들의 세례는 지상의 탐지기뿐 아니라 고층 대기를 조사하는 기구에도 탐지된다. 

태양 질량의 6배 이상의 별만이 초신성이 된다. 무게가 덜 나가는 별들은 단지 소규모의 폭발만 경험한다. 밀도가 높은 물질들이 뭉쳐 있을 때 뭔가 이상한 일이 일어난다. 즉 그것은 축퇴(縮退)한다. 원자에는 핵뿐만 아니라 전자들도 있다. 가장 낮은 에너지 상태에서부터 시작해서 더 높은 특정 에너지 주위로 상승했을 때 이용 가능한 전자 상태들의 수는 파울리의 원리에 의해 제한된다. 중심핵이 수축할 때 그것은 가열되기 시작한다. 열에너지가 공급되면서 철 계열의 단단하게 결합된 핵들은 깨지기 시작한다. 이 과정은 융합과정의 역과정이다. 지금까지는 가벼운 핵들이 무거운 핵으로 변환되면서 에너지가 공급되었다. 이제 가열된 중심핵에 의해 제공되는 에너지를 흡수함으로써 그 무거운 핵들은 깨져 분리된다. 

분열된 핵들은 자유로운 양성자와 중성자들을 방출한다. 실험실에서 중성자는 긴 시간 동안 안정된 상태로 있지 못한다. 어떤 주어진 시간에 일군의 자유로운 중성자들이 있다면 약 12분 동안에 그것들 중 반이 양성자, 전자, 반중성미자들로 붕괴한다. 핵 안의 양성자들은 느슨한 자유전자들과 결합하여 더 많은 중성자들을 생성한다. 이 과정을 물질의 중성화라고 한다. 이것은 지구상의 실험실에서는 정상적으로 일어나지 않는다. 그러나 수축하고 있는 중심핵에서 아주 높은 밀도의 물질 상태에서는 흔하게 일어난다. 따라서 중심핵은 아주 빠른 시간 안에 중성자들로 이루어지게 된다.

별은 탄생부터 줄곧 그 내부의 균형을 유지하기 위한 투쟁의 연속인 시간을 보낸다. 물론 그것은 별 자체의 무게–중력에 의한 수축-에 의해 초래되는 것이다. 핵융합 때문이든 축퇴압 때문이든 별은 필요한 경우 내부의 구성과 전체 크기를 변화시키면서 이 힘에 대응하기 위해 최선을 다한다. 별이 너무 무거워서 백색 왜성이나 중성자 별들로 존재할 수 없는 경우 어떤 일이 일어날까? 블랙홀이 만들어진다. 

별이 블랙홀이 되는 것은 중력의 승리를 인정하는 것이 된다. 뉴턴은 '왜 중력이 있느냐?'는 질문을 받고 나는 가설을 만들지 않는다는 답을 했다. 중력의 증가 경향이 너무나 우세하여 수축 과정을 막을 수 없을 때 중력붕괴 한다. 정의상 볼 수 없는 물체는 자연히 위치를 확인하기 어렵다. 천문학자들은 어떻게 블랙홀을 찾으려고 하는가? 블랙홀은 전파 망원경부터 감마선 탐사기까지 천문학자가 이용 가능한 어떤 망원경으로도 볼 수 없는 것이 사실이다. 그럼에도 간접적인 방법은 이용 가능하다. 주변 물질에 미치는 블랙홀의 중력 효과에 의존하는 것이다. 별의 오딧세이의 끝은 어디인가? 하지만 탐구는 계속 된다.

[시간은 흐르지 않는다] 리뷰 이야기

올해 2월 카를로 로벨리의 책을 두 권 읽고 서평을 썼다. [보이는 세상은 실재가 아니다]와 [시간은 흐르지 않는다]다. 두 권 모두 빌려 읽었다. 나는 서평이라기보다 공부를 위한 정리의 의미를 띠는 글을 쓴다고 해도 지나치지 않다. 공부용이기에 글자수도 상당하다. [시간은 흐르지 않는다] 리뷰가 알라딘 2월 리뷰 30편 중 하나로 선정되었다. 리뷰 제목도 신경 써서 '양자물리학적, 철학적, 실존적 의미에서 빛나는 시간론'이라 정했고 선정을 위해서가 아니라 책의 분량이 작아서 글자수도 줄바꿈, 띄어쓰기도 한 글자로 계산하는 기준으로 비교적 짧은 5900 여 글자로 마무리한 덕이라 생각한다.

[시간은 흐르지 않는다] 전체 리뷰를 확인하다가 10년 전 쯤 내게 "왜 신춘문예에 응모하지 않고 블로그 놀이만을 하느냐?"고 했던 사람이 2019년 쓴 리뷰도 포함되었다는 사실을 알았다. 그가 말한 신춘문예는 문학평론 분야였던 것으로 기억한다. 그가 그렇게 말한 것은 내가 쓴 소설 리뷰를 보고 문학평론으로 신춘문예에 당선될 수 있으리라 보았기 때문이라 생각한다. 물론 그것은 그 사람의

당시 나는 물리학 책을 읽기는 했으나 카를로 로벨리의 어려운 양자물리학적 시간론인 [시간은 흐르지 않는다]의 출간 소식 자체를 알지도 못했다. 2019년부터 월 1회 서울 해설을 하던 역사책방에서 그 다음 해에 살까 말까 하다 그만 둔 책이 [시간은 흐르지 않는다]다. 리뷰 제목이 말하는 것처럼 이 책은 매력적인 물리학 책이다.

물리학 책이지만 철학 책을 읽고 싶게 하는 책이다. 그의 다른 책인 [모든 순간의 물리학]은 소장도 하고 있고 리뷰도 썼다. [나 없이는 존재하지 않는 세상]과 [무엇도 홀로 존재하지 않는다]를 읽게 되면 로벨리의 책은 얼추 다 읽는 셈이 된다.

두 제목은 얼핏 상위(相違)적으로 보인다. 공통점은 철학적 분위기가 난다는 점이다. 이럴 때 필요한 것은 직접 읽는 것이다. 2월에 쓴 리뷰 가운데 이론물리학자 짐 알칼릴리의 [어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까]도 포함되었다. 이 리뷰에 더 기대를 했었으나 어긋나 아쉽지만 어떤 것이든 선정 자체가 감사한 일이다. 알라딘은 나에게 서툴고 사적이고 공부를 위한 정리용 글이나마 계속 쓸 수 있게 해준 매체다. 감사하다.