3. 지구 최초의 빙하기(氷河期)

지금으로부터 23억 년 전에 지구 최초의 빙하기가 있었는데 당시 만들어진 빙하(氷河) 퇴적물은 캐나다의 5대호 부근을 비롯하여 미국의 와이오밍, 핀란드, 남아프리카, 인도 등 넓은 지역에 남아있어 매우 큰 규모의 대륙빙이 형성되어 있었음을 알 수 있다.

빙하는 흘러내려가면서 본래의 V자형 골짜기를 U자형으로 바꾸는 한편 엄청난 찰흔(擦痕)을 남기고 자갈, 모래, 점토 등이 고르게 섞인 많은 암석부스러기를 운반하여 빙하의 끝자락에 퇴적시키는데 이를 빙퇴석(氷堆石)이라고 하며 바위가 되면 빙력암(氷礫巖)이라고 한다.

또 이와 같은 골짜기에 바닷물이 유입된 좁고 긴 만을 피오르드(협만/峽灣, fjord)라고 하는데 노르웨이에는 세계에서 가장 길고(204km), 가장 깊은(1,309m) 송네피오르드를 비롯하여 수많은 피오르드가 있으며 그 외에 그린란드, 알래스카 남부, 칠레, 뉴질랜드 남섬, 스코틀랜드 등에도 많이 있다. 빙하는 또 엄청나게 큰 암석덩어리를 운반하기도 하는데 이렇게 주변에 같은 종류의 암석이 없는 바위를 표석(漂石 또는 미아석/迷兒石)이라고 한다.

4. 진핵생물의 등장

지구상에 박테리아들이 번성하자 이들 간의 생존경쟁(生存競爭)도 매우 치열해졌다. 그래서 이들은 서로 먹고 먹히기를 거듭하였는데 이들은 단세포생물이므로 이들이 먹고 먹힌다는 것은 결국 하나가 다른 하나의 속으로 들어가는 것이었다. 예를 들어 두 박테리아 ㉮와 ㉯가 있을 때 만일 ㉯가 ㉮ 속으로 들어갔다면 겉보기에는 ㉮가 ㉯를 먹었고 ㉯는 ㉮에 먹힌 것이 된다.

그 후 ㉮가 살아남고 ㉯가 죽었다면 이것은 사실이 되며 이때 ㉮는 ㉯를 섭취(攝取)하였다고 한다. 그러나 생물의 세계가 그렇게 단조롭지만은 않아서 오히려 ㉯가 살아남고 ㉮가 죽을 수도 있는데 이때는 ㉮가 ㉯에 감염(感染)되었다고 한다.

이와 같이 박테리아들이 섭취와 감염을 되풀이하면서 오랜 세월이 흐르자 이들은 서로 상대에게 익숙해짐으로서 둘 다 살아남는 공생관계(共生關係)를 이룩하게 되었다. 먼저 다른 원핵생물을 먹은 원핵생물은 먹힌 원핵생물들이 시간이 지나도 죽지를 않자 이들에 의해 유전자가 오염되는 것을 막기 위하여 이중으로 되었던 세포막을 둘로 나누고 안쪽의 막으로 유전정보를 전달하는 DNA가 실타래처럼 들어있는 염색체나 RNA와 같은 주요 세포물질들을 둘러싸 세포핵(細胞核)을 이루었다.

그리고 나머지 세포물질들은 안쪽의 막과 바깥쪽의 막 사이에서 세포질(細胞質)이 되었으며 먹힌 원핵생물들은 그 안에서 세포 소기관(小器官)으로 자리잡게 되었다. 예를 들어 남세균과 같이 엽록소를 가진 광합성 박테리아는 엽록체(葉綠體)가 되었고 홍색세균(紅色細菌)과 같은 호기성 박테리아는 호흡을 담당하는 미토콘드리아(mitochondria)가 됨으로서 이들은 세포핵을 가진 진핵생물로 진화하게 된 것이다. 그래서 엽록체와 미토콘드리아는 아직도 본 세포와는 전혀 다른 유전자를 가지고 있지만 이들은 독립생활을 하던 조상들이 가지고 있던 유전자들을 많이 잃었다.

최초의 진핵생물은 약 22억 년 전에 등장하였는데 독립영양생물인 해조류(海藻類)의 일종으로 우리가 보통 식물성 플랑크톤이라고 부르는 단세포 조류(藻類)들과 간단한 아메바와 같은 원생동물(原生動物)들로서 이들은 일반적으로 1개의 핵을 가진 단세포생물들이었으며 원생생물계로 분류된다.

조류 중 가장 많은 양을 차지하는 규조(硅藻)는 껍질의 성분이 규석(硅石, SiO2)질로서 이들이나 방산충(放散蟲)류가 퇴적하면 규조토(硅藻土)가 되고 석회질 난노플랑크톤은 이름 그대로 크기가 매우 작은데 이들이나 유공충(有孔蟲)류가 퇴적하면 석회암(石灰巖)이 된다. 한편 연두벌레라고도 하는 유글레나(euglena)나 황갈조류(黃褐藻類) 등과 같은 편모조류(鞭毛藻類)는 편모를 가진 조류로서 세포에는 한 개 또는 여러 개의 핵과 수축포(收縮胞 )가 있고 대부분 엽록체나 기타 색소체(色素體)를 가지고 있지만 그렇지 않은 것도 있다.

한편 원생동물들은 처음에는 구조가 매우 간단하였으나 세월이 흐르면서 다세포동물의 기관에 대응해서 하나의 세포 속에 여러 가지 세포기관이 발달하게 되었으며 또 일부는 군체를 이루어 일부분이 다세포생물의 특정기관과 같은 역할을 하기도 한다. 예를 들면 아메바, 유공충, 방산충 등은 위족(僞足)을 이용하여 다른 생물들을 잡아먹게 되었다.

그리고 이들 중 아메바는 얇은 세포막으로만 싸여 있으나 유공충류는 석회질의 껍데기를, 방산충류는 규석질의 껍데기를 가졌으며 이들은 유공충류를 제외하고는 매우 작았다. 또 몸 앞에 나와 있는 1개 이상의 편모(鞭毛)로 운동을 하는 편모충류(鞭毛蟲類) 중에는 엽록소를 가지고 광합성을 하는 종도 있어 이들이나 편모조류는 동물과 식물의 중간적인 성질을 지니고 있다.

5. 판 구조론(板 構造論)

대륙지각(大陸地殼)과 해양지각(海洋地殼)이 만들어지면서 지각과 함께 상부 맨틀의 일부를 포함하는 단단한 암석권(巖石圈)으로 이루어진 여러 개의 크고 작은 판(板)들이 만들어졌다. 판에는 대륙을 포함하는 대륙판(大陸板)과 해양만 포함하는 해양판(海洋板)이 있으며 이들은 상대적으로 서로 움직이는데 움직이는 속도는 1년에 약 5cm 정도이다.

판의 두께는 해양지각 밑에서는 평균 70km 정도로서 가장 얇은 곳은 약 10km, 가장 두꺼운 곳은 100km 정도이며 대륙지각 밑에서는 가장 얇은 곳이 125km, 두꺼운 곳은 200~250km 정도이다. 암석권(판) 밑에는 연약권(軟弱圈)이 있는데 부분적으로 녹아있는 상태이며 판의 이동을 원활하게 해 주는 역할을 한다. 그리고 그 아래의 상부 맨틀부분은 중간권(中間圈)이라고 부른다.

맨틀의 대류활동으로 인하여 서로 멀어지고 있는 두 판의 해저 경계에서는 그 틈으로 상부 맨틀의 뜨거운 용암이 분출되므로 화산활동이 활발하며 얕은 지진도 자주 발생하게 된다.

용암의 성분은 주로 현무암이나 감람암(橄欖巖)으로서 감람암은 물과 만나 사문암(蛇紋巖)으로 변하게 되며 이들은 베개 모양으로 굳으면서 갈라진 틈의 양쪽에 산맥과 같은 새로운 해양지각을 형성하게 되는데 이것이 바로 가운데 골짜기가 있는 해저산맥인 해령인 것이다.

해령 옆의 해저는 끝없이 재탄생하기 때문에 지구에서 가장 연령이 어린 지각이 차지하고 있다. 그리고 이런 현상은 대륙에서도 일어나는데 이렇게 만들어진 골짜기가 열곡대(裂谷帶)이다. 이와 같이 새로운 지각물질이 생성되는, 서로 멀어지는 판의 경계를 발산경계(發散境界)라고 한다.

해령에서 새로 만들어지는 해양지각으로 인하여 판은 밀리게 되고 반대쪽에 있는 경계에서 인접한 판과 충돌을 일으키며 해저확장(海底擴張)이 일어나게 되는데 이러한 경계를 수렴경계(收斂境界) 또는 충돌경계(衝突境界)라고 하며 해양판이 다른 해양판 또는 대륙판과 만나 지구 내부로 들어가는 곳은 깊은 해구(海溝)를 형성하게 된다.

이와 같이 판이 다른 판의 밑으로 미끄러져 들어가는 것을 섭입(攝入)이라고 하며 섭입으로 인하여 두 판이 맞닿아 있는 면을 섭입대(攝入帶)라고 하고 따라서 수렴경계를 섭입경계(攝入境界)라고도 한다. 섭입대에서는 미끄러져 들어가는 판이 온도와 압력의 증가로 녹아서 용암이 될 때까지 계속 마찰이 일어나기 때문에 얕은 지진과 깊은 지진(최대 670km 깊이)이 모두 발생하며 또 용암의 화산활동으로 인하여 해구와 나란히 호상화산대(弧狀火山帶)를 형성하는데 이들로 이루어진 섬들을 호상열도라고 한다.

대륙판과 해양판의 충돌이 계속 진행되어 해양판이 모두 섭입되면 해양판 뒤에 따라오던 대륙판이 대륙판과 충돌하게 되는데 이렇게 되면 섭입은 더 이상 진행되지 못하고 지각을 밀어 올려 높은 조산대(造山帶)를 형성하게 된다.

판과 판의 경계에서 이들이 멀어지거나 섭입이 일어나지 않고 서로 반대방향으로 미끄러지기도 하는데 이를 변환단층(變換斷層)이라고 하며 이런 경계를 변환경계(變換境界)라고 한다. 또 이 경계에서는 지각물질이 생성되거나 사라지지 않기 때문에 보존경계(保存境界)라고도 하는데 대부분 해저에 분포하며 주로 해령과 해령 사이에 존재하나 해구를 따라 나타나기도 하며 판이 미끄러지면서 얕은 지진은 자주 발생하지만 화산활동은 거의 일어나지 않는다.