우리가 살고 있는 지구에 대해서

원시 지구는 바깥부분이 거의 완전히 녹은 상태를 경험하게 되면서 성장한다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 설명할 수 있으며, 첫 번째는 소행성의 충돌이다. 소행성의 충돌은 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 원시 지구를 뜨겁게 가열했다. 다른 하나는 중력 에너지이다. 원시지구가 충돌로 인한 가열 때문에 조금씩 녹기 시작하자 그 때까지 뒤섞여 있던 철과 규소가 중력에 의해서 서로 분리되기 시작한 것이다. 무거운 철이 중력에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠려 내려가면서 굉장한 중력에너지를 열에너지의 형태로 방출한다. 세 번째 열원은 원시 태양계에 충만하던 방사성 동위원소의 붕괴열이다. 지구의 바깥부분이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 한다. 마그마 바다의 깊이는 수백 km에 달했다고 여겨진다. 중력 분화가 끝나고,낙하할 소행성들도 거의 정리가 되자 지구는 식기 시작한다. 마그마 바다가 식기 시작하면서 최초의 지각이 형성된다.

지구는 약 45억년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성되던 시점과 때를 같이한다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작한 태양의 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 제거되면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속성분이 남게 된다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 불리게 되는데, 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부른다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간 물질을 유인하여 성장하였다. 미행성의 크기가 커지면 성장속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되나, 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이때 생긴 미행성들 중에서 현재까지 남아 있는 것은 5개이다.

5억 3천5백만 년 전의 캄브리아기의 대폭발 이후로 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘에 진출했으며, 바다에서는 생태계의 꼭짓점에 군림하는 등 엄청난 성공을 거두었다. 한편 캄브리아기 이후 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종사건이 다섯 차례 있었다는 것이 확인되었다. 대량멸종사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 하지만, 거기에서 살아남은 종들은 다시 번성하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 미치는 사건이다. 고생대 말의 공룡 등의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의했다고 생각되며 중생대 말의 대량멸종은 전 세계에 있는 핵폭탄을 모두 한꺼번에 폭발시켰을 때보다 1만 배나 강한 위력의 운석 충돌로 야기되었다. 중생대 말의 공룡의 대량멸종 이후, 지금으로부터 약 6400 만 년 전에 포유류가 등장하여 번성하게 되었다. 그리고, 지금으로부터 200만 년 전에 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 원시인이 처음 생기고, 원시인이 진화하여 현대의 인간이 되었다.

원시 바다의 해저에서는 지금의 열수분출공과 같은 곳이 다수 존재하였다. 최초의 생명은 36억 년 정도 전'에, 열수에서의 고에너지 하에서의 화학반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나 진화하면서 탄생한 것으로 추정된다.

7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 시기에 전 지구가 얼음에 덮이는 혹독한 빙하기가 찾아왔었다는 가설이 60년대부터 제기되었다. 이 가설을 눈덩이 지구라고 하는데, 빙하기가 끝나면서 캄브리아기의 대폭발이 찾아왔다는 점에서 특별한 관심을 끌고 있다. 캄브리아기 폭발은 캄브리아기에 들어서면서 다세포 생물이 갑자기 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 늘어난 현상을 일컫는다.

 

전통적 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥부분부터 지각, 맨틀, 핵 (핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다.) 순이다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 가장 바깥부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비하여 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 특징이 있다. 지각은 다시 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각(약 2.7g/cm3)과 해양지각(약 3.0g/cm3)이 바로 그것이다. 대륙지각은 주로 알루미늄, 나트륨, 칼륨과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분이다. 지각에서의 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않는다. 지각 평형설에 따르면, 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해서 두꺼워야하고, 해양지각은 얇아야 한다. 이러한 까닭에 대륙지각의 두께는 30에서 70km에 달하는 반면, 해양지각의 두께는 10km도 채 되지 않는다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라지는데 반하여, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통하여 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보인다.

지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이들 다섯 천체 중에서 지구는 가장 무거우며 또한 크다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다.

지구의 내부구조는 대체로 층상 구조를 이루고 있다. 지구의 최외각부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라서 대기권, 수권으로 구분한다. 생물권은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로는 인정하지 않고 있다.

지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하며, 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대방향이다. 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 관찰할 수 있다.

지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있다. 이 때문에 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다.

지구의 궤도 속도는 평균 초속 30 km 정도인데, 이 속도는 지구의 지름은 7분만에, 달까지의 거리는 4시간 만에 통과할 수 있는 속도이다.

지구는 하나의 위성, 달을 거느리고 있다. 달과 지구는 공동질량중심을 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편, 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는 데에는 항성월 보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간을 삭망월이라고 지칭한다.

지구와 궤도 공명을 하는 소행성 크뤼트네(Cruithne)는 1986년 발견되었으며 지구와 달의 중력의 영향을 받아 찌그러진 말굽형 궤도로 지구를 돌고 있다. 최대 직경 5 km 소행성 크뤼트네는 천구 상에서 원위치로 돌아오기까지 360년이 걸린다. 크뤼트네는 달에 비해 궤도 운동이 복잡한데 달이 단순히 지구의 주위를 도는 것에 비해, 크뤼트네는 그냥 지구의 주위를 도는 것이 아니라, 지구와 같은 주기로 지구의 궤도를 따라 지구와 함께 태양 주위를 돌기 때문이다. 물론 지구 고정 좌표계에서 보면, 이 천체가 분명 지구의 주위를 도는 듯이 보이지만, 엄밀히는 태양의 주위를 지구와 같이 도는 것이다. 이런 식으로 궤도 공명을 하는 천체들을 힐 권 내에서 공전하는 달(satellite)과 구분해서 준달 또는 준위성(quasi-satellite)라고 부른다. 이 준위성도 역시 케플러의 법칙을 따르기 때문에 타원궤도(elliptic orbit)를 돌며, 면적속도(area velocity)가 일정하다. 앞으로 이러한 일이 또 일어날 수 있다.