지구는 미행성이 충돌하여 만들어졌다

1. 태초의 지구

46억 년 전 성간 거대분자 구름의 중력 수축으로 우리 태양이 만들어졌습니다.
태양은 은하수 은하의 중심에서 2만 5000광년 거리의 외곽에 존재한다.
은하수의 직경은 약 10만 광년이다.
우리 태양계의 행성들은 태양이 생성될 때 함께 만들어졌다.
수성, 금성, 지구, 화성을 지구형 행성이라 하는데, 규소 산화물의 암석질 행성을
말합니다. 목성과 토성은 비중이 물과 비슷하고 수소 가스가 풍부한 거대 행성입니다.
지구는 직경 1000킬로미터의 미행성 10여 개가 서로 충돌하는 과정에서 생겨났다고
추정된다. 거대한 미행성들이 충돌하여 서로 합쳐져 질량이 증가하면서 궤도 위의 물질들을
중력으로 흡수하기 시작한 것입니다.

 

2. 지구 구성물질

 

지구 생성 시뮬레이션에 의하면 46억 년 전, 초기 지구의 직경이 현재의 5분의 1 수준이었을 때
최초의 대기층이 형성되었습니다. 초기 지구에서는 미행성 속 수증기와 가스 성분이 방출되어
중력에 구속된 상태로 대기층을 형성했습니다.
대기층은 주로 기체 상태의 수증기, 일산화탄소, 질소 분자로 구성되었습니다.
수증기는 기체 상태의 물 분자이고, 기체는 눈에 보이지 않는다. 초기 지구 대기에는 수증기가 약
100기압 이상이었고, 물 분자가 자외선으로 분해되어 생성되는 산소 원자와 일산화탄소가 결합하여
이산화탄소가 생성되었습니다.

 

 

3. 지구에만 존재하는 암석 

 

계속되는 미행성 충돌로 지구 반경이 현재의 절반 정도가 되면서부터 지구 표면층이 충돌 에너지로
녹아 마그마 바다가 형성되었습니다. 지구 표층의 마그마 바다는 대기 중의 수증기를 흡수했는데,
그로써 수증기에 의한 온실효과가 줄어들면서 온도가 일시적으로 낮아져 그 면적이 줄어들었습니다.
운석 충돌이 계속됨에 따라 대기 중의 수증기가 증가했고, 온실효과가 커져 다시 마그마 바다가 
확장되었습니다. 마그마 바다가 확장되면서 대기 중의 수증기를 더 많이 흡수하고, 그에 따라 다시 
온도가 낮아지는 음의 피드백 과정이 진행되었습니다. 그로 인해 지구의 온도가 급격히 증가하지
않아 맨틀 전체가 용해되지 않았습니다. 지구 최초의 지각은 감람암 지각으로 추정됩니다.
운석 충돌이 줄어들면서 지구 표층의 마그마 바다가 식어 굳으면서 지각이 형성되었습니다. 

감람암으로 이루어진 초기 지각은 이후 현무암으로 대체되어 지구는 단단한 현무암 지각을
갖게 되었습니다. 45억 년 전, 대략 1억 년이 지나기 전에 마그마 바다가 식어 현무암 지각이
형성되었습니다. 응축된 대기 중의 수증기가 강한 폭우로 쏟아져 바다가 되었다.
최초의 바다는 150도 정도의 뜨겁고 강한 산성 바다였을 것으로 추정됩니다. 지구 생성 초기
에는 지구 전체가 바다로 덮여 있었고, 바다 가운데 작은 섬들이 줄줄이 있는 호상열도가
존재했습니다. 호상열도는 점차 성장하여 대륙의 핵심부 역할을 했습니다.

여러 학설 중 하나에 의하면, 대륙의 크기는 30억 년 이전에는 현재의 10퍼센트 정도였으며,
25억 년 전 원생대가 시작되면서 지금의 90퍼센트가 되었다고 합니다. 지구의 대륙은
주로 화강암으로 구성되어 있습니다. 지구 대륙과 같이 규모가 큰 화강암은 태양계의 행성과
위성에서 발견되지 않고, 지구에만 존재합니다. 태양계 행성에서 현무암은 흔하지만
아직 발견되지 않는 이유는, 화강암이 대규모로 생성되기 위해서는 바다가 존재해야 하기
때문입니다. 45억 년 전 지구가 생성되고 1억 년 내에 지구는 대기, 대양, 지각, 맨틀, 핵으로
분화되었습니다.

 

4. 지구의 중심을 보다

 

초기 지구의 핵은 내핵과 외핵으로 구분되지 않은, 주로 철과 니케로 구성된 액체 상태의 단일
핵이었습니다. 대략 27억 년 전 지구 중심부가 내핵과 외핵으로 분화되었다고 추정합니다.
지구 중심부는 5000도 고온에 350만 기압입니다. 지구 중심부는 압력이 높기 때문에 지구
중심핵인 내핵은 5000도에서도 고체 상태입니다. 내핵의 외부는 압력이 내핵보다 낮아 액체
상태를 유지합니다. 액체 상태의 철로 구성된 외핵이 유동하면서 27억 년 전부터 지구에
자기장이 생성되었습니다. 약 24억 년 전에는 자기장의 방어 작용으로 오존층이 생성되었습니다.
지구 자기장은 강한 태양풍을 막아주는 지구 방어막이 되었습니다.
태양풍은 주로 고속으로 이동하는 양성자와 전자로 구성되며, 남극과 북극 상공에서 대기층과
충돌하여 오로라를 만듭니다. 극지방을 제외한 대부분 지역에서는 지구 자기장이 태양풍을 
막아준다. 수억 년 동안 태양풍에 노출된 화성은 태양풍에 의해 대부분의 대기층이 사라져
대기압이 매우 낮아졌다. 대기압이 낮아져 초기 화성에 존재했던 바다가 증발하여 현재
화성 표면에는 액체 상태의 물이 거의 없습니다.

지구도 자기장이 화성처럼 미약했다면 대기층과 바다가 사라질 수 있었습니다.
태양에서 지구까지의 거리가 지구가 받는 태양 에너지의 양을 결정합니다.
이 거리가 지구에서 물이 액체 상태를 유지하는 데 결정적인 역할을 했습니다.
또한 초기 지구는 100기압 이상의 대기층과 자기장이 태양풍을 막아주어 
대규모의 액체 상태 물이 바다를 형성하고 있는 지구가 된 것입니다.

태양계의 행성과 위성에서 물 분자는 고체 상태인 얼음 형태로 있습니다.
진공 상태에서 물 분자는 대부분 기체 상태이고, 액체 상태의 물은 태양계
전체에서 매우 드문 형상입니다. 목성의 위성인 유로파에는 얼음 표층 밑에
바다가 존재할 가능성이 높습니다. 초기 지구의 표면은 바다였고, 그 바닥은
현무암 지각이었습니다. 검고 단단한 현무암 지각 아래 감람암의 맨틀,
액체 상태의 외핵, 고체의 내핵으로 지구의 층상 분화가 진행되었습니다.