대양 밑바닥이 그 비밀을 드러내다

앨빈호의 연구가들이 본 것들이 무엇을 의미하는지 이해하려면, 땅이 형성되는 방법을 어느 정도 깊이 있게 알 필요가 있습니다. 우리의 발 밑에 있는 땅은, 용융되어 서서히 흐르는 커다란 암석 덩어리 위에 얹혀 있는 단단한 층(암석권이라고 불림)으로 이루어져 있는 것으로 이해되고 있습니다. 이 단단한 바깥 층은 평균 깊이가 약 100킬로미터이고 지구의 부피의 0.6퍼센트 정도밖에 차지하지 않는 것 같습니다. 이 층의 가장 바깥쪽 부분 즉 지각은 두께가 고르지 않아 대륙 아래쪽이 더 두꺼우며, 중앙 해령 아래쪽은 두께가 6킬로미터밖에 안 될 정도로 얇습니다.

더욱이, 지구의 바깥쪽을 둘러싸고 있는 이 단단한 껍질은 손상되지 않은 달걀 껍질과는 달리 한 덩어리로 이루어져 있지 않습니다. 오히려, 이 껍질은 몇 개의 크고 단단한 판과 여러 개의 작은 판으로 이루어져 있는 것으로 보이는데, 이 판들은 모두 구조 판이라고 불립니다. 이 판들이 대륙과 대양 분지를 구성하는 것입니다. 이 판들은 서로 맞물려서 이동합니다. 또한 이 판들은 서로 분리되는 지점에서 얇아지며, 그래서 중앙 해령에 열곡이 생깁니다. 전세계적으로 볼 때, 판의 평균 이동 속도는 연간 약 3센티미터입니다.

판 구조론에 의하면, 판들이 해령을 따라 갈라지면서 지각 아래 지역인 맨틀에서 뜨거운 암석이 솟아오르게 됩니다. 이 뜨거운 물질은 열곡 지대를 따라 새로운 해양 지각을 형성하지만, 그렇다고 해서 판들이  함께 융합되는 것은 아닙니다. 오히려 판들은 계속 분리되고, 그래서 열곡들은 마치 결코 치유되지 않는 큰 상처처럼 보이게 됩니다.

중앙 해령 쪽의 판에는 새로운 층들이 생겼지만, 다른 쪽 끝은 인접해 있는 판 밑으로 서서히 미끄러져 내려가 그 아래에 있는 뜨거운 맨틀 속으로 하강해 들어갑니다. 그곳에서 판은 융화되어 맨틀이 됩니다. 이처럼 판이 하강하는 지역을 가리켜 섭입대(攝入帶)라고 합니다. 세계에서 가장 깊은 해구 중 몇 개는 바로 이 섭입대에 있습니다. 예를 들어, 태평양의 괌 섬 근해에 있는 마리아나 해구는 깊이가 1만 1000미터가 넘습니다. 세계에서 가장 높은 산인 에베레스트 산을 이 해구 속에 집어 넣는다 하더라도, 그 산의 봉우리는 여전히 해수면보다 2000미터나 더 아래에 있을 것입니다!

독성 물질로 이루어진 오아시스!

지구를 둘러싸고 있는 중앙 해령은 성질상 매우 불안정하고 화산 활동이 활발하게 일어나고 있기 때문에, 용암이 흘러나오는 곳과 열수 분출공이 많습니다. 그러한 분출공들은 땅속에 있는 물과 용해된 무기질로 이루어진 매우 뜨거운 독성 혼합물을 뿜어냅니다. 하지만 놀랍게도, 이처럼 환경이 열악한 데다 해수면보다 몇백 배나 더 강한 압력을 받고 있는 곳인데도 생물이 살지 못하기는커녕 오히려 생물이 몰려들고 있으며, 그것도 대량으로 몰려들고 있습니다! 그곳에 살고 있는 수백 종의 생물 가운데는 세균과 대형 조개—길이가 30센티미터가량 됨—가 있고, 가장 특이한 것으로는, 바다 밑바닥에 단단히 고정되어 있고 키가 최고 1.8미터에 이르는 붉은깃털관벌레 군집(群集)이 있습니다.

 분출공 근처에 서식하는 생물들을 물 밖으로 꺼내면 달걀 썩은 냄새가 납니다! 그러한 불쾌한 냄새가 나는 것은 그 생물들이 부패했기 때문이 아니라, 열수 분출공에 악취를 내는 강한 독성 화학 물질인 황화수소가 많이 있기 때문입니다. 분출공에서 나오는 물 역시 강한 산성을 띠고 있으며 구리, 마그네슘, 철, 아연 등 많은 금속을 함유하고 있습니다. 하지만 관벌레를 비롯한 여러 생물들은, 독성 폐기물 처리장에 비할 수 있는 이러한 환경에서 가까스로 생존해 나가고 있는 것이 아니라 번성하고 있습니다! 어떻게 그럴 수 있습니까? 이 점을 이해하기 위해 관벌레를 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

수수께끼 같은 생물

생물학자들이 그 관벌레를 검사해 본 결과, 그들은 이 동물이 수수께끼 같은 생물임을 알게 되었습니다. 입도 없고 소화 기관도 전혀 없었던 것입니다. 따라서 ‘이 동물은 먹이를 어떻게 먹어서 소화시키는가?’ 하는 의문이 생기게 되었습니다. 그러던 중, 깜짝 놀랄 만한 사실이 발견되었습니다. 이 벌레에 몸 전체를 순환하는 적혈구—혈액과 비슷한 액체가 아니라 헤모글로빈이 다량으로 함유된 실제 혈액—와 깃털처럼 생긴 기관이 있었던 것입니다.

생물학자들이 흐물흐물한 자루처럼 생긴 이 관벌레의 몸을 절개해 보자, 신비감이 더 강해졌습니다. 생체 조직 1온스(28.35그램)당 약 2850억 마리의 세균이 들어 있었습니다! 1980년에 한 생물학 연구가가 이 관벌레가 공생—두 종의 생물이 상호 이익을 위해 협력하는 일—을 통해 살아간다는 이론을 세운 바 있습니다. 연구 조사 결과, 이 관벌레가 숙주로서 세균에게 먹이를 공급해 주면 세균도 이 벌레에게 먹이를 공급해 준다는 점이 밝혀짐으로, 그 연구가의 가설이 확증되었습니다.

이 관벌레의 깃털처럼 생긴 기관은 아가미와 같은 역할을 하여, 세균이 먹이를 생산하는 데 필요한 산소나 탄소와 같은 성분을 모아들입니다. 그 기관은 분출공에서 뿜어져 나오는 타는 듯이 뜨거운 바로 그 물속에서 흔들거리는 것이 아닙니다. 그렇게 하는 것은 자살 행위일 것입니다. 그 기관은 얼음처럼 차가운 바닷물과 분출공에서 뿜어져 나오는 물이 섞이는 곳 근처에서 흔들거리는 것입니다. 물론, 먹이를 생산하는 이 과정에는 에너지가 있어야 합니다. 지구의 표면이나 대양의 윗부분에서는, 햇빛이 식물을 성장하게 하여 먹이 생산에 필요한 에너지를 공급합니다. 하지만 깊은 바다 속에 있는 관벌레의 서식지 근처로는 햇빛이 전혀 도달하지 못합니다.

땅속에서 나오는 에너지

아주 독특하게도, 창조주께서는 열수 분출공과 그 비위를 상하게 하는 냄새가 나는 합성 물질인 황화수소를 통해, 땅속에서 필요한 에너지가 공급되게 하셨습니다. 황화수소는 분출공 근처에 형성된 공동체의 “햇빛”과도 같이 세균이 먹이 생산 작업을 하는 데 필요한 에너지를 공급해 줍니다. 한편, 세균은 분출공 근처에 형성된 공동체의 “식물”과도 같습니다. 그곳에 형성된 먹이 사슬의 기초를 이루기 때문입니다. *

관벌레의 혈액은 세균이 필요로 하는 모든 화학 물질을 결합시키기 위해, 인간의 헤모글로빈 분자보다 30배나 더 큰 헤모글로빈 분자로 이루어져 있습니다. 혈액이 배고픈 세균에게 그 화학 물질을 운반해 주면, 세균들은 관벌레를 위해 먹이를 생산하게 됩니다.

분출공 근처의 생물—유기체 동물원!

사실, 분출공 근처에 서식하는 생물들은 굶주리는 법이 없습니다. 거의 어디에나 세균이 덮여 있는데, 어떤 경우에는 몇 센티미터 두께로 쌓여 있기도 합니다! 세균은 심지어 분출공 위쪽에서 소용돌이치는 따뜻한 물에도 때때로 심한 눈보라가 몰아치는 것처럼 모여들어, 사실상 살아 있는 수프를 이룰 정도입니다. 관벌레처럼 세균과 공생 관계를 누리는 동물들이 있는가 하면, 이 미생물을 직접 잡아먹는 동물들도 있습니다. 사실, 분출공 근처에 형성된 공동체는 매우 생산성이 높고 활력이 넘치기 때문에, 바닷물이 드나드는 습지나 열대 우림 또는 얕은 물에 있는 산호초에 비해질 정도입니다.

사실, 분출공 근처에서는 이미 약 300가지의 새로운 종이 서식하고 있는 것으로 확인되었습니다. 그 중에는 대형 흰색 조개와 홍합(끝없는 밤의 세계에서는  색소가 불필요함), 문어, 관벌레의 깃털처럼 생긴 부드러운 기관을 즐겨 먹는 식욕이 왕성한 하얀 게 등이 있습니다. 관벌레는 깃털처럼 생긴 기관을 안전한 관 속으로 재빨리 집어넣을 수 있는 빠른 반사 신경으로 자기를 보호합니다.

그 외에도 분출공 근처에서는 바다거미, 달팽이, 춤추는새우, 삿갓조개, 요각류, 세균과 황이 붙어 있는 표면 위를 미끄러지듯 이리저리 다니는 뱀장어처럼 생긴 물고기, 관벌레 중에서도 크기가 작은 종들과 그 밖의 벌레들이 서식하고 있습니다. 그 밖의 벌레들로는 스파게티벌레, 폼페이벌레 등이 있습니다. 적절한 이름이 붙은 스파게티벌레는 바위 위에 펴 놓은 하얀 스파게티 국수처럼 생겼습니다. 폼페이벌레가 독특한 이유는 섭씨 최고 80도의 온도를 견딜 수 있는 능력을 갖고 있기 때문입니다! 물론, 폼페이벌레의 몸에 막을 씌워 놓은 것처럼 붙어 있는 분출공 세균 역시 높은 온도를 견딜 수 있습니다. *

이상야릇한 빛!

1985년에 과학자들은 분출공 근처에서 눈처럼 생긴 두 개의 기관을 갖고 있는 새우를 발견했는데, 그 기관에 빛에 민감한 화학 물질은 있지만 수정체는 없는 것을 보고 깜짝 놀랐습니다. 물론, 그 새우를 발견했을 때 처음으로 떠오른 의문은, ‘칠흑같이 어두운 세계에서 이 동물이 도대체 무엇을 볼 수 있을까?’ 하는 것이었습니다. 연구가들은 그 점을 알아내기 위해 희미한 별을 찍을 때 쓰는 것과 같은 고감도 디지털 카메라를 사용하였습니다. 그들은 카메라를 분출공 쪽으로 맞춰 놓고 모든 빛을 끈 채 사진을 찍었습니다.

결과는 매우 놀라웠습니다. 사진에는 뜨거운 물이 세차게 뿜어져 나오는 굴뚝처럼 생긴 분출공의 “가장자리가 극적으로 뚜렷한 광채를 내면서 분명하게  구별된 모습”이 찍혀 있었다고, 과학자인 신디 리 밴 도버는 말합니다. 그 새우들은 인간의 눈에는 보이지도 않는 그 이상야릇한 빛을 이용하고 있는 것일까요? 사실이 어떻든, 열수 분출공이 광채를 발한다는 이 발견은 “연구 조사 분야에 완전히 새로운 장을 열었다”고, 밴 도버는 덧붙여 말합니다.

가장 큰 것과 가장 작은 것

최근에, 메탄이 다량으로 존재하는 바다 밑바닥의 한 지역이, 과학계에 알려진 것 중에 가장 큰 세균의 서식지라는 사실이 밝혀진 바 있습니다. 1997년에 발견된 이 거대한 세균은 염주처럼 생겼으며 길이가 보통 세균보다 100배에서 200배 정도 깁니다. 이 세균은 또한 대식가로서, 퇴적물에서 독성 황화물을 거의 흔적도 없이 먹어 치움으로 그 지역에서 다른 해양 생물들이 안전하게 살아갈 수 있게 해 줍니다.

또한 지구상에 살아 있는 유기체 가운데 가장 작은 것일지도 모르는 생물이 최근에 바다 속에서 발견되었는데, 이번에는 바다 밑바닥보다 5킬로미터나 아래에서 발견되었습니다! 「뉴욕 타임스」지에 실린 한 기사는, 오스트레일리아 서부 근해에서 이루어진 이러한 발견은 “국제적으로 열띤 논쟁을 불러일으킬 정도로 기이한 일”이라고 설명합니다. 문제가 되고 있는 점은 주로 그 개체—크기가 나노미터 단위 즉 10억분의 1미터 단위로 측정된다 하여 나노브라고 불리는 그 개체—가 살아 있는 유기체인지의 여부입니다. 그것은 균류와 비슷하고, 바이러스와 크기가 거의 같으며, DNA가 있고, 빠른 속도로 복제하여 빽빽한 군체를 이루는 것으로 보입니다.

현재 참으로 많은 생물이 발견되고 있기 때문에, 많은 과학자들은 지구의 지각 상부 아래에 숨겨져 있는  미생물의 총수가 지표면에 있는 모든 생물의 수보다 훨씬 더 많을지도 모른다고 생각합니다! 이러한 발견들은 과학적 사고에 일대 혁명을 일으키고 있습니다. 한 과학자는 이렇게 말하였습니다. “미생물학에서 정설로 인정되고 있던 학설이 지난 몇 년 사이에 무너지고 말았다. 그 분야에서 재발견이 이루어지고 있다. 이제 그 분야는 본질적으로 새로운 학문이 되었다.”

더욱이, 이처럼 참으로 의미심장한 발견은 과학을 초월하는 무엇인가가 있음을 우리에게 가르쳐 줍니다. 성서는 통찰력을 갖게 해 주는 그러한 견해의 본질적인 면을 이렇게 지적합니다. “세상의 창조 이래, [하느님]의 보이지 않는 특성들[이] ·⁠·⁠· 그 만들어진 것들을 통하여 지각되고 명확히 보[입니다].” (로마 1:20) 예를 들어, 하느님은 청결에 많은 관심을 갖고 계십니다. 이 점은 세균을 비롯한 해양 생물들이, 땅속에서 나오는 많은 독성 물질과 대양 위쪽에서 침전되는 물질이 부패하면서 발생하는 많은 독성 물질을 해독하는 데 도움이 된다는 사실에서 분명히 엿볼 수 있습니다. 분명히 하느님께서는 지구와 그 위에 사는 모든 생물의 건강에 관심을 갖고 계십니다. 이어지는 기사에서 살펴보겠지만, 창조주의 이러한 특성은 지구상의 모든 생물에게 찬란한 미래를 보장해 줍니다.

[각주]

 [7면 네모와 삽화]

열수 분출공이란 무엇인가?

바닷물은 화산 활동이 일어나고 있는 중앙 해령을 따라, 지각에 생긴 틈을 타고 흘러 내려가 매우 뜨거운 지역에 이르게 된다. 그러면 물이 매우 뜨겁게 데워지면서 암석과 반응을 일으켜 여러 가지 화학 물질을 흡수하게 된다. 또한 부력이 강해져서 바다 밑바닥으로 올라와 열수 분출공—열수 샘이나 간헐천—을 형성하게 된다. 이 분출공은 “지상에 있는 간헐천만큼이나 힘이 있고 장관을 이룬다”고, 한 책에서는 알려 준다.

뿐만 아니라, 바다 밑바닥에 있는 이 샘의 온도는 섭씨 400도나 될 수 있는데, 이것은 액체 상태의 납보다 더 뜨거운 온도이다! 하지만 몇 킬로미터에 달하는 대양이 위에서 압력을 가하고 있기 때문에, 매우 뜨겁게 데워진 물도 수증기로 변하지 않는다. 놀랍게도, 뜨거운 물이 세차게 뿜어져 나오는 곳에서 3센티미터도 채 안 떨어진 주위 바닷물의 온도는 대체적으로 어는점보다 몇 도밖에 높지 않다. 금방 식어 버리는 샘에서 나오는 무기질은 바다 밑바닥에 퇴적되어 둔덕을 형성하거나 굴뚝 모양으로 쌓이게 된다. 굴뚝 모양으로 쌓일 경우에는 높이가 9미터에 이르기도 한다. 사실, 굴뚝 모양의 한 퇴적물은 발견 당시 높이가 45미터에 지름도 거의 10미터나 되었는데, 여전히 커지고 있는 상태였다!

열수 분출은 불규칙하게 일어날 수 있기 때문에 분출공 주위에 서식하는 생물들은 위태로운 생활을 하고 있는 셈이다. 하지만 일부 생물은 다른 분출공으로 이동하여 살아남기도 한다.

[자료 제공]

P. Rona/OAR/National Undersea Research Program

[10면 네모와 삽화]

가연성 얼음!

1970년대부터, 북아메리카 근해에서 작업하던 과학자들은 메탄 수화물—얼음과 가연성 기체인 메탄의 화합물—이라는 주목할 만한 물질로 이루어진 퇴적물을 발견하였다. 메탄은 진흙 속에 있는 미생물에 의해 방출된다. 이 미생물은 대양의 윗부분에서부터 침전된 유기물을 먹고 산다. 그 미생물이 방출한 메탄은 어는점에 가까운 차가운 물과 결합하여 메탄 수화물로 이루어진 결정체를 형성한다. 이러한 결정체는 메탄을 가둬 놓는 미세한 얼음 창고와도 같다. 결정체가 형성되려면 물의 온도가 어는점보다 약간 높아야 하고, 바다 밑바닥의 깊이가 적어도 500미터는 되어야 한다. 이러한 조건이 충족되면, 메탄 수화물의 결정체가 자라서 기포가 있는 눈 같은 물질이 형성된다. 이러한 물질로 이루어진 덩어리를 지표면으로 가져와서 불을 붙이면 붉은 불꽃이 일면서 탄다. 나중에 다 타고 나면 물만 남게 된다.

메탄 수화물은 풍부한 에너지원이다. 과학자들이 추산하는 바에 의하면, 이 물질의 총 매장량은 축적되어 있는 다른 모든 화석 연료를 전부 합한 것의 약 두 배나 된다! (화석 연료에는 석탄, 석유, 천연 가스가 포함되는데, 메탄은 이러한 화석 연료들의 주요 성분이기도 하다.) 하지만 현재까지 이 막대한 에너지원은 활용되지 못하고 있다. 메탄 수화물은 그것이 형성되는 환경을 떠나면 쉽게 분해되기 때문이다.

메탄 수화물이 있는 지층에는 분출공과 굴뚝처럼 생긴 퇴적물도 있지만, 이곳들에서 세차게 흘러나오는 액체는 중앙 해령에 있는 뜨거운 샘과는 달리 차갑다. 하지만 그러한 분출공에서도 메탄, 황화수소, 암모니아로 이루어진 독성 물질을 배출하기 때문에 관벌레, 조개, 화학 물질을 먹고 사는 세균 등 여러 가지 생물체로 이루어진 공동체가 번성하게 된다. 메탄을 먹고 사는 이 세균에서 나오는 화학 폐기물로 인해 석회암이 형성되는데, 석회암은 산호를 형성하고 있는 것과 같은 무해한 물질이다. *

[각주]

[4, 5면 도해와 삽화]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

지각

맨틀 (부분적으로 용융된 상태)

해구

섭입대

구조 판

열곡

판이 분리되면서 열곡이 생긴다

[삽화]

중앙 해령은 마치 테니스 공의 이음매처럼 지구 전체를 휘감고 있다

[자료 제공]

NOAA/Department of Commerce

[7면 지도]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

주요 해양 열곡과 해구

1. 마리아나 해구

2. 동태평양 해팽

3. 갈라파고스 열곡

4. 대서양 중앙 해령

[자료 제공]

NOAA/Department of Commerce

[8면 삽화]

홍합

멕시코 만에 있는 그린캐니언의 800미터 깊이에서도 홍합이 발견된다

[자료 제공]

J. Brooks/OAR/National Undersea Research Program

[8, 9면 삽화]

관벌레

관벌레의 깃털처럼 생긴 섬세한 기관에는 헤모글로빈이 다량 함유된 혈액이 들어 있다

 [자료 제공]

OAR/National Undersea Research Program

[9면 삽화]

게

이 생물은 주로 관벌레를 먹고 산다

[자료 제공]

I. MacDonald/OAR/National Undersea Research Program

[9면 삽화]

대형 조개

길이가 30센티미터가량 되는 이 조개는 바다 속 2.7킬로미터 깊이에서도 발견된다

[자료 제공]

A. Malahoff/OAR/National Undersea Research Program

[9면 삽화]

지표면으로 가지고 나온 일부 조개의 모습

[자료 제공]

Photograph by William R. Normark, USGS

[9면 삽화]

새우

어떤 새우는 눈처럼 생긴 두 개의 기관을 가지고 있다. 하지만 칠흑 같은 어둠 속에서 무엇을 볼 수 있는가?

[자료 제공]

EMORY KRISTOF/NGS Image Collection

[11면 삽화]

나노브

지구상에서 가장 작은 생물인가?

[자료 제공]

Dr. Philippa J. R. Uwins/University of Queensland