[박종진의 과학 이야기] 산소 대폭발 사건

박종진

인간은 물이 없으면 며칠 살지 못한다. 하지만 산소가 없으면 불과 몇 분 버티지 못한다. 하기야 물조차도 산소와 수소 화합물이다. 그러므로 산소는 인간이 존속할 수 있는 조건 중 가장 중요하다. 그런 산소지만 지구 초창기에는 대기에 산소가 거의 없었다. 그러다 어느 순간 지구에 갑자기 산소가 늘기 시작했는데 이를 대산화사건 혹은 산소 대폭발 사건이라고 부른다.
 
빅뱅으로 시작한 우주의 나이는 약 138억 년 정도 되는데 태양은 지금부터 46억 년 전에 생겼고 거의 같은 시기에 지구도 제 모습을 갖췄다. 처음에는 불덩어리처럼 뜨거웠을 지구가 식어가다가 최초의 생명체가 등장한 시기가 대체로 35억 년 전쯤이다. 그 기간에 지구에는 산소가 거의 없어서 산소 없이 대사하고 번식 가능한 생명체밖에 없었다.  
 
그러다가 지금부터 약 22억 년 전 지구의 바다에서 남세균이 광합성을 시작했다. 광합성이란 햇빛을 이용하여 물속의 수소, 그리고 공기 중의 탄소를 원료로 탄수화물을 만드는 공정인데, 산소와 수소로 이루어진 물에서 광합성에 쓰일 재료인 수소가 분리되자 산소가 남게 되었다.  
 
그 당시 대기에는 산소가 거의 없었는데 바닷속의 남세균이 광합성을 하자 그 부산물로 생긴 산소는 바다에 떠돌다가 나중에 포화상태가 되자 바다에서 빠져 나와서 육지에 있던 암석으로 스며들었고 여분의 산소가 공기 중에 남아 점차 산소의 농도가 높아지게 되었다. 산소는 독성이 강해서 오히려 그 당시 번성하던 많은 유기체가 멸절되었지만, 결과적으로 산소를 이용하는 더욱 복잡한 생명체가 등장한 계기가 되었다.  
 

한편 지구는 대기 중에 존재하던 메탄가스 때문에 온실 효과가 생겨서 생명체가 살기에 적절한 온도를 유지하고 있었는데 산소가 메탄과 반응하여 온실 효과가 사라지게 되자 대기의 온도가 떨어지고 결과적으로 빙하기를 맞았다. 몇 번에 걸친 빙하기를 지나면서 지구상에는 더욱 복잡하고 발달한 생명체가 등장했다.
 
약 40억 년 전 지구에는 비록 미생물이기는 하지만 생명체가 번성했다. 물론 산소 없이 살 수 있던 박테리아 같은 것으로 추측한다. 그러다 바닷속의 남세균이 광합성을 시작하면서 다량의 산소가 만들어졌는데 당시 활발했던 화산 활동이 대기의 산소 농도를 적정 수준으로 떨어트렸으며 오랜 세월 후에 산소 호흡을 하는 다세포 고등 동물이 나타났고 결국, 인류가 탄생했다.
 
행성이나 위성을 이주 목적으로 지구화시키는 것을 테라포밍이라고 한다. 특정한 천체를 지구화하기 위해서는 여러 가지가 필요하지만, 그 중 생명체가 숨을 쉴 수 있게 산소를 만들어야 한다. 녹조류를 먼저 이주시켜 광합성을 통해서 산소를 만드는 옛날 지구상에서 벌어졌던 산소 대발생 사건을 재현시키는 방법이 있지만, 시간이 오래 걸리기 때문에 당장 쓸 산소는 다른 방법으로 만들어야 한다.
 
지금 우주 식민지 제1번 후보로 떠오른 화성의 대기는 거의 이산화탄소다. 화성 탐사 로버는 지구에서 가지고 간 장비를 이용하여 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 분리했고 그렇게 얻은 산소 원자로 우리가 숨 쉬는데 필요한 산소 분자를 만드는 데 성공했다고 한다. 지구는 처음에는 거의 없던 산소가 점차 늘어 지금 대기의 1/5이 산소인데 식물이 광합성으로 만든 산소를 동물이 호흡할 때 사용한다. (작가)
 
 

박종진