The 3rd Eye

[번역] 소행성의 충돌 그리고 그 이후

SF에 자주 등장하는 '공룡의 멸종'과 밀접한 관련이 있는 내용이라서 그런지 재미있게 읽었던Douglas Henderson의 Asteroid Impact (2000)를 요약한 글이다.

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2억 5천만 년 전, 이첩기(里疊紀, the Permian Period)가 끝나갈 무렵, 전지구적인 규모의 화산활동으로 당시 지구를 뒤덮고있던 거의 대부분의 생물체가 멸종되었다. 그리고 중생대 (中生代, the Mesozoic Era)가 시작된다. 중생대 백악기(白堊紀, the Cretaceous Period) 말엽인 6천 5백만 년 전, 목성 궤도에서 이탈한 직경 10킬로미터 크기의 소행성이 초속 약 48킬로미터로 달의 남쪽을 지나 지구로 돌진한다.

소행성이 충돌할 때 발산하는 막대한 에너지는 속도에서 나온다. 이를 동력 에너지(kinetic energy)라고 하는데, 속도가 빠를수록 에너지는 더욱 커진다. 소행성대(the asteroid belt)를 도는 물체는 대략 초당 26킬로미터의 속도로 태양 주위를 공전한다. 여러가지 이유에서 소행성들은 궤도에서 쉽게 이탈한다. 확률적으로 매우 드물기는 하지만 그 중 하나가 지구에 정통으로 충돌할 수 있다.

그렇다면 초당 48킬로미터의 속도로 날아온 직경 10킬로미터 크기의 소행성은 어느 정도의 충격을 줄 수 있을까? 1톤짜리 정육면체의 콘크리트에 자동차를 충돌시킨다고 생각해보자. 먼저 시속 100킬로미터로 자동차를 충돌시켜보자. 콘크리트에는 충돌의 흔적만 남을 것이다. 이제 열 배나 빠르게 (즉 시속 1천 킬로미터로) 자동차를 충돌시켜보자. 속도는 단지 10배로 빨라졌지만 동력 에너지는 이의 제곱으로 (10 X 10 = 100) 증가한다. 자동차는 충돌시 그냥 쭈그러드는 것이 아니라 말그대로 작은 금속 파편이 되어 산산조각이 난다. 이제 다시 속도를 10배 더 올려보자. 무려 시속 1만 킬로미터의 속도가 된다. 충돌시 자동차는 형체를 구별할 수 없는 아주 작은 입자로 녹아내려 사라지고 이때 발생하는 열과 충격으로 1톤짜리 콘크리트는 산산조각이 되어 무너져 내린다. 마지막으로 한 번 더 속도를 10배 더 올려보자. 이제 자동차는 시속 10만 킬로미터의 속도로 콘크리트 더미를 향해 돌진한다. 바로 이 속도가 운명의 소행성이 지구로 날아왔던 속도이다. 동력에너지는 시속 100킬로미터로 돌진하던 때의 1백만 배로 뛰어오른다 (1000 X 1000). 충돌시 발생하는 에너지는 충격파가 되어 콘크리트와 자동차를 모두 (앞뒤로) 관통한다. 순간 온도는 섭씨 수만 도에 이르며 콘크리트와 자동차는 순식간에 기화하여 증발한다. 10킬로미터나 떨어진 곳에서도 이때 발생하는 뜨거운 열을 느낄 수 있다. 뜨거운 증기가 하늘로 치솟아 오른다. 대기가 식으면서 뜨거웠던 기화한 미세물은 모래 알갱이나 이보다 더 미세한 입자로 뭉친다. 그리고 비가 되어 땅으로 다시 떨어지거나 바람을 타고 돌아다닌다. 모든 것이 끝난 뒤 콘크리트 더미와 자동차는 흔적을 찾을 길이 없다. 그 자리에는 수백 미터 직경의 분화구가 생긴다.

겨우 1톤짜리 콘크리트에 자동차 한 대가 시속 10만 킬로미터로 충돌했을 때 이 정도 결과가 나온다면 직경이 10킬로미터에 달하는 (거의 1조 톤에 달하는) 소행성이 내뿜을 동력 에너지는 상상을 초월할 정도가 된다. 바로 이렇게 소행성은 남부 멕시코의 유카탄 반도 끝쪽을 강타했다. 충돌 직전 지구 대기층에 돌입한 소행성은 대기 마찰로 달아오르면서 평소 태양 밝기의 4배에 달하는 빛을 뿜어내며 하늘을 가로지른다. 약 4초 동안 지구 대기권을 여행한 소행성은 마침내 지구와 충돌하면서 몇분의 1초 사이에 지구 표면 밑으로 뚫고 들어가며 거대한 분화구를 만든다. 눈부신 빛과 함께 엄청난 고열에 달궈진 가스와 먼지가 위로 치솟아 거대한 깃털구름을 형성한다. 몇조 톤에 달하는 기화한 암석과 바닷물로 이루어진 구름이다. 충격파는 땅과 바다를 통해 초속 48킬로미터의 속도로 퍼져나가면서 공기를 압축시키고 지반을 파괴시킨다. 소행성은 충돌 뒤 1초만에 뜨거운 구름이 되어 사라지고 그 대신 약 100킬로미터 직경의 분화구를 남긴다.

충돌 10초 뒤, 기화한 물체는 위로 솟구쳐 올라 지구 대기권을 꿰뚫고 올라가 대기권 밖 진공인 우주공간에서 수백 수천 킬로미터나 퍼져나간다. 석회석 지반은 기화하면서 이산화탄소를 내뿜고, 이와 함께 어마어마한 양의 먼지와 녹아내린 암석을 대기에 흩뿌린다. 분화구가 더이상 커지지 않게 될 즈음에는 공중으로 떠올랐던 웬만한 섬 크기만한 땅덩어리들이 다시 떨어져 내린다. 뜨거운 진흙과 가스 등이 뒤섞인 구름이 사방을 뒤엎고 바다로 퍼져나간다. 1킬로미터가 넘는 높이의 파도가 치솟는다. 파도는 북쪽으로 치고 올라가 지금의 텍사스와 아칸소 지역을 덮친다.

이제 50킬로 이상의 깊이까지 패인 분화구는 다시 무너져내리기 시작한다. 충돌 1분 뒤, 대기권으로 퍼져나가던 증기의 속도는 느려진다. 그러나 위로는 계속 치솟아 지구 위로 높이, 아주 높이 떠오른다. 얼마나 높이 떠올랐는지 구름의 그림자가 지구 얼굴 위로 길게 드리운다. 깃털구름의 외곽은 어느새 식어 흰 얼음 결정체가 되고, 구름 내부의 기화되었던 암석과 바닷물도 식으면서 밀도가 올라간다. 그리고 마침내 지구의 중력에 의해서 떨어져 내린다. 먼지 중 일부분은 몇 시간이고 계속 위로 솟구치겠지만 대부분의 분출물(ejecta)은 지구로 되떨어진다.

충돌시 발생한 충격파는 육지, 바다, 공기를 통해서 퍼져나가고, 지구의 표면을 물결치듯이 춤추게 만든다. 수천 수만 킬로미터에 걸쳐 땅이 요동치고 지진이 발생한다. 나무들은 뿌리채 뽑히고, 호수는 사리지며, 강물은 역류한다. 지평선에는 태양 크기의 수백 배에 달하는 새로운 태양이 떠오르는 듯 보인다.

엄청난 양의 분출물이 지구로 다시 떨어진다. 초속 10킬로미터가 넘는 속도로 검은 융단처럼 하늘을 뒤엎으며 떨어진다. 이들이 대기권과 마찰을 일으키면서 공기는 달아오르며 흰 빛으로 번쩍인다. 바닷물이 끓어오른다. 숲은 불타오른다. 하늘은 화덕처럼 달아오른다. 분출물은 충돌 뒤 겨우 몇분 안에 다시 지구로 떨어진다. 멕시코, 텍사스, 와이오밍, 몬태나, 그리고 저 멀리 캐나다의 앨버타와 사스카치완 지역까지. 몇 시간동안 끊임없이.

거대한 파도는 해안을 덮친다. 불타는 대지를 뒤덮는다. 해안 지역의 평원이나 열대우림은 파도 아래 잠긴다. 바닷물이 다시 바다로 돌아가면서 엄청난 양의 토양을 끌고간다. 하늘을 뒤덮은 먼지와 연기로 땅은 밤이 된듯 어두워진다. 대기권을 벗어나 우주공간으로 끝없이 퍼져나갔던 깃털구름은 이제 지구보다 더 커진다. 그리고 순식간에 차가워진 구름은 지구의 중력에 이끌려 지구를 감싸안는다. 거대한 구름 덩어리가 지구를 삼킨 모습이다.

분출물 중에서 크기가 상대적으로 큰 것들은 충돌 뒤 곧 지구로 다시 떨어지지만 작고 가벼운 입자들은 여전히 하늘을 떠돌아 다닌다. 연기나 재와 뒤섞인 채 바람에 실려 지구 위를 몇 개월이고 떠돌아 다닌다. 어두컴컴한 지구는 태양빛을 받지 못하고 이 때문에 광합성을 하지 못하게 된 식물이나 조류는 멸종을 맞게 된다. 이들을 먹이 삼았던 동물들 역시 마찬가지 운명이다. 바다에서도 사정은 비슷했을 것이다.

이제 지구는 점차 식어간다. 태양빛이 차단된 뒤 기온은 급격히 떨어져 내린다. 빙점 이하로 내려간다. 먼지, 재 등이 눈과 함께 내린다. 이제 길고 어두운 겨울이 온 셈이다.

소행성 충돌의 여파는 여기에서 그치지 않는다. 대기의 화학성분도 바뀌게 된다. 뜨겁게 가열되어 대기 중에 떠올랐던 분출물은 공기 중의 산소와 질소와 결합하여 새로운 화합물, 질산을 만들어낸다. 수증기와 질산이 섞여 산성비가 내린다. 바다 밑에 살던 크고 작은 패류가 산성비에 껍질이 녹아내린다. 육지에서도 많은 동식물이 사라져간다. 암석에 포함되어 있던 황 성분 역시 황산으로 변하여 지구를 괴롭힌다. 금성의 대기에서 볼 수 있듯이 지구의 대기는 황산을 가득 품은 구름이 떠돈다.

시간이 지나면 먼지는 가라앉고 하늘은 다시 맑게 개이기 시작한다. 햇살이 다시 비추면서 밤은 물러간다. 그러나 산성 구름은 계속 햇빛을 우주 밖으로 반사시키고 그래서 지구는 수십 년 동안 계속 춥다.

그러나 시간이 더 오래 흐르면서 세계는 다시 따뜻해진다. 너무 따뜻해진다. 소행성이 충돌하면서 지반 아래 놓여있던 깊고 두꺼운 석회암을 뚫었고 이 때문에 암석 안에 갇혀있던 엄청난 양의 이산화탄소가 대기로 쏟아져 나온다. 이산화탄소는 빛에너지를 가둔다. 이후 지구는 수백 년에 걸쳐 너무너무 뜨거운 곳이 된다. 이제 지구는 더이상 생명체가 살기에는 너무나 가혹한 곳으로 변한다.

그 누구도 어떻게 그리되었는지 확실하게 대답할 수 없지만, 이런 악조건을 물리치고 지구에는 다시 생명체가 번성한다. 숲이 돌아오고, 바다는 조류로 뒤덮이고, 이들은 이산화탄소와 햇살을 열심히 영양분있는 먹이로 바꾼다. 먹이를 먹고 더 큰 생명체들이 번성한다. 충돌 이후 약 1천만 년이 지난 뒤, 지구 위에는 다시 대형 초식동물들이 거닌다. 그러나 이들은 더이상 초식 공룡들이 아니다. 거대한 초식 포유류들이다. 육식 포유류들은 이들을 잡아먹으며 번성한다. 그리고 다시 5천만 년이 지나면 말, 고양이, 코끼리, 고래 등과 같은 동물들이 나타난다. 이제 포유류가 주인공인 새로운 시대가 열린 것이다. 그리고 이중에는 우리 인류의 모습도 보인다.