지구는 왜 차가워지지 않을까?

오늘날 지구 내부의 온도는 약 5,000℃, 나이는 약 46억 년으로 알려져 있습니다. 이 사실로부터, 46억 년이라는 긴 세월이 흘렀는데도 지구는 왜 아직까지 차가워지지 않고 있는 것일까? 하는 의문을 가질 수 있습니다. 우리가 수업시간에 학습한 내용에 따르면 열은 반드시 온도가 높은 지역에서 낮은 지역으로 흐른다고 알고 있습니다. 그러므로 열이 뜨거운 지구 중심부에서 차가운 표면으로, 그리고 지구 표면에서 공중으로 흐르는 게 당연할 것입니다. 이 문제는 단순히 이렇게 생각할 수 있습니다. 지구가 태양으로부터 열을 받기 때문이라고 말입니다. 그러나 태양열은 지구 표면에서 손실되는 열을 보충해 주는 정도에 불과해서 태양열이 더해짐에도 지구 표면의 온도는 평균 섭씨 4도를 유지한다고 합니다. 그러니 지구 중심부의 온도와는 큰 차이가 나는 것이지요. 따라서 지구 전체가 표면과 같은 온도가 될 때까지 열은 중심부의 초고온 지역에서 바깥쪽으로 계속 흘러나가야 마땅할 것입니다. 바위로 된 지구 표면부가 좋은 방열판 구실을 한다 해도 그 흐름을 완전히 멎게 할 수는 없을 것입니다. 열의 흐름이 느려져 내부의 냉각 속도가 크게 떨어질 뿐이지요. 그러므로, 46억 년이라는 세월은 지구를 냉각시키기에는 충분한 시간입니다. 그런데도 지구는 여전히 뜨거운 채로 남아 있습니다. 왜일까요? 과학자들은 이 문제를 해결하기 위하여 많은 조사와 연구를 하던 중, 지구에 자신들이 미처 고려하지 못한 다른 에너지원이 있는 게 아닐까 하는 쪽으로 생각을 돌렸습니다. 그리고 그것은 사실로 밝혀졌습니다. 방사능이 발견된 후, 퀴리 부인의 남편인 프랑스 화학자 피에르 퀴리가 방사능 물질의 원자는 붕괴되면서 반드시 에너지를 방출한다는 사실을 알아냈던 것입니다. 1901년에 그는 처음으로 이 에너지를 측정해, 방사능 물질의 원자 하나가 붕괴될 때에는 가솔린 분자 하나가 타거나 TNT 분자 하나가 폭발할 때보다 훨씬 많은 에너지가 방출됨을 알아냈습니다. 즉, 과학자들이 전혀 예상치 못한 새로운 형태의 강력한 에너지인 핵 에너지가 발견된 것입니다. 방사능 물질은 이 에너지를 매우 느린 속도로 방출하므로 그 사실을 알아차리기가 힘들다고 합니다. 그리고 그 과정은 믿기지 않을 만큼 오랜 기간에 걸쳐 서서히 진행됩니다. 과학자들의 연구에 의하면 지구가 생성된 지 46억 년이 흐르는 동안에 원래 있던 우라늄의 절반과 토륨의 1/5만이 붕괴되었을 뿐이라고 합니다. 그 과정에서 지구의 암석층에 있던 우라늄과 토륨이 지구에 지속적으로 열을 공급해 주어 지구의 냉각을 막아 왔습니다. 아니, 오히려 지구의 온도를 조금씩 높여 왔는지도 모릅니다. 물론 속도는 매우 조금씩 줄어들지 모르지만 그 영향은 앞으로도 수십, 수백 억 년 동안 지속될 것입니다.

☞ 보고 또 보고

▶피에르 퀴리(Pierre Curie, 1859～1906) : 프랑스 물리학자. 현대물리학의 주요 창시자. 파리대학을 나와 모교의 교수를 지냄. 형 자크와 함께 암전기 현상을 발견하였고, 자성체에 관한 퀴리의 법칙, 퀴리의 온도를 발견하였음. 1895년 마리 퀴리와 결혼한 뒤 부인과 협력하여 폴로늄․라듐을 발견하였다. 방사능 연구로 부인과 A. H. 베크렐과 함께 1903년 노벨 물리학상을 받았다.

▶토륨(thorium) : 주기율표 3B족에 속하는 악티늄 계열의 방사성 원소. 원소기호 Th. 원자번호 90. 원자량 232.0381. 은백색이며 공기 중에서는 회색이나 흑색으로 변한다. 232Th의 반감기는 139억 년. 232Th로부터 233U를 만들 수 있어 자원으로서 중요하다.

▶관련단원 : 중 1, Ⅰ.지각의 물질변화 - 지질시대