움직이지 않는 것처럼 보이는 대륙을 움직인 증거

잘 맞는 해안선만 남기면

남아메리카의 동쪽과 아프리카의 서쪽을 지도에서 오려 붙이면 맞아 들어갈 듯한 모양이 보인다. 흥미로운 단서다. 그런데 어디를 잘라 붙일 것인가. 바닷물이 닿는 오늘의 해안선은 침식과 퇴적, 해수면 변화의 영향을 받는다. 대륙의 가장자리를 비교할 때 대륙붕의 경계도 함께 살펴야 한다. 미국 국립공원관리청의 판구조론 해설 (새 창)은 이 차이를 설명한다.

모양이 맞는다는 관찰만으로 대륙이 어떻게 움직였는지까지 알 수는 없다. 한 가지 형태를 설명하는 이야기는 여러 개일 수 있다. 필요한 것은 그 설명이 다른 관측에서도 성립하는지 알아보는 일이다. 지도에서 맞는 부분만 골라 놓으면 그럴듯함은 커지지만 시험할 여지는 작아진다.

대륙이 지금과 다른 배치에 있었다는 주장이 초기에 의심받은 데에는 움직임의 기제를 설명하기 어렵다는 문제도 있었다. 단단한 지구 내부에서 대륙이 어떤 힘으로 어떤 물질을 통과하는지 답해야 했다. 그 의문을 모두 낡은 편견으로 지워 버리면, 이후 연구가 해결해야 했던 실제 과제를 놓친다. 새로운 생각을 제안하는 것과 그 생각이 필요한 증거를 갖추는 것은 다른 일이다.

바닷속에서는 질문의 크기가 달라졌다

20세기 중반 바닷바닥의 자세한 지도와 지진 관측망은 대륙 윤곽만으로 보이지 않던 구조를 드러냈다. 긴 해령과 깊은 해구가 있었고, 지진은 지표 전체에 무작위로 퍼진 것처럼 나타나지 않았다. 국립공원관리청의 이론 발전사 (새 창)는 해저 측량과 세계적인 지진 관측의 역할을 함께 설명한다.

지진의 위치뿐 아니라 깊이도 질문을 바꾼다. 해령에서 판이 벌어지는 곳의 얕은 지진과, 해구 부근에서 더 깊게 이어지는 지진 분포를 같은 지도에 넣으면 지표의 선 아래에 입체적인 구조가 있다는 단서를 얻는다. “대륙 모양이 맞는다”는 주장보다 더 많은 종류의 자료를 한 설명 안에 놓을 수 있게 된 것이다.

관측 도구의 역사는 과학 이론의 역사와 따로 흐르지 않는다. 바다를 측량하는 장비와 지진을 멀리서 기록하는 체계에는 다른 목적과 제도도 관여했다. 수집한 자료가 새로운 질문에 쓰일 때, 처음 만들었던 사람의 목적과 과학적 의미가 꼭 같지는 않다. 그렇다고 전쟁이나 특정 기술 하나가 이론을 단독으로 만들었다고 줄일 수도 없다. 자료를 비교하고 해석하는 연구가 더 필요했다.

판구조론이 다루는 대상도 대륙만이 아니다. 판에는 지각과 위쪽의 단단한 맨틀이 포함되며 바다 아래의 부분도 함께 움직인다. 대륙이 해저를 헤치고 독립적으로 떠다니는 그림에서, 대륙과 해양을 포함한 암석권 판의 상대 운동을 조사하는 그림으로 문제가 바뀐다. 이 변화는 옛 주장이 그대로 승리했다는 표현보다 더 많은 내용을 담고 있다.

색칠한 줄이 아니라 암석에 남은 기록

해령에서 나온 용암이 식으며 암석이 될 때, 자성 광물에는 당시 지구 자기장의 방향에 관한 기록이 남을 수 있다. 지구 자기장의 극성이 달라진 시기를 거치며 새 해저가 형성되고 양쪽으로 이동하면, 해령을 가운데 둔 자기 띠의 배열이 나타난다. 우즈홀해양연구소의 자기·극성 안내 (새 창)는 관측한 자기 이상과 이 배열의 관계를 설명한다.

이 띠는 바닷바닥을 눈으로 보았을 때 줄무늬 페인트처럼 드러나는 선이 아니다. 연구선이나 잠수정의 자력계가 측정하는 신호를 해석해 얻는 자료다.

망원경에서 얻는 관측도 비슷한 구분을 요구한다. 기록 장치가 만든 신호와 사람에게 보여 주는 그림은 연결되어 있지만 같은 형태의 자료는 아니다. 지도에 색을 칠한 결과만 보아서는 어떤 기기를 썼고 무엇을 측정했는지 알기 어렵다. 관측값과 그 값을 설명하는 그림을 구분해야 한다.

자기 띠의 순서가 양쪽에서 대응한다는 설명은 단순한 닮음보다 강한 제약을 만든다. 새 암석의 형성, 자기 기록, 이동이 함께 작동해야 하기 때문이다. 띠의 폭을 시간의 간격과 비교하면 확장 속도도 조사할 수 있다. 다만 폭이 넓다고 무조건 빠르다고 단정하기 전에 어떤 극성 기간을 비교하는지 알아야 한다. 공간의 길이는 시간 자료를 만나야 속도가 된다.

빙핵의 연대와 지표를 연결하는 작업도 측정한 위치나 깊이를 곧바로 시간으로 바꾸지 않는 데서 시작한다.

해령 한쪽의 띠 두 개가 각각 10킬로미터 폭이라고 하는 가상 계산을 해 보자. 한 띠가 20만 년에 걸쳐 만들어졌다면 폭을 시간으로 나눈 평균 이동은 연간 5센티미터다. 다른 띠가 40만 년에 걸쳐 만들어졌다면 같은 폭에서도 연간 2.5센티미터가 된다. 숫자는 실제 해령의 측정값이 아니라 길이와 시간의 역할을 보이기 위해 정했다. 여기서 계산한 것은 한쪽이 멀어진 거리의 평균이며, 양쪽 판 사이의 벌어짐을 말할 때는 어느 두 지점의 상대 운동인지 다시 정해야 한다. 색 띠가 보기 좋게 나란히 있다는 사실만으로 속도 자료가 완성되지 않는 까닭이다.

해안선, 해저 지형, 지진, 자기 기록은 서로 같은 장비의 반복 측정이 아니다. 서로 다른 원리로 얻은 관측이 같은 판 운동의 그림과 맞물린다는 점에서 설명의 신뢰가 자란다. 좋은 이론은 자신에게 유리한 사진 한 장을 갖는 것에서 끝나지 않고, 다른 종류의 기록을 어떻게 함께 읽을지 제시한다.

판 아래를 용암의 바다로 그리지 않기

판이 움직인다는 말을 들으면 단단한 껍데기가 액체 위에 떠 있다는 그림을 떠올릴 수 있다. 하지만 맨틀 전체가 녹은 용암 바다는 아니다. 국립공원관리청의 지구 내부 모형 (새 창)은 물질의 조성과 물리적인 성질에 따라 층을 나누는 방법을 구분한다. 지각·맨틀·핵이라는 구분과 암석권·연약권이라는 구분을 같은 종류의 칸으로 읽으면 혼란이 생긴다.

오랜 시간에 걸쳐 변형하고 흐를 수 있다는 말도 물처럼 자유롭게 출렁인다는 뜻은 아니다. 온도와 압력, 물질의 성질, 시간의 규모를 함께 생각해야 한다. 내부의 열과 물질 이동은 판 운동의 설명에 중요하지만, 이 글은 모든 판을 같은 속도로 돌리는 하나의 대류 벨트 모형을 제시하지 않는다. 개별 판의 힘을 정량적으로 계산하려면 더 상세한 자료가 필요하다.

판이 만나는 방식에 따라 나타나는 현상도 달라진다. 벌어지는 곳, 모이는 곳, 옆으로 스치는 곳은 같은 경계가 아니다. 국립공원관리청의 판 경계 안내 (새 창)는 세 종류와 관련 지진·화산 활동을 나누어 설명한다. 수렴 경계에서도 해양판의 섭입과 두 대륙의 충돌을 하나의 장면으로 취급해서는 안 된다.

큰 지도를 보면 경계가 가는 선처럼 보이지만, 실제로 변형이 일어나는 지역의 폭과 구조는 더 복잡할 수 있다. 판구조론을 이해했다고 특정 지역의 다음 지진 날짜를 알게 되는 것도 아니다. 지질 현상의 큰 관계를 설명하는 이론과 개별 사건의 시간 예측은 요구하는 자료가 다르다. 이 글은 지진 발생일이나 지역 안전을 판정하는 안내가 아니다.

움직임을 아는 지도를 쓰는 사람들

판이 느리게 움직인다는 사실은 일상의 짧은 관찰만으로는 잘 보이지 않는다. 그러나 측량에서 기준점을 오랫동안 정확히 유지하려면 시간에 따른 위치의 변화가 문제가 된다. NOAA의 측지학 안내 (새 창)는 지구의 모양과 위치를 측정하는 기술이 왜 필요한지 설명한다. 과거를 복원하는 이론은 현재의 위치를 다루는 실무와도 만난다.

대륙 이동의 역사를 한 천재가 세상과 싸워 결국 이겼다는 이야기로만 읽으면, 어떤 자료가 판단을 바꾸었는지는 덜 남는다. 반대로 초기에 기제를 설명하기 어려웠다는 이유로 그때의 모든 관측을 무의미하다고 할 수도 없다. 관찰을 제시한 단계, 기제를 검토한 단계, 여러 자료를 통합한 단계를 나누면 각 시기의 성취와 한계를 함께 볼 수 있다.

처음 두 대륙의 윤곽으로 돌아오면 모양은 여전히 흥미롭다. 이제 그것을 혼자 있는 정답으로 보지는 않는다. 바닷속의 기록과 지구 내부의 성질, 지금의 측정과 나란히 놓인 단서로 읽는다. 움직이지 않는 것처럼 보였던 대륙을 움직인 것은 멋진 비유의 힘보다, 한 설명에 동시에 응답한 서로 다른 증거들이었다.