만약 지구에 대기와 자기장이 없다면 어떨까? 달처럼 유성과의 충돌로 움푹 팬 크레이터(crater)들이 지구 표면에 수도 없이 생기게 될 것이고 무엇보다 지구에 생물이 존재할 수 없을 것이다. 그만큼 지구의 대기와 자기장은 중요한 역할을 한다. 지구의 대기와 자기장이 지구상의 생물에게 없어서는 안 될, 보호막과 방패가 되고 있기 때문이다.
생물의 생존에 최적화되어 있는 지구의 대기
지구는 현재까지 알려진 바로는 태양계 내에서 유일하게 생물이 존재하는 행성이다. 지구의 특징 중 하나는 생물이 생존하기에 적합한 대기가 지구를 둘러싸고 있다는 것이다. 이는 지구의 중력이 생명체가 살아가는 데 꼭 필요한 기체를 가장 적정한 양만큼 대기에 가둬놓기 때문에 가능하다.
지구의 대기는 질소와 산소, 이산화탄소가 적정 농도로 조성되어 있고 대기압도 생물체의 생존에 가장 적당한 1기압 정도이다. 또한 단열과 보온 역할을 적절히 수행하여 지구의 평균온도를 큰 변화 없이 유지하는 데도 중요한 역할을 한다.
대기를 이루는 물질 가운데 산소는 대부분의 생물체가 에너지를 얻는데 필요한 기체이다. 또한 오존(O₃) 층을 만들어 생물에게 유해한 자외선을 차단하는 역할도 한다.
이산화탄소도 식물의 광합성작용에 꼭 필요한 기체이다. 특히 지구의 온도를 적정하게 유지하는 온실 기체로서 중요한 역할을 한다. 만약 이산화탄소가 대기에 없다면 지구의 평균 기온은 지금보다 섭씨 20~30도 정도 낮아져 생물이 번성하는 데 크게 제약을 받게 될 것이다. 그러나 오늘날과 같이 대기 중에 이산화탄소의 양이 너무 많아지면 온실효과가 나타나 지구의 평균 기온이 상승하면서 지구 온난화 문제를 일으키기도 한다.
대기 중에서 가장 많은 농도를 차지하는 질소도 중요한 역할을 한다. 질소는 기체 중에서 반응성이 가장 낮은 물질로서 다른 어떤 물질과도 잘 반응하지 않는 특성이 있다. 만약 질소 대신 반응성이 좋은 다른 기체로 대기가 구성되어 있다면 지구의 대기는 화학반응으로 인해 안정된 상태를 유지하지 못할 것이다.
이러한 대기는 지구 외부에서 날아오는 각종 위험한 물체, 즉 유성과 같은 천체가 지구 표면과 충돌하는 것을 막아주는 방패막이 역할도 담당한다. 큰 유성이 지구의 중력에 의해 지구로 들어올 때, 대기와의 마찰로 대부분 타서 사라지기 때문에 실제로 지구 표면과 충돌하는 유성은 거의 없다. 반면에 대기가 없는 수성이나 달 그리고 대기가 매우 희박한 화성은 유성과 충돌하여 엄청난 크레이터를 만들어낸다. 대기의 역할이 얼마나 큰지 알려주는 대목이다.
금성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성도 두꺼운 대기층을 갖고 있기는 하다. 그러나 금성이나 목성, 토성은 대기의 압력이 수십 기압이 넘는다. 대기의 구성 또한 금성은 대부분 이산화탄소로 되어 있고, 목성과 토성, 천왕성, 해왕성은 대부분 수소와 헬륨으로 이루어져 생물이 생존하기에는 부적합하다.
이처럼 지구의 대기는 생물이 생존하는 데 가장 이상적인 형태와 물질로 구성되어 있으며 지구의 일차적인 보호막 역할을 하고 있다.
우주의 고에너지 대전입자를 막는 방패, 지구 자기장
지구의 자기장은 우주에서 날아오는 각종 유해한 고에너지 대전입자들을 차단한다. 태양의 높은 온도에 의해 원자가 전자와 양이온으로 분리되기 때문에 태양풍 속에는 전기를 띤 입자가 존재하게 되는데 이를 고에너지 대전입자 플라스마라 한다. 이 고에너지 대전입자는 초속 수백 킬로미터의 속도를 가진, 에너지가 크고 생물에 유해한 입자이다. 에너지가 큰 입자에 생물체가 노출되면 그만큼 받는 타격도 크다. 마치 느리게 날아오는 돌에 맞는 것보다 빠르게 날아오는 돌에 맞는 것이 큰 상처를 내는 이치와 같다.
그래서 고에너지 대전입자가 생물의 체내에 들어가면 세포 내 염색체 이상이나 암을 일으킬 가능성도 있다. 또 대전입자에 피폭되면 지상에 존재하는 모든 전자기기와 전자제품이 작동 불가능 상태가 될 수 있다. 실제로 태양 활동이 활발해진 1989년에는 강한 태양풍 때문에 캐나다 퀘벡 지방에서는 변압기가 타버리는 등 전력 시스템이 마비되었고 2주 동안 통신이 두절되는 현상도 발생했다.
지구 내의 생명체는 지구 자기장 덕택에 고에너지 대전입자로부터 보호를 받고 있다. 지구 자기장이 고에너지 대전입자를 막아주면서 나타나는 현상이 오로라 현상이다. 오로라는 고에너지 대전입자가 지구 자기장을 만나 전자기력에 의해 극지방으로 이동하다가 상층 대기와 충돌하여 빛을 방출하는 현상이다.
사람들은 대기와 자기장의 존재나 중요성을 인식하지 못한 채 매일 분주한 삶을 살아가지만 지금 이 순간에도 대기와 자기장은 지구로 날아드는 유성과 고에너지 대전입자를 막아내며 우리가 살아가는 데 지장이 없도록 방패막이가 되어준다. 지구에 생명체가 살 수 있는 것은 이처럼 지구를 보호하고 있는 보이지 않는 힘이 있기 때문이다.
“여호와는 하늘을 창조하신 하나님이시며 땅도 조성하시고 견고케 하시되 헛되이 창조치 아니하시고 사람으로 거하게 지으신 자시니라 그 말씀에 나는 여호와라 나 외에 다른 이가 없느니라”사 45장 18절