지구(地球, Earth)는 태양으로부터 세 번째 행성이며, 지구형행성 중 가장 큰 행성입니다. 지구는 45억 6700만년 전 형성되었으며, 달을 위성으로 둡니다. 지구의 중력은 태양과 지구의 자연 위성인 달과 상호작용을 합니다.
1. 지구의 탄생
지구는 태양계를 형성하던 시점과 같은 시점인 약 45억 년 전에 만들어졌습니다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출하기 시작한 태양의 복사에너지로 휘발성 성분을 제거하면서 규소가 주성분인 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속 성분이 남았는데, 이것들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐져 그 크기를 늘려갔습니다.
원시 지구의 열원은 크게 세 가지입니다. 첫 번째는 소행성의 충돌로 운동에너지가 열에너지로 바뀌게 되는데 그 에너지가 원시 지구를 뜨겁게 가열시킵니다. 두 번째는 중력에너지로 원시 지구가 충돌로 가열하여 조금씩 녹기 시작하자 그때까지 뒤섞여 있던 규소와 철이 중력으로 서로 분리하기 시작했습니다. 중력에너지가 낮은 지구 중심으로 끌려내려 가면서 중력에너지를 열에너지로 방출하게 됩니다. 세 번째는 원시 태양계에 충분히 많은 방사성 동위원소의 붕괴열입니다. 지구의 바깥 부분이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 하는데, 마그마 바다의 깊이는 수백 km에 달합니다. 중력 분화가 마침내 끝나고, 낙하할 소행성들도 거의 사라져 지구는 식기 시작하는데, 마그마 바다가 식기 시작하며 최초의 지각을 형성했습니다.
2. 지구의 역사
지구 대기의 역사는 암석과 마그마가 방출한 기체들을 지구 주위에 중력이 묶게 되면서 시작합니다. 이렇게 만들어진 대기를 원시 대기라 하고, 원시 대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성 등에 포함됐던 휘발성 물질에서 비롯되었습니다. 마그마가 식어 고체의 바닥을 형성하고, 혜성에 포함됐던 미량의 물은 수많은 혜성이 떨어지면서 축적하기 시작합니다. 원시 대기의 수증기 성분이 응결하여 비가 내렸고 이 비로 원시 배다가 생겨납니다. 이때 땅과 대기가 갖고 있던 염분들을 비가 바다에 녹이면서 바다가 짠 성분의 소금을 포함합니다.
최초의 생명은 약 36억 년 전, 열수 고에너지 내에서 화학반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나고 진화하면서 탄생합니다. 광합성을 하는 생명체들이 생기고 이 생명체들은 태양 에너지를 자신들의 에너지원으로 활용합니다. 초기 생물들은 단세포 생물로 원핵생물과 유사했다고 추측합니다. 이들이 서로 합치면서 좀 더 복잡한 형태의 진핵생물로 진화합니다. 이 진핵생물이 서로 군집하면서 다세포 생물로 진화하게 됩니다. 그리고 광합성으로 생긴 산소는 바다에 녹고 엄청난 양의 산화철을 만들었고 바다에 퇴적되었습니다. 그 후로도 광합성을 반복하며 산소를 대기 중으로 방출했으며, 성층권과 오존층을 형성했습니다.
7억5천만 년 전부터 5억8천만 년 전 시기에 빙하기가 있었다는 가설이 있으며, 빙하기가 끝나고, 캄브리아기의 대폭발이 찾아왔습니다. 이 캄브리아기 폭발로 캄브리아기에 다세포 생물이 급속도로 번성하고 종의 다양성도 폭발적으로 늘어납니다. 캄브리아기 이후 대량멸종사건으로 기존에 번성하던 생물종들이 대부분 사라지게 되고 거기에서 살아남은 종들이 다시 번성합니다. 그리고 지금으로부터 약 6400만 년 전에 포유류가 등장하여 번성합니다. 200만 년 전에는 현재의 남아프리카공화국 근처에서 원시인이 최초로 생기고, 원시인이 진화를 거듭하여 현대의 인간이 되었습니다.
대륙지각이 형성되고 지구 표면의 대륙들은 모이고 다시 합쳐지기를 반복합니다. 대륙들이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙이라 하고, 초대륙의 개수와 그 존재에 대단 의견은 너무 많습니다. 지각의 이동을 설명하는 이론은 지금까지 여러 가지가 있었으며, 1912년 독일의 알프레드베게너가 대륙이동설을 발표했으나 원동력을 설명하지 못해 지지받지 못하였습니다. 다음으로 1929년 홈스의 맨틀대류설이 나왔으며, 1960년대 미국의 디에츠와 헤스의 해저확장설이 나옵니다. 가장 최근 나온 플름 구조론이 있고, 새로운 가설들은 지금도 나오고 있습니다.
3. 지구의 구조 및 표면
지구의 대부분은 암석과 금속으로 이루어져 있습니다. 지구형행성 중에서 지구는 가장 무거우며 가장 큽니다. 밀도도 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체입니다.
지구의 내부구조는 대체로 층상 구조를 가집니다. 지구의 최외각 부분은 주로 유체로 되어 있으며, 대기권과 수권으로 구분합니다. 지구의 층상 구조는 가장 바깥 부분부터 지각, 맨틀, 핵(외핵, 내핵) 순서로 되어 있습니다. 이는 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분 지어졌습니다.
가장 바깥쪽의 지각은 두께가 지구 반지름에 비해 매우 얇으며, 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심합니다. 지각은 또한 밀도에 따라 대륙지각과 해양지각으로 나뉩니다.
지각의 맨 아랫부분은 모호로비치치 불연속면이라고 합니다. 이 면을 경계로 지진파의 속도가 빨라집니다. 그 아랫부분을 맨틀이라 하며 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 깊이 2900km에 이르는 구역까지입니다. 맨틀의 주요 구성 성분인 규산염 광물은 깊이에 따라 매우 광범위한 변화를 보이며, 또한 상부 맨틀과 하부 맨틀로 구분합니다. 맨틀은 암석으로 이루어져 있지만 매우 오랫동안 유체처럼 움직여 대류를 일으킵니다.
핵은 맨틀과 지각과 달리 철과 니켈이 주성분으로 하는 금속으로 되어 있습니다. 핵은 지구가 형성되는 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼습니다. 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷하게 구분할 수 있는데 그 면을 구텐베르크면이라 합니다. 핵은 다시 깊이에 따라 외핵과 내핵으로 나눕니다. 외핵은 S파가 전달하지 못하는 것으로 보아 액체 상태일 것으로 추정합니다. 내핵은 고체 상태로 추정하며, 외핵과 내핵의 경계면은 레만면이라 합니다. 외핵이 액체 상태이기 때문에 지구의 공전과 열역학의 영향을 받아 대류하고 있다고 추정할 수 있으며, 외핵 전도성의 유체 운동에 의해 지구의 자기장이 유지되고 있다고 추측하고 있습니다.
지구의 표면은 대륙과 해양으로 나눕니다. 육지는 해안평야, 구릉, 대지, 산맥 등의 복잡한 기복을 가지고 있습니다. 지표는 지각의 내부 마그마의 작용 등의 영향으로 계속 융기와 침강을 일으키며, 대기나 물의 작용으로 풍화, 침식 등을 받습니다. 다시 말해 지표는 지각의 운동과 대기 또는 물의 영향으로 풍화, 침식의 작용이 복합으로 이뤄지며, 복잡한 기복을 만들어 냅니다. 또한 그 형태도 계속해서 바뀌고 있습니다.
4. 지구의 공전과 자전
지구는 태양을 약 365일 주기로 공전하며, 지구에서 보았을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다.
지구는 약 23시간 56분 4.091초 주기로 자전합니다. 그 중심축은 북극과 남극을 잇고 있으며 방향은 지구의 북극에서 보았을 때 시계 반대 방향입니다. 그 때문에 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 볼 수 있습니다.
