지구표층환경 변화의 핵심과 토양의 산성화

오늘은 지구표층환경의 변화의 핵심이 무엇인지 지구시대의 구분을 통해 알아보고 또 생물과 광물의 진화 관점에서  토양이 산성화 현상에 대해서 함께 알아보도록 하겠습니다.

 

 

지구 표층 환경 변화의 핵심

고생대에서 신생대 현재까지 5억 년간의 지구 표층 환경의 변화에는 크게 두가지가 핵심입니다. 생물의 광물화 현상과 생물의 의한 광물의 분해입니다. 즉 지구 표층의 환경 변화 과정은 생물 진화와 광물 진화로 바라볼 수 있습니다.

 

 

생물의 진화는 40억 년간 원핵세포에서 다세포 동물로 진화해온 과정이며, 광물의 진화는 지구 생성 초기부터 46억 년간 지속된 지질학적 변화 과정입니다.  

 

지구시대의 구분

지구시대의 구분은 생명 진화의 관점에 따라 이루어집니다. 이에 따라 생명이 시작하는 시생대, 원핵세포와 진핵세포가 출현하는 원생대, 다세포 생물이 출현하여 생면 현상이 드러나는 현생대로 크게 구분됩니다. 현생대는 고생대부터 현재까지를 말합니다. 고생대 이래 약 5억 년간 일어난 현생대 지구 표층의 중요한 변화는 생물과 광물의 공진화현상에 비롯되었습니다.

 

 

고생대 캄브리아기부터 일어난 생물과 광물의 공진화에서는 생물의 광물화(biominealization)와 생물에 의한 광물의 풍화과정(bioweathering) 이 핵심입니다.  그럼 생물의 광물화 현상에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

생물의 광물화 현상

생물의 광물화 현상은 생물의 조직 속으로 광물이 들어와서 생체 조직의 일부를 담당하는 현상을 말합니다. 예를 들어서 삼엽충의 눈은 광물인 방해석으로 구성되었습니다. 척추동물의 뼈는 인산칼슘 광물이 주성분입니다. 

광물이 분해되는 과정은 대부분 물에 의한 분해 작용으로, 풍화(weathering)라고 합니다.  고생대 데본기 이후로 육상식물이 번성하고 양치식물 숲이 형성되면서 식물 뿌리에 의해 지표면의 암석들이 분해되기 시작했습니다.

 

 

광물의 풍화작용과 토양형성

식물에 의해 광물이 분해되면서 데본기부터 대륙 지각 표층에 본격적으로 토양층이 형성되었습니다. 토양은 광물, 공기, 물, 생물 유기체에 의해 형성된 지구의 피부에 해당됩니다. 약 3억 6000만 년 전 고생대 데본기부터 식물에 의한 광물의 풍화 작용으로 토양이 생성 되었습니다. 이 토양을 바탕으로 식물이 번성하고 파충류와 포유류 등 육상 척추동물의 진화가 가속되었습니다.

 

양성자와 산성화된 지구 토양

빗물과 토양의 상호작용이 토양 산성화의 주된 원인이지만, 식물 뿌리에서 분비되는 양성자도 토양의 산성화에 일조했습니다. 작물이 밀도  높게 생장하면서 토양 속 알칼리 금속 양이온을 흡수하여 토양이 산성화 된 것입니다.

 

아래 그림은 식물의 뿌리털 세포 속 미토콘드리아에서 TCA 회로가 작동해서 양성자와 이산화탄소가 생성되는 모식도 입니다. 뿌리털에서 방출된 양성자가 점토와 결합되는 과정에서 방출되는 칼륨이온은 식물의 영양소가 됩니다.

 

[뿌리털에서 방출된 양성자가 점토와 결합되는 과정]

 

오늘은 양성자와 산성화된 지구토양을 생물의 진화와 광물의 진화 관점에서 알아보았습니다.

다음시간에는 판게아 초대륙이 만들어지는 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.