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생명체 탄생의 비밀을 간직한 ‘열수분출공(熱水噴出孔)’

1977년 2월 17일 미국 우즈홀해양연구소(WHOI)의 심해유인잠수정 앨빈(Alvin)은 갈라파고스제도에서 북서 쪽으로 약 380 ㎞ 떨어진 해역에서 잠수를 시작하였다. 1974년부터 심해탐사를 시작해 이곳에서 활발한 해 저 화산활동의 징후를 찾아낸 과학자들은 잠수정을 내려 보내 이를 직접 확인하고자 했던 것이다. 앨빈은 잠수한 지 1시간 30분이 지난 후에야 수심 2,700 m의 바닥에 도착했는데 잠수정에 타고 있던 과학자 들의 눈앞에 펼쳐진 경치는 우리가 생각했던 바다 속 모습이 아니었다. 굳은 용암 사이에서는 검은 연기와 뜨거운 물이 솟아나오고 있었으며, 연기가 솟아오르는 굴뚝 주변에는 어른 신발보다도 더 큰 대합과 홍합들 이 다닥다닥 붙어살고 있었다. 1979년 이곳을 다시 찾은 과학자들의 눈앞에는 더욱 신비한 광경이 펼쳐졌는데 열수분출공의 생물다양성 과 밀도는 열대 정글이나 산호초를 능가하고 있었던 것이다. 대부분의 생물은 처음 보는 특이한 동물이었으 며, 사람 팔뚝만한 두께로 2 m까지 자라는 거대한 관벌레가 가장 많았다. 이렇게 깊은 바다 속에서 뜨거운 물 이 분출되는 곳을 심해 열수분출공이라 한다. 열수분출공은 말하자면 바다 속 온천인 것이다. 이런 열수분출 공은 어떻게 만들어질까? 해저지각의 틈 사이로 스며들어간 바닷물은 뜨거운 마그마에 의해 데워지고 주변 암석에 들어있던 구리, 철, 아연, 금, 은 등과 같은 금속성분들은 뜨거운 물에 녹아 들어간다. 또 데워져 수온이 350℃나 되는 뜨거 운 물은 지각의 틈 사이로 다시 솟아나오게 된다. 대기압에서 물은 100℃가 되면 끓어 수증기로 변하는데, 온 도가 350℃나 되는데도 물이 수증기로 되지 않고 솟아 나온다고 하니 의아해 할 지도 모르겠다. 하지만 열수 분출공이 있는 수심 2,000~3,000 m 깊이에서는 압력이 200~300기압으로 높기 때문에 가능하다. 열수분출공의 발견은 생물학사에 혁명적인 사건이었다. 발견 당시만 해도 사람들은 깊은 바다 속에는 생물 이 많지 않을 것이라고 생각했다. 생태계는 광합성을 해서 스스로 영양분을 만드는 식물이 있어야 유지되는 데 심해는 햇빛이 도달하지 못하는 암흑의 세계이므로 식물이 살 수 없어 심해에 사는 동물들에게는 표층에 서 죽어 가라앉는 생물의 사체 외에 먹이가 없다고 생각했다. 그래서 사람들은 심해는 생물이 거의 살지 않 는 사막과 같은 곳이라고 생각했다. 따라서 사막의 오아시스처럼 많은 동물들이 살고 있는 심해 열수분출공 광경을 본 과학자들은 당연히 의문을 가지게 되었다. 도대체 이 동물들은 무엇을 먹고 살까? 그 후 계속된 조사로 열수분출공 주변에 어떻게 많은 동물들이 살 수 있는지에 관한 수수께끼가 풀렸다. 열수분출공에서 뿜어 나오는 검은 연기 속에는 황화수소가 많이 들어있는데, 심해에는 황화수소를 산화시 켜 나오는 화학에너지를 이용해 탄수화물을 만드는 박테리아들이 많이 살고있었다. 이 황화박테리아들은 식 물이 광합성을 해서 탄수화물을 만드는 것과는 달리 화학합성을 하여 탄수화물을 만들고 있었던 것이다. 즉 심해 열수분출공에 살고 있는 박테리아는 식물이 태양에너지를 이용해 광합성을 해서 생태계를 부양하고 있 는 것처럼 화학합성을 해서 열수분출공 생태계를 부양하고 있었다. 이 발견으로 광합성에 의존하지 않고도 유지되는 생태계가 있다는 사실을 알게 되었다. 그동안 우리 주변에서 보아왔던 식물을 기초생산자로 한 생 태계와는 전혀 다른 세계가 바다 속에 있었던 것이다. 햇빛이 없고, 수압이 높으며, 황화수소와 같은 독성물질로 가득 찬 열수분출공의 척박한 환경에서도 생물이 존재한다는 것은 실로 놀라운 일이다. 일부 과학자들은 이러한 환경이 생명체가 지구상에 처음 탄생했을 때 의 조건과 비슷했을 것이라고 한다. 우리는 열수분출공 주변 생태계를 연구해서 태초에 지구상에 생명체가 잉태된 환경과 과정에 대한 귀중한 지식을 얻을 수 있을 것이다. 그래서 과학자들은 지금도 지구 생명체 탄 생의 비밀을 풀 수 있는 열쇠를 얻기 위해 위험을 무릅쓰고 열수분출공을 탐사하고 있다. (글: 김웅서 – 한국 해양연구원 해양자원연구본부장) 출처: yeskisti
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