1O1

지구 101 고생대

석탄기 거대 곤충

— 산소 35%의 세계

날개폭 70cm 잠자리와 2.5m 노래기가 살던 시대. 곤충이 그렇게 커질 수 있었던 이유는 몸이 아니라 공기에 있었다. 그리고 그 공기는 나무가 만들었다.

101 · 지구 101LESSON 049

지구 101 049

오늘의 질문

지금 지구에서 가장 큰 곤충도 손바닥만 합니다. 그런데 3억 년 전에는 매만 한 잠자리가 있었습니다. 곤충의 크기를 가로막는 벽은 대체 무엇일까요?

오늘의 수업

오늘의 학습 목표

제약 조건 분석 — 무엇이 크기의 한계를 정하는가

물질 수지 사고 — 만들어진 산소가 어디로 가는지 추적하기

가설 비교 — "썩힐 수 없었다" vs "썩을 수 없는 곳에 묻혔다"

되먹임 구분 — 산불은 양의 되먹임인가 음의 되먹임인가

석탄기 거대 곤충 — 산소 35%의 세계

숫자로 보는 오늘

약 30~35%

당시 대기 산소 (현재 21%)

약 70 cm

메가네우라의 날개폭

2.5 m 이상

아르트로플레우라의 몸길이

6천만 년

석탄기가 이어진 기간

1. INSECTS DO NOT BREATHE

곤충은 숨을 쉬지 않는다

정확히 말하면 우리처럼 숨 쉬지 않습니다. 여기에 답이 있습니다.

2. HOW THE OXYGEN PILED UP

나무가 산소를 쌓았다

그렇다면 왜 그때만 산소가 30%를 넘었을까요? 이야기는 나무에서 시작합니다.

거대한 습지림이 대륙을 덮는다 석탄기의 육지는 광대한 저지대 늪이었습니다. 석송류가 30m 넘게 자라 빽빽한 숲을 이뤘습니다.
광합성이 산소를 만든다 나무는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내놓습니다. 다만 이것만으로는 산소가 쌓이지 않습니다. 나무가 죽어 썩으면 산소를 도로 소비하니까요.
죽은 나무가 썩지 않고 묻힌다 여기가 핵심입니다. 늪은 물에 잠겨 있어 산소가 닿지 않습니다. 분해가 멈춘 채 식물 잔해가 층층이 쌓입니다.
탄소가 지하에 갇힌다 유기 탄소가 묻히면 그것을 만들 때 나온 산소는 소비되지 않고 대기에 남습니다.
산소가 계속 축적된다 이 과정이 수천만 년 이어지며 대기 산소가 30%대까지 오릅니다. 그리고 묻힌 그 나무들이 오늘날의 석탄입니다.

3. THE GIANTS

거대해진 것들

공정하게 말하면 산소는 한계를 풀어 준 조건이지 크기를 만든 원인은 아닙니다. 다른 요인도 함께 작용했습니다.

메가네우라(Meganeura) — 잠자리를 닮은 곤충. 날개폭 약 70cm. 매와 비슷한 크기입니다. 공중의 최상위 포식자였습니다.
아르트로플레우라(Arthropleura) — 노래기의 친척. 몸길이 2.5m 이상. 육상 무척추동물 사상 최대입니다. 다만 이빨이 없어 낙엽과 썩은 나무를 먹은 것으로 봅니다.
거대 전갈·바퀴류 — 지금 기준으로는 상상하기 어려운 크기였습니다.

4. A WORLD ON FIRE

불타는 세계

산소가 많으면 불이 훨씬 잘 붙습니다. 산소는 연소의 조건이니까요.

5. WHY IT ENDED

거인의 시대는 왜 끝났나

석탄기 말, 두 가지가 함께 왔습니다.

기후 건조화 — 습지가 마르면서 매몰 조건이 사라집니다. 탄소가 다시 썩어 산소를 소비합니다
카루 빙하기 — 대규모 빙하기가 시작되며 생태계가 재편됩니다(055)

확인 문제 1 / 6

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곤충의 몸 크기를 제한하는 근본 요인은?

①외골격의 무게
②기관을 통한 산소 확산 거리의 한계
③먹이의 부족
④날개 근육의 힘

정답 ② — 곤충은 펌프 없이 확산으로만 산소를 옮깁니다. 확산은 거리가 멀어질수록 급격히 느려지므로 몸이 두꺼워지면 안쪽 세포가 질식합니다.

확인 문제 2 / 6

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대기 산소 농도가 높으면 곤충이 더 커질 수 있는 이유는?

①산소가 외골격을 튼튼하게 만들기 때문
②농도가 높으면 확산이 빨라져 산소가 더 깊이 도달하기 때문
③산소가 곤충의 성장 호르몬을 자극하기 때문
④산소가 많으면 먹이가 늘어나기 때문

정답 ② — 확산 속도는 농도 차에 비례합니다. 산소가 풍부하면 같은 시간에 더 멀리 밀려 들어가므로 몸 크기의 상한이 올라갑니다.

확인 문제 3 / 6

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석탄기에 대기 산소가 축적된 핵심 과정은?

①화산이 산소를 뿜었기 때문
②죽은 식물이 썩지 못한 채 묻혀 유기 탄소가 지하에 갇혔기 때문
③바다가 산소를 방출했기 때문
④오존층이 두꺼워졌기 때문

정답 ② — 광합성만으로는 산소가 쌓이지 않습니다. 나무가 썩으면 산소를 도로 소비하기 때문입니다. 탄소가 묻혀야 그 산소가 대기에 남습니다.

확인 문제 4 / 6

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'리그닌 분해 균류가 없어서 나무가 썩지 않았다'는 설명에 대한 본문의 입장은?

①완전히 확립된 정설이다
②분해 균류가 이전부터 있었다는 증거가 나와, 지형·기후 조건을 더 중요하게 보는 견해가 힘을 얻고 있다
③완전히 틀린 것으로 폐기됐다
④석탄기에는 나무가 없었으므로 무의미하다

정답 ② — '썩힐 수 없었다'보다 '썩을 수 없는 곳에 묻혔다'가 더 정확한 표현입니다. 학계에서 아직 정리 중인 문제입니다.

확인 문제 5 / 6

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석탄기 지층에 목탄 화석이 많은 것이 알려주는 것은?

①당시 인류가 불을 사용했다
②산소가 풍부해 산불이 매우 빈번했다
③화산 활동이 활발했다
④숲이 존재하지 않았다

정답 ② — 산소는 연소의 조건입니다. 농도가 높으면 젖은 나무도 탑니다. 이 산불은 산소 농도가 무한정 오르지 못하게 막는 음의 되먹임으로도 작동했습니다.

확인 문제 6 / 6

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거대 곤충 시대가 끝난 이유로 본문이 제시한 것은?

①새가 등장해 곤충을 모두 잡아먹었기 때문
②기후 건조화로 매몰 조건이 사라져 산소 농도가 떨어졌기 때문
③곤충의 유전자가 변했기 때문
④먹이가 되는 식물이 독성을 갖게 됐기 때문

정답 ② — 습지가 마르면서 탄소 매몰이 멈추고 산소가 떨어졌습니다. 여기에 카루 빙하기가 겹쳤고, 이후 페름기 말 대멸종이 남은 것들을 정리합니다.

마무리 확인

오늘의 정리 — 생각해보기

곤충은 확산으로, 사람은 혈액 순환으로 산소를 옮깁니다. 왜 곤충은 순환계를 발달시키지 않았을까요? 작은 몸에서 확산이 갖는 장점은 무엇일지 생각해 보세요.

산소가 높으면 산불이 늘고, 산불이 늘면 식물이 줄고, 식물이 줄면 산소가 줍니다. 028의 얼음–알베도 되먹임과 비교해 보세요. 두 되먹임은 무엇이 다르고, 그 차이가 지구 시스템에 어떤 의미를 가질까요?

우리는 지금 석탄기에 묻힌 탄소를 파내 태우고 있습니다. 3억 년에 걸쳐 저장된 것을 수백 년 만에 되돌리는 셈입니다. 물질 수지 관점에서 이 행위를 한 문장으로 설명해 보세요.

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