알프레트 로타르 베게너

알프레트 로타르 베게너는 1880년 11월 1일 독일 베를린에서 고아원을 운영하는 목사 리하르트 베게너의 아들로 태어났다. 어린 시절부터 그린란드와 북극에 매료되었으며 극지 탐험에 대한 열망을 키웠다. 베를린 대학교에서 자연과학을 공부하여 1904년 천문학 박사 학위를 취득하였으나, 이후 천문학자의 길을 걷지 않고 당시 급속히 발전하고 있던 기상학과 기후학으로 관심을 전환하였다. 1905년에는 베를린 근교의 왕립 프로이센 항공 기상대에서 연을 이용해 상층 대기를 연구하는 선구적인 작업을 수행하였으며, 1906년에는 형 쿠르트와 함께 열기구로 52시간 이상 체공하는 세계 신기록을 세웠다.

1906년 베게너는 그린란드 북동 해안 탐험에 참여하여, 북극권 대기를 연 및 계류 기구로 연구한 최초의 연구자가 되었다. 귀국 후 마르부르크 대학교에서 강사직을 맡아 1909년부터 기상학·천문학·극지 탐험가를 위한 위치 측정법 등을 강의하였다. 1911년에는 자신의 강의 내용을 모은 《대기 열역학(Die Thermodynamik der Atmosphäre)》을 출판하였는데, 이 교재는 독일 전역에서 표준 기상학 교과서로 널리 사용되었다.

베게너가 대륙이동설에 눈을 뜨게 된 계기는 1911년 가을 마르부르크 대학도서관에서 우연히 발견한 한 논문이었다. 이 논문은 대서양 양쪽 대륙에서 동일한 동식물 화석이 발견된다는 내용을 담고 있었다. 그는 미래의 아내에게 보낸 편지에서 "남아메리카의 동해안과 아프리카의 서해안이 꼭 맞아떨어지는 것처럼 보이지 않나요? 마치 한때 붙어 있었던 것처럼요. 꼭 추적해봐야 할 생각입니다"라고 썼다. 당시 정설은 이 화석 일치 현상을 지금은 침강해버린 대륙 규모의 '육교(land bridge)'로 설명하였다. 그러나 베게너는 이를 물리적으로 불가능한 설명으로 보았다. 그의 논리는 다음과 같다: 대륙을 이루는 화강암질 암석은 해양저의 현무암질 암석보다 밀도가 낮다. 만약 대륙 규모의 육교가 해저로 침강하였다면, 아르키메데스의 원리(지각 평형, isostasy)에 의해 힘이 제거되는 즉시 다시 떠올라야 한다. 따라서 화석 증거와 지질 증거가 대륙이 한때 연결되어 있었음을 시사한다면, 유일하게 논리적인 설명은 대륙 자체가 한때 붙어 있다가 분리·이동했다는 것이다.

1912년 1월 6일, 베게너는 프랑크푸르트에서 열린 지질학협회 회의에서 대륙이동설을 공개 발표하였다. 나흘 뒤에는 마르부르크의 자연과학진흥협회에서 같은 내용의 두 번째 발표를 가졌다. 이 두 강연이 대륙이동설의 공식적 탄생이었다.

베게너는 다음 네 가지 독립적인 증거 노선을 종합적으로 제시하였는데, 이처럼 다양한 분야의 증거를 한 가설로 통합한 시도는 당시로서는 전례가 없는 것이었다.

1. 해안선의 기하학적 일치. 17세기 초 프랜시스 베이컨이, 1858년에는 지리학자 안토니오 스나이더-펠레그리니가 아프리카와 남아메리카 해안선의 유사성을 이미 지적한 바 있었다. 그러나 베게너는 기존의 현재 해안선 윤곽이 아니라 대륙붕의 실제 가장자리(대륙의 진정한 경계)를 이용하여 훨씬 정밀한 일치를 보여주었다. 이 접근법은 훗날 1965년 E. C. 불라드의 컴퓨터 분석으로 수학적으로 확인되었다.

2. 고생물학적 증거. 현재 광대한 대양으로 격리된 대륙들에서 동일한 화석 생물이 발견된다는 점이 핵심이었다. 담수성 수중 파충류 메소사우루스(Mesosaurus)는 페름기(약 2억 8,000만 년 전) 지층에서 남아메리카와 남아프리카에서만 발견되는데, 이 소형 파충류가 대서양을 헤엄쳐 건너는 것은 생리적으로 불가능하다. 육상 수궁류(therapsid) 리스트로사우루스(Lystrosaurus, 트라이아스기 초)는 아프리카·인도·남극대륙에서 발견되며, 페름기를 대표하는 씨고사리 글로소프테리스(Glossopteris)는 남아메리카·아프리카·인도·남극·오스트레일리아 다섯 대륙에 걸쳐 분포한다. 베게너는 이러한 생물들이 현재와 같이 대양으로 분리된 환경에서는 분포할 수 없으며, 대륙이 한때 연결되어 있었을 때 공통의 서식지를 공유했다고 해석하였다.

3. 지질 구조의 연속성. 산맥과 독특한 지층 서열이 어느 대륙의 해안에서 갑자기 끊겼다가 맞은편 대륙의 해안에서 다시 이어진다. 북아메리카 동부의 애팔래치아 산맥은 스코틀랜드 고지대 및 스칸디나비아의 칼레도니아 습곡대와 일치하고, 남아프리카의 카루(Karroo) 층서는 브라질 산타카타리나(Santa Catarina) 층서와 구조적으로 동일하다. 또한 아프리카와 남아메리카의 석탄층은 대륙을 합쳤을 때 하나의 연속된 석탄 대(belt)를 이룬다.

4. 고기후 이상. 베게너는 장인이자 저명한 기후학자인 블라디미르 쾨펜과 협력하여, 화석이 기록하는 과거 기후(열대 식생, 사막, 빙하 흔적, 산호초 등)를 자신의 고지리 복원 지도 위에 표시하였다. 현재 위치에 그대로 고정된 대륙을 가정하면 이해할 수 없는 기후 이상들이 판게아 지도 위에서는 논리적으로 배열된다. 가장 인상적인 사례는 페름-석탄기(약 3억 년 전) 빙하 시대의 흔적이다: 현재의 열대·온대인 아프리카·인도·오스트레일리아·남아메리카 전역에 빙하 퇴적층이 흩어져 있는데, 이를 판게아로 복원하면 이 모든 증거가 당시 남극 주변에 집중된다 — 이는 곧 이 대륙들이 당시 고위도 남반구에 위치한 하나의 초대륙(곤드와나)을 이루고 있었음을 뜻한다. 역으로, 북극권의 스피츠베르겐 제도에서는 열대성 양치류·소철류 화석이 발견되어, 이 섬이 한때 훨씬 따뜻한 위도에 있었음을 시사한다.

《대륙과 대양의 기원》은 1915년 초판이 출판되었다. 제1차 세계대전으로 인해 독일 밖에서는 거의 알려지지 않았으나, 1922년 세 번째 개정판이 영어·프랑스어·러시아어·스페인어·스웨덴어로 번역되면서 국제적 논쟁의 중심에 서게 되었다. 1929년에 출판된 네 번째이자 마지막 개정판에는 베게너가 이미 얕은 해양이 지질학적으로 더 젊다는 중요한 관찰을 기록해 두었는데, 이는 해저확장설을 예고하는 통찰이었다. 그는 또한 구동력 문제에 대한 솔직한 입장을 이 책에 남겼다: "이 힘의 문제에 대한 완전한 해답은 아직 멀었을 것이다. 대륙이동설의 뉴턴은 아직 나타나지 않았다."

대륙이동설에 대한 학계의 반응은 소수의 지지자를 제외하고는 극도로 적대적이었다. 반대론의 핵심은 구동력 문제였다. 베게너는 지구 자전에 의한 원심력과 태양·달의 인력으로 인한 조석력을 구동 메커니즘으로 제안하였으나, 영국의 지구물리학자 해럴드 제프리스는 이 힘들이 대륙을 이동시키기에는 수십억 배 부족하다는 것을 수학적으로 엄밀하게 증명하였다. 시카고 대학교의 롤린 T. 챔벌린 박사는 "베게너의 가설은 일반적으로 '자유분방한 유형'으로, 우리 지구에 대해 상당한 자유를 취하며 대부분의 경쟁 이론들보다 성가신 추한 사실에 덜 구속된다"고 비판했다. 한 영국 지질학자는 "과학적 정신의 건전함에 대해 평판을 소중히 하는 사람이라면 그런 이론을 감히 지지하려 하지 않을 것"이라고 했다.

이러한 적대적 분위기는 베게너의 학문적 경력에 직접적인 피해를 입혔다. 그는 독일의 어느 대학에서도 교수직을 얻지 못하였는데, 동료 요하네스 게오르기는 "베게너가 특정 교수직의 영역 밖에 있는 일에도 관심을 가진다는 이유로 거듭 탈락했다고 들었다"고 회고하였다. 베게너는 결국 1924년 오스트리아 그라츠 대학교(카를 프란첸 대학교)에 기상학 및 지구물리학 교수로 특별 임용되어서야 학자로서의 안정된 지위를 얻었다. 지지자가 없지는 않았다: 남아프리카의 지질학자 알렉산더 드 투아트는 아프리카와 남아메리카의 화석·층서 유사성에 근거하여 대륙이동설을 강력히 지지하였고, 스위스 지질학자 에밀 아르강은 알프스의 습곡 구조를 대륙-대륙 충돌의 산물로 해석하였다.

1930년 봄, 베게너는 21명의 과학자·기술자로 구성된 독일 그린란드 탐험대를 이끌어 빙원 기후를 체계적으로 연구하기 위한 세 곳의 관측소 설치를 목표로 출발하였다. 탐험은 처음부터 이례적인 악천후로 인해 크게 지연되었다. 빙원 내부 250마일 지점(해발 약 3,000m)에 중간 기지 '아이스미테(Eismitte, 얼음 한복판)'가 설치되었으나, 기지에 필요한 물자의 일부만이 다음 겨울을 버티기에 충분하지 않은 상태로 반입되었다.

베게너는 1930년 9월 21일, 기상학자 프리츠 뢰베 및 13명의 그린란드 원주민 안내인과 함께 15대의 썰매를 이끌고 아이스미테로 직접 향하였다. 혹한과 열악한 눈 상태로 인해 원주민 안내인들 중 1명을 제외한 전원이 돌아갔다. 베게너 일행은 출발 40일 만인 10월 30일에 아이스미테에 도착하였는데, 마지막 5일 동안 평균 기온은 −58°F(약 −50°C), 영하 54°C에 이르는 강풍이 앞에서 불어왔다. 기지에 도착하여 물자가 그런대로 겨울을 버틸 수 있음을 확인한 베게너는 뢰베가 동상으로 기지에 남고, 1930년 11월 1일 — 자신의 50번째 생일 — 젊은 그린란드 안내인 라스무스 빌룸센과 둘이 귀환길에 올랐다. 그러나 두 사람은 해안에 도달하지 못하였다. 이듬해 1931년 5월 12일 수색대가 빙원 약 180km 안에서 베게너의 시신을 발견하였다. 빌룸센이 정성스럽게 매장해 준 것으로 보이는 상태로 발견된 베게너의 표정은 평온하였다고 전한다. 과도한 신체적 피로에 의한 심장마비가 사망 원인으로 널리 받아들여지고 있다. 빌룸센의 시신은 끝내 발견되지 않았다.

베게너의 사후 약 20년 동안 대륙이동설은 지질학계 주류에 의해 여전히 소수 의견으로 취급받았다. 전환점은 1950년대부터 시작되었다. 에드워드 어빙을 비롯한 연구자들의 고지자기(paleomagnetism) 연구는 많은 암석이 현재 어떤 고정대륙 모델로도 설명할 수 없는 방향의 잔류 자기를 기록하고 있음을 밝혔다. 브루스 히젠과 마리 타프의 해저 지형도 작성은 대서양 전체를 관통하는 중앙해령(Mid-Atlantic Ridge)을 드러냈다. 1959~62년에 해리 헤스는 '해저확장설(seafloor spreading)' 가설을 제안하여, 중앙해령에서 새로운 해양지각이 지속적으로 생성되고 해구에서 섭입된다는 메커니즘을 제시하였다. 1963년 바인과 매슈스는 중앙해령 양쪽에 대칭적으로 나타나는 고지자기 역전 줄무늬 패턴이 해저확장설의 직접 증거임을 보여주었다. 1960년대 말에는 맥켄지·파커·모건·윌슨 등에 의해 판구조론이 통합·정식화되어 지질학계에 보편적으로 받아들여졌다. 20세기 말~21세기 초의 GPS 위성 측정은 대륙이 연간 1~10cm의 속도로 실제로 움직이고 있음을 직접 확인해 주었으며, 이는 베게너의 복원과 일치한다(단, 그가 초기에 제안했던 북대서양 연간 250cm라는 수치는 실제의 약 100배에 이르는 오류였다).

판구조론은 지구과학의 통합적 패러다임으로 평가받으며, 그 설명적 범위는 생물학에서의 진화론이나 물리·화학에서의 원자론에 비견된다. 베게너가 제시한 네 가지 증거 노선 — 해안선 일치, 화석 분포, 지질 구조 연속성, 고기후 이상 — 은 현재도 활발히 연구·확장되고 있다.

베게너의 탄생 100주년인 1980년 7월, 독일 브레머하펜에 알프레트 베게너 극지·해양연구소(Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, AWI)가 설립되었다. 이 연구소는 독일 최대의 과학연구기관 중 하나이며, 북극·남극 및 고위도·중위도 해양 연구를 전문으로 하는 세계 선도적 극지 연구 기관이다. 달 표면의 베게너 크레이터(Wegener crater)와 화성의 베게너 크레이터가 그의 이름을 따고 있으며, 소행성 29227 알프베게너(29227 Alfwegener)도 그의 이름을 딴 것이다. 다양한 분야의 증거를 하나의 통합 가설로 종합한 그의 방법론은 오늘날 학제간 과학 연구의 모범으로 평가받는다.

대륙이 이동한다는 베게너의 핵심 주장은 완전히 입증되었다. 판게아에 대한 그의 고지리 복원은 세부적으로 수정되었지만 전반적으로 수용되고 있다. 그러나 이동 속도 추정에는 큰 오류가 있었다: 그는 북아메리카와 유럽이 연간 250cm 이상의 속도로 멀어지고 있다고 제안했는데, 이는 실제 속도(약 2.5cm/년)의 약 100배에 해당하는 값이었다. 구동력으로 제안한 원심력·조석력은 틀린 것으로 판명되었다; 실제 메커니즘은 맨틀 대류와 섭입대에서의 슬래브 인력(slab pull)이다. 또한 판구조론에서는 대륙 지각만이 아니라 대륙 지각과 해양 지각 모두가 일체화된 '판(plate)'으로 움직이며, 베게너가 생각한 것처럼 가벼운 대륙이 무거운 해양 지각을 헤치고 나가는 것이 아니다. 이러한 메커니즘·속도상의 오류에도 불구하고, 그의 경험적 종합과 핵심 통찰의 혁명적 중요성은 조금도 감소하지 않는다.