1800년대 후반 유럽 - 인구증가와 식량 부족(표토 생성 메커니즘)

1800년대 후반 유럽 - 인구증가와 식량 부족(표토 생성 메커니즘)

1800년대 후반 유럽 - 인구증가와 식량 부족(표토 생성 메커니즘)

1800년대의 산업혁명기에 대해 알아보겠습니다. 산업혁명기에 일어난 가장 중요한 변화는 노동의 주체가 사람에서 기계로 바뀐 것이죠. 일, 즉 노동을 기계가 하게 되면서 많은 사회적 변화가 따라옵니다. 노동생산성이 증가하고 경제규모가 확대되기 시작하면서 사람들의 생활 수준도 향상되기 시작합니다. 동시에 인구가 증가하기 시작했습니다. 유럽을 중심으로 인구가 증가하면서 소비가 늘어났고, 소비가 늘어나는데 따라서 물질에 대한 수요가 증가를 했죠. 그런데 실제로 이 물자의 수요를 맞춰줄 만큼 물자의 공급이 따라가 주지를 못했습니다. 그래서 1800년대에 들어서면서 유럽은 극심한 물자의 공급 부족을 경험하기 시작하죠. 물자의 공급 부족 문제 중에서도 가장 심각한 것은 사람들이 먹고살아야만 하는 식량이었습니다. 인구는 늘어나는데 그 많은 인구들을 충분히 먹여 살릴 수 있는 식량이 확보되지 못했던 것이죠. 여러분이 잘 알다시피 이 식량은 땅에서 우리가 경작하는 곡물과 작물에서 얻어지죠. 그래서 식량 증가의 핵심은 표토입니다. 땅의 가장 윗부분을 덮고 있는 흙인 표토가 건강하고 비옥해야만 땅에서부터 충분한 양의 식량을 확보할 수가 있는 것이죠. 우리가 표토에 대해서 이해하기 위해서는 표토의 생성 메커니즘을 알 필요가 있는데요. 표토의 생성 메커니즘은 다음과 같습니다.

표토의 생성 메커니즘

비옥한 흙인 표토가 생성되는데 대해서 핵심적인 역할을 하는 것은 바로 식물의 광합성 반응입니다. 식물은 공기 중에 있는 이산화탄소를 흡수하고 뿌리에서 땅으로부터 물을 흡수한 후 이들 이산화탄소와 물로부터 광합성 반응을 통해서 유기물을 만들어내죠. 이때 반드시 필요한 것이 바로 태양빛입니다. 태양빛이 비치어야만 식물에서는 광합성 반응이 일어나죠. 이 과정에서 식물은 광합성 작용을 통해서 태양에너지를 흡수하게 됩니다. 그리고 이렇게 흡수한 태양에너지를 유기물 속에 화학 에너지의 형태로 변환을 해서 저장해 놓게 됩니다. 그리고 이 광합성 작용을 통해서 만들어진 유기물로 식물은 자신의 몸을 만들죠. 이파리를 펼치고, 열매를 만들고, 가지는 더욱 두꺼워지죠. 이처럼 식물은 광합성 작용을 통해서 태양에너지를 화학 에너지로 변환해서 유기물의 형태로 자신의 몸에 저장해 놓게 됩니다. 그렇게 식물의 몸에 저장된 화학 에너지는 결국 때가 되면 낙엽을 떨구거나, 열매를 떨구거나, 부러진 가지를 떨구는 방식으로 땅으로 갑니다. 식물의 몸속에 유기물의 형태로 저장된 화학 에너지가 결국에는 땅에 떨어져서 땅속에 축적되는 것이죠. 나무들은 자라면서 광합성 작용을 통해서 태양에너지를 흡수하고 그 태양에너지를 유기물 속에 화학 에너지 형태로 저장했다가 결국에는 땅에다 떨구게 됩니다. 그러면 이 표토에서는 유기물의 농도가 증가하기 시작하죠. 표토 속에 유기물이 늘어나면 그곳에 미생물들이 증식하기 시작합니다. 그러면 이 미생물들이 유기물을 먹고 분비물을 뱉어내게 되는데 이 뱉어놓은 분비물 때문에 원래 녹지 않던 흙 안에 있는 다양한 금속성분들이 녹아나기 시작합니다. 이것을 우리들은 미네랄 성분이라고 하죠. 그래서 표토의 속에는 굉장히 많은 양의 유기물과 다양한 종류의 미네랄 물질이 풍부하게 녹아있게 됩니다. 그러면 이 표토에서 자라는 식물들은 다시 이 유기물과 미네랄을 흡수를 하게 되고 그 흡수한 유기물과 미네랄을 우리가 다시 또 섭취하게 되는 것이죠. 이와 같은 과정을 거쳐 표토가 생성되는데, 가장 왕성하게 표토를 생성하는 것은 바로 나무들이 빽빽하게 들어서 있는 숲입니다. 따라서 이 표토는 숲의 산물입니다.

표토와 숲

숲에 있는 나무들이 태양에너지를 받아서 광합성 작용으로 자신의 몸속에 태양에너지를 유기물의 형태로 축적을 하게 되면, 결국 세월이 흐르면서 그렇게 식물의 몸속에 축적되어 있던 유기물은 결국 표토 속으로 들어가서 저장되죠. 그래서 이 표토가 건강해야만 그 위에서 작물들이 튼튼하게 자라게 되고 이로부터 충분한 양의 식량을 얻을 수 있게 되는 것입니다. 중세 시대의 약 1000년에서 1300년까지 300년에 걸쳐 십자군 전쟁이 유럽 지역을 휩쓴 이야기를 했던 적이 있습니다. 1000년에서 1300년까지 유럽 전역을 십자군 전쟁이 휩쓸면서 당시에 유럽에 있는 모든 사람들은 자기 자신을 철제 무기로 무장하기에 혈안이 되었습니다. 이 철제 무기를 만드는데 필요한 굉장히 많은 양의 양질의 숯이 필요로 했죠. 그래서 그 당시에 유럽 전역을 덮고 있었던 소위 온대 산림이라는 숲에서 아름드리나무를 마구 잘라 가기 시작합니다. 그 결과 중세가 지나면서 유럽 지역에서는 굉장히 넓은 면적의 숲이 사라지게 됩니다. 그리고 숲이 사라진 자리에는 오랜 세월 동안 숲이 만들어 놓은 아주 비옥한 표토가 남게 되었죠. 사람들은 이 비옥한 표토를 활용하기 위해서 나무를 잘라서 숲을 없앤 자리에 농경지를 만들게 됩니다. 그 결과 유럽 지역에는 갑자기 경작지의 면적이 늘어나게 되고, 이 경작지에 곡물과 작물을 심게 됩니다. 그러면 이 곡물과 작물들이 태양에너지를 흡수해서 유기물의 형태로 자신의 몸속에다가 화학 에너지를 화학 에너지를 저장해 놓게 되죠. 그러면 우리 사람들이 경작지에 자란 곡물과 작물을 수확을 해서 식량으로 섭취를 하게 됩니다. 이렇게 사람들이 경작지에 경작한 곡물을 수확해서 식량으로 먹는 것은, 원래는 태양에너지가 식물의 몸속에 저장되었다가 표토에 공급되면서 땅으로 가야 되는 화학 에너지를 우리 사람들이 중간에서 가로채어 가는 것과 같습니다. 경작지에서 이처럼 사람들이 수확을 거듭하다 보면 결국에는 표토에 있던 영양분이 다 사라지게 됩니다. 태양에너지가 화학 에너지로 전환된 후에 표토에 에너지를 공급해야만 하는데 그 에너지를 중간에 우리가 식량으로 수확하여 섭취하게 되면서 공급이 끊긴 것입니다. 더구나 표토가 원래 가지고 있었던 지난 오랜 세월 동안 축적되어 온 유기물과 미네랄들도 그 과정에서 오히려 더 가져가게 됩니다. 결국에는 표토가 없어진 흙만 남게 됩니다. 영양분이 전혀 없는 것이죠. 에너지가 전혀 없는 흙이 남게 되는 것인데, 이것을 우리는 영어로 depleted soil이라고 일컫습니다. 일단 이렇게 표토가 없어지게 되면 농업 생산량이 급감하게 됩니다. 결국에는 과거에 우리가 얻게 되던 식량의 양이 갑자기 빠른 속도로 감소하게 됩니다. 바로 이와 같은 현상이 1800년대 유럽에서 굉장히 빠른 속도로 진행되었던 것이죠. 한쪽에서는 인구가 증가하고 소비도 늘어나고 많은 물자가 필요한데 오히려 표토는 굉장히 척박해지면서 수확되는 식량의 양은 줄어드는 길을 걷고 있었던 것입니다.

표토에 필요한 3가지 성분과 화학적 특징

이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 어쩔 수 없이 농업 생산량을 유지하기 위한 영양분을 인위적으로 넣어주어야 합니다. 이처럼 식물이 필요로 하는 중요한 영양성분 몇 가지를 인위적으로 넣어 주기 위해서 사용하는 물질을 우리는 “거름”이라고 합니다. 식물이 성장하기 위해서는 표토에서 굉장히 다양한 성분을 흡수해야 됩니다. 그중에서도 없으면 안 되는 굉장히 중요한 성분 3가지가 있습니다. 그것은 바로 질소, 인, 포타슘입니다. 이 포타슘은 과거에는 흔히 우리가 칼륨이라고도 불렀죠. 칼륨을 요즘에는 공식적으로 포타슘이라고 부릅니다. 원소기호로 나타내면 질소는 N이고 인은 P, 포타슘은 K입니다. 이 세 성분은 식물이 성장하기 위해서는 없어서 안 되는 필수적인 성분인데, 이 세 가지 성분을 비료의 3요소라고도 부릅니다. 이 3가지 성분 중에서도 가장 부족한 성분은 바로 질소입니다. 왜냐하면 자연이 토양에 공급해주는 질소의 양에는 한계가 있었기 때문입니다. 사실 우리 주변에는 굉장히 많은 양의 질소가 존재합니다. 바로 공기 중에 있죠. 공기는 약 5분의 4인 약 80%가 질소로 구성되어 있습니다. 우리 주변에는 굉장히 많은 질소가 있는 것입니다. 하지만 분자 상태의 질소는 굉장히 반응성이 낮아서 우리 식물과 동물이 전혀 흡수할 수가 없습니다. 공기 중에 질소가 많기는 하지만, 사실상 아무 소용이 되지 않는 것이죠. 공기 중의 질소를 우리 식물이나 동물이 흡수하려면 일단 흡수할 수 있는 형태로 변해야 합니다. 가장 대표적인 형태가 질산 음이온인 NO₃－¹입니다. 공기 중의 질소를 이 질산 음이온으로 변질시켜주는 자연에서의 메커니즘이 바로 번개입니다. 하늘에서 번개가 치면 이 번개의 높은 에너지에 의해서 공기 중에 있는 질소와 산소 분자가 깨집니다. 이처럼 질소 분자와 산소 분자가 번개가 치는 과정에서 깨지면 이 깨진 쪼가리들이 다시 결합을 하면서 일산화질소인 NO를 만들게 됩니다. 일산화질소는 굉장히 불안정해서 공기 중에 있는 산소를 만나면 다시 또 반응을 해서 이산화질소인 NO₂를 만들게 됩니다. 질소 하나가 산소 하나와 반응하기도 하고 질소 하나가 산소 두 개와 반응하기도 하는 것이죠. 그래서 1이나 2를 X로 표현함으로써 이들을 통칭 낙스(NOx)라고 부리기도 합니다. NO와 NO₂를 모두 통틀어서 낙스 기체라고 부르는 것이죠. 낙스 기체는 물을 굉장히 좋아합니다. 그래서 낙스 기체가 구름 속에서 물을 만나면 질산을 만들게 됩니다. HNO₃입니다. 질산은 굉장히 강한 산이기 때문에 해리를 해서 수소 양이온과 질산 음이온이 됩니다. 그리고 비가 쏟아지면 이 빗물 속에 포함된 질산 음이온이 땅에 공급되고 이 땅에 공급된 질산 음이온을 식물이 흡수를 합니다. 질소 성분을 공급받은 식물은 그 질소 성분을 이용해서 단백질을 합성하게 됩니다. 그런데 이런 방식으로 자연으로부터 공급되는 질산 음이온의 양에는 한계가 있습니다. 그래서 식량증산을 하는 데 있어서는 자연에서 공급되는 질소로는 턱없이 모자랐던 것이죠. 따라서 농업 생산량을 유지하기 위해서는 이 3가지 성분, 특히 질소를 보충해주기 위해서 많은 거름을 사용해야만 했습니다.