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- 시추현장: 동남극 고원 해발 3,233m, 영하 40도-영하 52도, 매주 약 170m씩 시추 중.
- 지질학자들의 빙하기에 관한 정의, 극지방이 영구적으로 얼음으로 덮인 시기
- 현재 지구 평균 기온 15.1도, 한때는 36도까지 올라가고, 11도까지 내려간 적도 있다.
- 지구 온도와 대기 중 이산화탄소 농도 사이에 강한 상관관계.
- "이산화탄소 농도가 낮으면 춥고, 높으면 따뜻하다"

지구의 온도 변화 곡선
                                                 글 ; 토르스텐 담벡(Thorsten Dambeck)

지구에서 가장 외딴 곳, 남극 빙상 아래에는 가장 차가운 기후 기록 보관소가 있다. 자연은 빙상 깊숙한 곳에 과거 기후와 환경의 흔적을 남겨 놓았다. 공기의 화학적 조성이나 온도 등, 전문가들은 남극 빙상에서 지구 기후 역사에 대한 정보를 추출할 수 있다. 이제 새로운 빙핵을 통해 그들은 이전보다 더 먼 과거의 기후를 탐구하려고 한다. 

▲ 남극 리틀 돔 C 시추 캠프에 있는 이 동굴은 인근에서 채취한 심층 빙핵을 임시로 보관했던 곳이다. 사진: © picture alliance / AP

시추 현장인 동남극 고원은 해발 3,233m까지 솟아 있다. 극지방은 약 1,600km, 해안은 1,000km 이상 떨어져 있다. 여름에도 이곳 온도는 태양에서 멀리 떨어진 화성의 온도와 비슷하다. 거의 항상 영하 40도, 때로는 영하 52도까지 내려간다. 2021년부터 기후 연구원들은 매년 11월부터 3월까지 빙상에 시추 장비를 설치해 시추 작업을 시작했다. 그들은 매주 약 170m씩 뚫고 들어갔다.

"2025년 1월, 마침내 얼음 아래의 기반암에 도달했다." 알프레드 베게너 연구소를 위해 현장 시추 작업을 조직한 브레머하펜의 프랑크 빌헬름스는 회상했다. 그는 기후 역사에서 중요한 질문에 대한 답을 찾고 있다. 약 100만 년 전, 가장 최근의 지질 시대인 제4기 중반에 따뜻한 시기와 빙하기의 주기가 약 4만 1천 년에서 10만 년으로 바뀐 이유는 무엇일까? 온실가스는 이 과정에서 어떤 역할을 했으며, 태양계의 천체들은 어떤 역할을 했을까?

기후 변화: 과거와 현재

과거 기후를 연구하는 지구과학의 한 분야인 고기후학이 활발히 연구되고 있다. 지구의 기후는 항상 일정하지 않았다. 예를 들어, 극지방조차 얼음이 없었던 긴 시기가 있었다. 하지만 지구 전체가 수백만 년 동안 거대한 눈덩이처럼 얼음으로 뒤덮여 있던 극심한 빙하기도 있었다.

지질학자들은 일반적으로 빙하기를 극지방이 영구적으로 얼음으로 덮인 시기로 정의한다. 이는 일반적인 용어 사용과는 다르다. 이 정의에 따르면, 남극 대륙은 3400만 년 동안, 그린란드 빙상은 최소 270만 년 동안 얼음으로 덮여 있었기 때문에 우리는 현재 빙하기에 살고 있다. 따라서 현재 시대는 과학적으로 "간빙기"라고 불리는데, 이는 지질학적 빙하기 내의 온화하고 일시적인 단계를 의미한다.

▲ 이곳은 심해에서 150만 년 된 얼음을 채취한 곳이다. 리틀 돔 C 시추 캠프는 2021년 말 남극 해발 3,233미터에 건설되었다. 여름에도 이곳의 기온은 영하 40도를 넘는 경우가 드다. © Alfred Wegener Institute / Barbante © PNRA /IPEV

 

현재 지구 평균 기온은 섭씨 15.1도다. 고기후학자들은 선사 시대 지구의 평균 기온이 어떠했을지 추정하는 것이 목표다. 지구 기후의 장기적인 변화는 다른 연구 분야에도 과학적 관심을 불러일으킨다. 지구 기후에 대한 인간의 개입이 가져올 결과를 예측하려면 기후의 자연적인 흐름을 이해해야 한다. 고생물학도 마찬가지다. 정확한 고기후 데이터를 기반으로 해야만 생명의 역사를 이해할 수 있다. 심지어 천문학도 혜택을 받는데, 거주 가능한 행성을 찾는 과정에서 그 행성들의 기후를 지구와 비교할 수 있기 때문이다.

지배적인 이산화탄소

2024년 9월, 권위 있는 학술지인 사이언스(Science)는 워싱턴 D.C.에 있는 스미소니언 국립 자연사 박물관의 에밀리 저드(Emily Judd)가 이끄는 연구팀의 새로운 분석 결과를 발표했다. 이 연구는 4억 8500만 년에 걸친 지구 기온 추이를 추적했다. 이는 지구가 오늘날 우리가 알고 있는 행성으로 형성된 가장 최근의 시대인 현생누대* 대부분을 포함하는 매우 긴 기간이다.

*약 5억 4천 백만 년 전부터 현재까지를 의미하는 지질학적 용어로, 다양한 동물과 식물 등이 존재했던 시기

고대 해양의 온도와 같은 과거 온도를 직접 측정하는 것은 불가능하기 때문에 소위 대리 지표(proxies)가 사용된다. 저드 연구팀은 시뮬레이션과 결합해 이러한 방법을 통해 온도를 추정할 수 있었다. 그들은 화석화된 해양 동물의 껍데기를 포함한 5개의 서로 다른 지구화학적 기록 보관소에서 15만 개 이상의 데이터 포인트를 고려했다.

연구 결과는 변동적인 추세를 보여준다. 전반적으로 지구는 추운 기후보다 따뜻한 기후를 더 자주 경험했다. 한때 지구 평균 지표면 온도가 무려 36도까지 치솟기도 했다. 하지만 저드 연구팀은 온도가 현재 수준보다 훨씬 낮은 11도까지 떨어진 적도 있다는 사실을 발견했다.

▲ 브레머하펜에 있는 헬름홀츠 극지해양연구센터의 알프레드 베게너 연구소 소속 프랑크 빌헬름스는 세계에서 가장 오래된 빙핵의 추출 및 분석 작업에 참여하고 있다. © Esther Horvath / Alfred Wegener Institute

열대 지역의 평균 온도는 22도에서 42도 사이였다. 지구 온도와 대기 중 이산화탄소 농도 사이에는 강한 상관관계가 있다. 이번 연구에 참여한 애리조나 대학교의 제시카 티어니는 "이산화탄소 농도가 낮으면 춥고, 높으면 따뜻하다"고 요약하며, "이번 연구는 지구 역사 전반에 걸쳐 이산화탄소가 지구 온도에 가장 큰 영향을 미쳤다는 것을 분명히 보여준다"고 결론지었다.

온도 변화 곡선은 지구 기후가 5천만 년 이상 냉각기를 거쳐 왔음을 보여준다. 이러한 장기적인 추세 속에서, 259만 년 전 제4기가 시작되면서 새로운 시대가 열렸고, 이 시기는 빙하기와 간빙기가 연속적으로 나타나는 특징을 보였다. 현재 남극에서 진행 중인 시추 프로젝트는 본질적으로 1996년에 시작되어 최대 80만 년 된 얼음을 포함하는 약 3,500m 길이의 빙핵을 채취한 EPICA("남극 빙핵 시추를 위한 유럽 프로젝트") 시추의 연장선상에 있으며, 이 시기의 데이터를 수집하는 데에도 목적이 있다. 이 기간 뚜렷한 빙하기가 여덟 차례 발생했다.

그러나 EPICA 프로젝트는 소위 중기 플라이스토세 전환기, 즉 4만 1천 년 주기에서 현재의 10만 년 주기로의 전환에 대한 정보를 제공하지 못했다. 이 전환기는 훨씬 더 오래된 얼음에 기록되어 있으며, 이것이 바로 새로운 시추 프로젝트의 이름이 "EPICA 너머 - 가장 오래된 얼음"인 이유다. 이탈리아, 프랑스, ​​벨기에, 영국, 덴마크, 스웨덴, 노르웨이, 네덜란드, 스위스, 독일의 과학 연구 기관들이 이 복잡한 프로젝트에 협력하고 있다. 새로 채취한 빙핵은 길이가 약 2,800m로 이전 빙핵보다 짧지만, 시추공 현장 분석 결과 EPICA 빙핵보다 오래된 얼음을 포함하고 있는 것으로 나타났다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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