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2백만 년 동안의 해수면 데이터, 빙하기 미스터리에 관한 가능한 해답 밝혀

빙하기의 리듬이 변화한 이유
2백만 년 동안의 해수면 데이터, 빙하기 미스터리에 관한 가능한 해답 밝혀

빙하기 중반, 추운 시기와 따뜻한 시기의 리듬이 갑자기 바뀌었는데, 그 이유는 무엇이었을까? 지난 450만 년 동안의 해수면 변화에 대한 새로운 재구성을 통해 가능한 해답이 제시됐다. 이는 빙상 성장이 이러한 변화를 초래했다는 일반적인 가설 중 하나를 반박한다. 연구팀은 "Science"에 발표한 논문에서 해류의 변화와 빙괴 내부의 이동이 이러한 리듬 변화의 원동력이었던 것으로 보인다. 

▲ 빙하기 중반에는 추운 기간의 빈도가 41,000년에서 1,000,000년으로 증가했다. 그런데 왜 그럴까? © Ray Hems/ Getty Images

빙하기(Pleistcene:플라이스토세)는 약 260만 년 전에 시작되어 약 1만1700년 전에 끝났다. 이 기간 광범위한 빙하기를 동반한 추운 시기와 더 따뜻한 간빙기가 규칙적인 리듬으로 번갈아 나타났다. 이러한 변화의 원동력은 지구 궤도의 모양 변화와 지구 자전축의 흔들림이었다. 두 가지 모두 태양 복사량의 변동과 기후 변화를 초래했다.

그러나 빙하기 주기의 빈도는 일정하게 유지되지 않았다. 처음에는 4만 1천 년마다 한랭기가 있었지만, 중기 플라이스토세, 약 120만 년에서 70만 년 전에는 이 간격이 10만 년으로 늘어났다. 그렇다면 이러한 변화는 어떻게 일어났을까? 한랭기의 빈도가 갑자기 바뀐 이유는 무엇이었을까?

빈도 변화의 원인은?

빙하기 주기변화의 원인으로 여러 가설이 논의되고 있다.
한 가지 가능한 설명은 중기 플라이스토세에 지구 대기의 이산화탄소 함량이 크게 감소했다는 것이다. 예를 들어, 규산염 풍화 작용이나 이산화탄소와 황철석의 반응과 같은 이산화탄소 결합 지구화학적 과정 때문이다. 이로 인해 지구 기후가 냉각되고 빙상이 성장했으며, 얼음 형성과 융해 사이의 주기가 더 길어졌다.

두 번째 가설은 해류의 변화와 빙괴의 이동이 결정적인 요인이었다는 것이다. 예를 들어, 특정 해양 지역의 혼합 감소는 대기 중 이산화탄소 방출을 감소시켰을 수 있다. 이로 인해 기후 냉각이 발생하고 기후 패턴이 변화했다. 따라서 이 과정은 당시 빙상의 크기와는 무관했다.

지난 450만 년 동안의 해수면 검토

오리건 주립대학교의 피터 클라크(Peter Clark)가 이끄는 연구진은 이러한 가설 중 어느 것이 맞는지 조사했다. 그들은 퇴적물 코어에서 추출한 화석 유공충의 데이터를 사용했다. 이 작은 해양 동물의 껍질은 평생 산소 동위원소 비율을 보존하며, 이는 기후, 빙하 작용의 정도, 그리고 해수면에 대한 정보를 제공한다. 클라크와 그의 연구팀은 이 동위원소 데이터를 기반으로 지난 450만 년 동안의 평균 지구 해수면 변화를 재구성하는 새로운 방법을 사용했다.

이 재구성 결과, 약 450만 년에서 400만 년 전에는 해수면이 오늘날보다 최대 20m 높았고 빙하 작용은 미미했음이 밝혀졌다. 그러나 빙하기가 시작되면서 이러한 상황은 바뀌었다. 해수면은 처음에는 오늘날 수준으로 떨어졌다가 시간이 지남에 따라 춥고 따뜻한 시기에 따라 변동했다. 연구팀이 발견했듯이, 거대한 빙상이 매우 빠르게 성장하여 해수면이 현재 수준보다 약 80m나 낮아졌다.

▲ 플라이스토세 한랭기에는 북반구의 상당 부분이 빙상으로 덮여 있었다. © Ittiz/CC-by-sa 3.0

빙상 확대 대신 변화된 해류

그러나 중요한 점은 새로운 데이터가 중기 플라이스토세에 빙상이 급격하고 크게 확대되었다는 주장을 반박한다는 것이다. 클라크는 "이 발견은 중기 플라이스토세로의 전환에 대한 기존의 통념에 도전하며 새로운 설명을 제시하도록 강요한다"고 말했다. 클라크에 따르면, 당시 빙하기 빈도의 변화는 주로 빙권의 변화와 급격한 기온 하락 때문은 아니었다.

플라이스토세 후반기에 이러한 변화가 나타난 이유는 주로 공기, 물, 그리고 빙하의 이동 변화 때문이었다. 바람과 날씨, 그리고 남극해와 같은 해류의 변화는 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 데 유리했고, 이는 지속적으로 차가운 기후를 유지하게 했다. 이는 안정적인 빙상 형성과 빙하기 초기보다 더 긴 주기를 촉진했다.

두 번째 가설에 대한 증거

따라서 이 발견은 두 번째 가설을 뒷받침하는 경향이 있다. 클라크는 "이러한 대규모 빙상이 전체 기간 존재했다는 사실은 빙상의 형성과 붕괴가 외부 역학보다는 기후 시스템의 내부 피드백에 더 큰 영향을 받았을 가능성이 있음을 의미한다"고 설명했다. 이는 지구 대기의 변화가 빙하 순환뿐만 아니라 빙상 자체의 변화도 변화시켰음을 시사한다. 클라크는 "이것은 빙하기 역사에 대한 우리의 이해에 있어 패러다임의 전환을 의미한다"고 말했다.

기후 역사에 대한 이러한 통찰력은 오늘날 기후 시스템의 상호작용에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 클라크는 "과거를 이해하는 능력은 빙상과 기후 사이의 상호작용을 더 잘 이해하고 미래에 우리가 경험할 수 있는 것에 대한 맥락을 제공한다"고 말했다.

참고: Science, 2025; doi: 10.1126/science.adv8389
출처:American Association for the Advancement of Science, Oregon State University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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