<사진. 시료의 준비
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

이매패(bivalves)의 화석으로부터 선사의 일사량 추정

- 5천 년 전의 일사량을 약 3시간 간격으로 규명

지구의 기온은 다양한 조건에서 변화하지만, 일사량은 그 중요한 요인 중 하나이다. 일광은 식물의 광합성에 필요불가결한 요소이며, 일사량은 농작물의 생산에 크게 영향을 미친다. 또한 인간을 포함한 거의 모든 식물은 낮과 밤에 행동양식이 다르기 때문에 일조 사이클은 식물의 행동양식에도 영향을 미친다. 이러한 일사량은 지구환경 및 식물에 큰 영향을 미치는 중요한 환경요소이다. 때문에 기후변동 및 그에 대한 생태계의 응답을 조사할 때 과거의 일사량을 이해하는 것이 상당히 중요하다.

그러나 일사량에 관한 정확한 관측 데이터는 장기간 축적된 것이 아니다. 그래서 산호 및 이매패 등 생물이 형성하는 탄산칼슘의 골격에 포함된 미량의 원소 및 동위원소 조성으로부터 그 당시의 환경을 해석하는 방법이 개발되었다. 실제 산호 골격의 스트론튬 함유량은 과거의 수온 지표가 된다는 것이 알려져 있다. 그러나 탄산칼슘 골격을 이용하여 과거 일사량을 추정하는 것에 성공한 사례는 지금까지 없었다. 이것은 일사량과 기온이 연동하여 변하기 때문에 두 개를 분리하여 추출하는 것이 기술적으로 곤란하기 때문이다.

도쿄대학 및 홋카이도대학의 연구그룹은 지금까지 사육한 대왕조개의 껍질에 포함된 미량의 스트론튬과 칼슘의 비율이 일사량의 변화와 높은 상관성을 나타낸다는 것을 밝혀내었다. 화석화된 대왕조개 껍질 스트론튬과 칼슘의 비율을 조사함으로써 지질시료에 기록된 일사량과 기온을 분리하여 추출할 가능성이 있다.

도쿄대학 대기해양연구소 연구팀과 홋카이도대학 연구팀은 오키나와현 이시가키섬에서 세계 최대의 이매패인 대왕조개 화석을 채집하여 이차원 고분해능 이차이온질량분석계를 이용하여 화석 대왕조개 껍질에 포함된 스트론튬과 칼슘의 비율을 분석하였다.

대왕조개가 성장한 시대는 시료에 포함된 방사성탄소의 양으로부터 기원전 3086~2991년으로 판명되었다. 이 시대는 기온이 현재보다 높고, 해수준이 높았던 중기완신기 말에 해당한다. 대왕조개의 성장속도는 연간 수 밀리미터에 이르기 때문에 2마이크로미터의 공간 해상도로 껍질에 포함된 미량의 원소를 분석하면 2~3시간이라는 간격으로 추정할 수 있다. 연구그룹은 대왕조개 껍질의 한쪽 면에서 약 2년분의 기록을 추출하여, 특히 명확한 일륜(日輪, 낮과 밤에 조개 껍질의 성장속도가 달라 생기는 줄무늬 조직)이 확인된 겨울 층의 스트론튬/칼슘 비율을 약 3시간의 높은 시간해상도로 분석하는데 성공하였다.

분석결과, 껍질에 포함된 스트론튬/칼슘의 비율은 성장속도가 느린 야간에 상승하고, 성장속도가 빠른 일중에 저하된다는 명확한 일주기변화를 나타내었다. 특히 명확한 주기 팬턴을 얻을 수 있었던 2년분의 겨울 데이터를 해석한 결과, 최초의 겨울 평균 단위시간당 일사량은 2.0±0.17MJ/m2이며, 현재 맑은 날의 평균 일사량에 해당한다는 것으로 판명되었다. 이 결과로부터 온난기인 중기완신기에는 겨울의 일사량이 현재와 동일하거나 아주 약간 높았을 가능성을 시사하였다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr