<사진. oceancurrents
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑>

강하고 오래 동안 지속된 빙하기의 원인은?

기후학자들은 빙하기 주기가 4만1천년에서 10만년으로 증대됨을 보여준 후  지난 수 십 년 동안 약 90만 년 전 빙하기 주기가 더욱 길어지고 추워지는 이유를 설명하려고 한다. 저널 사이언스(Science)에 발표된 최근 연구에서 과학자들은 아마도 북쪽 얼음 커버의 확장 때문에 전 세계로 열을 전달하는 심해 해류가 지연되거나 심지어 멈췄음이 발견됐다고 밝혔다. 그들의 가설은 느려지는 해류가 해양 이산화탄소의 저장을 증대시켜 대기 중 이산화탄소가 감소되고 차가운 온도가 유지됐으며 기후시스템은 새로운 상태의 더 춥지만 빈도가 적은(주기가 긴) 빙하기로 전환됐다는 것이다.

논문의 주저자인 콜롬비아 대학교(Columbia University) 라몬트-도허티 지구관측소(Lamont-Doherty Earth Observatory) 고(古) 해양학자 레오폴도 페나(Leopoldo Pena)는 “해양은 더욱 오랜 기간 동안 더욱 많은 이산화탄소를 저장하기 시작했다”고 말하면서 “우리가 제시한 증거는  빙하기 속도를 늦추고 빙하기를 더 강하게 하는 데는 해양의 중요한 역할이 있음을 보여준다”고 전했다.

연구자들은 남아프리카 공화국(South Africa) 근해에서 심해(深海) 퇴적물 샘플을 얻어 고대 심해 해류의 힘을 재현했는데 이곳은 북대서양에서 생성된 강한 해류가 남극으로 지나가는 길이다. 고대 해류가 활발하게 이동한 정도는 북대서양 해수가 얼마나 많은 해류를 만들었느냐에 따라 추측될 수 있으며 이는 북대서양 해수의 징후를 담은 네오디뮴(neodymium) 동위원소 비율을 측정해 파악할 수 있다. 과학자들은 테이프리코더(tape recorder)처럼 고대 플랑크톤 조가비를 이용, 해수 시그널을 통합시켜 남아프리카 공화국 근해에서 해류가 더욱 강해지고 약해진 시기를 근접하게 추정할 수 있다.

연구자들은 과거에 여겨졌던 것처럼 지난 120만년 동안 컨베이어를 닮은 해류는 온난한 기간에 강화되고 빙하기에는 약해졌음을 확인했다. 그러나 95만 년 전 해양 순환은 극도로 약해지고 약화된 상태가 10만년 동안 지속됐다는 사실도 발견했다. 같은 기간 동안 간빙기(빙하기 사이의 온난한 기간)가 끝나고 빙하기가 복원될 때 지구는 더 장기간 지속되는 새로운 10만 년 주기의 빙하기로 들어갔다. 연구자들은 이러한 터닝 포인트 이후 심해 해류는 빙하기 동안 약해졌으며 빙하기는 더욱 추워졌음을 발견했다.

논문의 공동저자인 라몬트-도허티 지구관측소의 지구 화학자, 스티븐 골드스타인(Steven Goldstein)은 “우리가 해양 순환 시스템의 이같이 중요한 브레이크다운을 발견한 것은 매우 놀라운 일”라고 말하면서 “이 때문에 빙상은 녹을 때 성장해 최초의 10만년 주기의 빙하기가 생성됐다”고 전했다.

한편, 공전궤도의 변화로 인해 햇빛 양이 변화하면서 빙하기는 예측가능한 시간 간격으로 도래하고 사라진다. 그러나 공전궤도의 변화만으로는 갑작스럽게 더욱 장기화된 빙하기를 설명하기에는 충분치 않다.

빙하기 변이에 대한 선행 가설에 따르면, 북미의 전진하는 빙하가 캐나다의 토양을 벗겨 더욱 두꺼워지고 남아있는 암상에 오랫동안 지속되는 얼음을 만들었다고 한다. 이러한 아이디어를 만든 연구자들은 전진하는 빙하가 심해 해류의 속도를 늦추었을지도 모르며 이 때문에 해양은 이산화탄소를 적게 토해냈고 후행하는 간빙기를 압박했다는 것이다. 2009년 사이언스(Science)에 발표된 라몬트-도허티 지구관측소의 베르벨(Barbel Honisch)이 지도한 연구는 이산화탄소 수준은 그 당시에 급격하게 감소했음을 확인했다.

골드스타인은 “빙상은 해양 순환시스템을 약한 모드로 전환하는 임계 상태에 도달했음이 틀림없다”고 말했다.

핸드폰과 헤드폰, 컴퓨터, 풍력터빈에서 중요한 성분인 네오디뮴은 고대 해류의 강도를 측정하는 데도 이용된다. 2000년 네이처에 발표된 연구에서 골드스타인과 동료들은 심해 퇴적물 샘플의 네오디뮴 비율을 이용해 해양순환이 빙하기 때 느렸다는 것을 보여줬다. 그들은 사이언스에 발표된 후속연구에서 동일한 방법으로 기후변화가 해류 변화에 선행했음을 보여줬다. 지구 지각의 미량 원소인 네오디뮴은 침식을 통해 대륙에서 해양으로 씻겨가며 자연 방사성 붕괴는 거대한 땅덩어리에 독특한 징후를 남긴다.

골드스타인과 그의 라몬트-도허티 지구관측소 동료인 시드니 헤밍(Sidney Hemming)은 1990년대 후반에 이 방법을 개척했다.

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