과학자들이 가장 오래된 빙핵을 채취한 남극의 앨런 구릉. 줄리아 마크스-피터슨 제공


고대 얼음 속 공기를 직접 측정해본 결과, 온난화 시기였던 300만년 전 지구의 이산화탄소 농도가 여태 예측해왔던 것보다 훨씬 더 낮았다는 연구 결과가 나왔다. 이는 아주 작은 온실가스 농도 변화로도 지구 기후 시스템이 큰 영향을 받을 수 있다는 사실을 시사한다.
줄리아 마크스-피터슨 미국 오리건주립대 교수와 연구진은 남극 앨런 구릉 ‘블루 아이스’ 지역에서 채취한 고대 얼음 속에 담겨있는 300만년 전의 지구 대기를 측정·연구한 결과를 최근 바다이야기부활 네이처에 발표했다. 얼음은 주변 공기를 포함해 얼어붙기 때문에 켜켜이 쌓인 남극의 빙하는 과거 지구 대기를 그대로 품고 있으나, 오래된 빙하코어(빙하에 구멍을 뚫어 시추한 원통형 시료)를 채취하기 위해선 지하로 깊이 내려가야 한다는 어려움이 있다. 이에 과학자들은 산맥 사이에 빙하가 형성된 앨런 구릉의 비교적 얕은 지역에서 지구 상에서 가장 오래된 빙하코어 황금성오락실 를 채취하는 데 성공해 여러 연구를 진행해오고 있다.
이번에 연구진은 이 빙하코어를 연구해 310만년 전부터 50만년 전까지의 이산화탄소와 메탄 농도를 처음 측정했는데, 그 결과 대기 중 이산화탄소 평균 농도가 “290만년 전~120만년 전 사이 약 20ppm 감소한 뒤 80만년 전까지 큰 변화 없이 안정적으로 유지된 것으로 나타났다”고 바다이야기#릴게임 연구진은 밝혔다. 특히 미생물 호흡의 영향을 보정해 분석한 결과 “(플라이오세 후기에 해당하는) 280만년 전~310만년 전 대기 중 이산화탄소의 평균 농도는 (그 이후인) 초기 플라이스토세와 구별할 수 없는 250ppm(±10ppm) 수준이었다”고 밝혔다. 이 기간 대기 중 메탄(CH4) 평균 농도에는 뚜렷한 변화가 없던 것으로 나타났다.
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빙핵 속 기포들의 모습. 미국 오리건주립대 누리집 갈무리


이 수치는 그간 과학자들이 간접적으로 추정해왔던 것보다 훨씬 낮은 수준이다. 플라이오세는 533만년 전부터 258만년 전까지 지속된 지질시대로, 이전보단 서늘해졌지만, 지 알라딘릴게임 금의 지구보다 온도가 3도가량 높을 정도로 온난했다. 후기 들어 점차 냉각되어 이후 플라이스토세의 본격적인 빙하기가 이어진다. 과학자들은 이 시기 대기 중 이산화탄소 농도가 지금과 비슷한 400ppm 정도일 거라 추정해왔다. 지구 역사상 이산화탄소 농도가 가장 높았던 시기라는 측면에서, 300만년 전인 중기 플라이오세는 우리가 앞으로 마주할 기후변화의 모델로 제시되기도 했다. 그런데 직접 관측에 기반한 연구 결과, 당시의 이산화탄소 농도가 추정보다 훨씬 낮게 나타난 것이다.
일차적으로 이번 연구는 고대 기후 연구의 대상 시기를 300만년 전까지 확장했다는 의미가 있다. 이에 더해 ‘대기 중 온실가스 농도가 올라가면 지구가 더워지고 내려가면 추워진다’는 기존의 선형적인 가설을 넘어, 기후 메커니즘이 그보다 훨씬 더 복잡할 수 있다는 것도 시사한다. ‘플라이오세-플라이스토세 전환기에 지구 기온이 크게 변하는 동안 이산화탄소·메탄 농도는 극적으로 변화하지 않았다’는 연구 결과만 보면, 온실가스 농도와 기후변화의 상관성 자체에 의구심을 품을 수도 있다. 빙하코어로부터 당시 해양 온도를 측정한 또 다른 연구에서는 온실가스보다 해양의 온도가 당시의 기후변화에 더 큰 영향을 끼쳤을 거란 분석도 제기됐다.



남극 앨런 구릉에 차려진 연구 캠프의 모습. 미국 오리건주립대 누리집 갈무리


다만 전문가들은 이번 연구는 무엇보다 지구의 기후 시스템이 우리 생각보다 작은 변화에도 훨씬 더 민감할 수 있다는 사실을 말해준다고 지적한다. 캐리 리어 영국 카디프대학 교수는 연구 결과가 “지구 기후가 온실가스에 얼마나 강하게 반응하는지에 대한 우리의 이해를 바꾸지는 않는다”고 말했다. “이번 연구의 핵심은 지구의 빙권이 기후변화에 비선형적으로 반응한다는 점으로, 그 어느 때보다 크고 빠르게 진행되고 있는 오늘날 이산화탄소 증가는 지구를 매우 다른 기후 상태로 몰아넣을 임계점을 넘어서게 할 위험을 증가시킨다”는 것이다. 리 처드 앨런 영국 레딩대 교수는 “측정 및 분석 기술의 발전으로 과거 지구 냉각기의 주요 원인이 온실가스 변화가 아니었음이 밝혀졌다. 그러나 현재의 이산화탄소 농도는 지난 백만 년 동안의 자연적인 빙하기 주기에서 관찰된 수준보다 훨씬 높으며, 여러 증거를 통해 온실가스 증가가 현재 우리 기후를 온난화시키고 있다는 것은 부인할 수 없는 사실임이 입증됐다”고 말했다. 지난 두 세기 동안 이산화탄소와 메탄의 대기 중 농도는 급격히 증가해, 현재 이산화탄소 농도는 평균 427ppm을 넘어선 상태다.
연구를 주도한 마크스-피터슨 교수는 “지구 시스템은 우리가 알고 있는 것보다 이산화탄소 변화에 훨씬 더 민감할지도 모른다. 조금 무서운 생각이지만, 지금까지의 기록으로는 답할 수 없는 부분”이라며 후속 연구의 필요성을 제기했다. 미국 국립과학재단(NSF)이 지원하는 ‘최고령 얼음탐사센터’(COLDEX)는 최근 앨런 구릉에서 600만년 전 빙하코어까지 채취해 여러 연구를 진행하고 있다.
최원형 기자 circle@hani.co.kr