역대 최장 120만년 전 남극 얼음 확보…빙하기 변화 비밀 풀까

연구자가 빙하코어를 들고 있다. Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath (CC-BY 4.0) 제공.

120만년 전 남극 얼음 속에 갇혀 있던 고대 공기를 분석한 결과 과거 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 변한 흔적이 발견됐다. 지구 빙하기 주기가 4만년에서 10만년으로 바뀐 이유를 설명할 단서가 될 수 있다는 평가다.

유럽 남극 빙하코어연구 프로젝트 '비욘드 에피카(Beyond EPICA)' 연구팀은 10년에 걸쳐 깊이 약 2.8km를 시추해 확보한 빙하코어 분석결과를 4일(현지시간) 유럽지구과학연합(EGU) 총회에서 발표했다.

빙하코어는 빙하를 시추해 채취한 원통형 얼음 기둥이다. 눈이 오랜 시간 층층이 쌓이며 형성돼 내부에 당시 대기 성분이 보존돼 있다. 연구팀이 남극 '리틀 돔 C' 지역에서 확보한 이번 빙하코어는 약 120만년 전 대기 환경까지 거슬러 올라가는 가장 긴 연속 기록으로 평가된다.  

지구 환경은 약 260만년 전부터 추운 빙하기와 상대적으로 기후가 온화한 간빙기가 반복됐다. 초기에는 약 4만년 주기로 비교적 약한 빙하기-간빙기가 이어졌지만 약 125만년 전부터 10만년 주기의 더 길고 추운 빙하기-간빙기 체계로 전환됐다. 과학계는 이를 '중기 플라이스토세 전환(MPT)'이라고 부른다.

MPT가 발생한 원인은 정확하게 밝혀지지 않았지만 MPT 이후 전 지구적으로 해수면 높이·대기 중 이산화탄소 농도 등이 크게 변한 것으로 알려져 있다.

연구팀은 빙하코어에서 약 95만년 전 간빙기 말 이산화탄소 농도가 수천년 사이 약 50ppm(100만분의 1) 급증한 뒤 다시 감소해 170ppm까지 떨어진 흔적을 발견했다. 이는 지금까지 연속 빙하코어에서 확인된 가장 낮은 수치다. 특히 이 시점은 첫번째 '10만년 주기 빙하기'가 시작된 시기와 정확히 겹친다.

연구팀은 이산화탄소 농도 변화의 원인으로 심해의 탄소 저장 능력이 증가했을 가능성을 제기했다. 빙하코어 속 탄소 동위원소를 분석한 결과 당시 심해 탄소가 대기로 대량 방출된 흔적이 발견되지 않았기 때문이다. 연구팀은 해류 변화와 빙상(대륙 빙하) 성장으로 탄소가 심해에 오래 갇혔을 수 있다고 설명했다.

이번 결과는 기존 '레골리스 가설'과 다른 해석을 제시한다는 점에서 의미가 있다. 레골리스 가설은 빙상 아래 깔린 흙·자갈층(레골리스)이 사라지면서 빙상이 무너지지 않고 더 오래 유지돼 빙하기 주기가 10만 년 체계로 바뀌었다는 주장이다.

연구팀은 "빙하코어에서 나타난 급격한 변화를 설명하려면 레골라스가 한순간에 거의 사라졌어야 한다며 현실적으로 발생 가능성이 낮다"고 지적했다. 만약 레골리스 가설이 맞다면 암석이 깎이며 화강암 기반암이 더 많이 노출돼 사불화탄소(CF4) 방출량도 증가해야 하지만 빙하코어 CF4 농도를 분석했을 때 관련 증거가 발견되지 않았다.

해저 퇴적물 코어 내 붕소를 이용한 대기 조성 간접 분석 결과에서도 이번 연구결과와 비슷한 변화가 확인됐다. 붕소 동위원소 데이터를 연구하는 제임스 레이 영국 세인트앤드루스대 교수는 "서로 다른 방법으로 복원한 결과값이 비슷하다는 점은 매우 고무적"이라고 평가했다.

빙하코어 분석을 진행하고 EGU 총회에서 공개한 플로리안 크라우스 스위스 베른대 박사후연구원은 "실제 MPT가 발생해 생긴 흔적이라고 확신할 수는 없으나 매우 중요한 변화임은 분명하다"고 말했다.

[조가현 기자,문혜원 인턴기자 gahyun@donga.com,moony@donga.com]