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9기 블로그 기자단 / 손석영
스티븐 스필버그가 감독했던 ‘쥬라기 공원’.
영화가 개봉했을 때 관객들에게 충격을 줌과 동시에 공룡에 대한 많은 사람들의 흥미를 높여줬던 영화죠! 이처럼 공룡이 번성했던 쥐라기 시대에는 기후가 일 년 내내 초여름처럼 따뜻하고 나무들이 열대우림처럼 쑥쑥 자랐다고 합니다. 인간이 존재하기도 훨씬 전의 기후를 어떻게 알 수 있었을까요? 고기후학(paleoclimatology)이란 무엇일까? 기후를 연구하는 ‘기후학’ 앞에 ‘옛 고(古)’자가 덧붙여진 ‘고기후학’이란, 기상백과에 의하면 ‘과거의 기후 상태 및 변천을 연구하는 학문’이라고 정의되어 있습니다. 주로 지질시대의 기후를 대상으로 하지만 역사시대나 기상관측이 행해지게 된 시대를 대상으로도 합니다. 지구가 형성된 약 46억 년의 시간 중 기상장비를 사용하여 기상관측을 시작하게 된 지는 약 100여년 밖에 되지 않았습니다.
왜 과거의 기후를 알아내려고 하는 것일까? 과거의 기후를 알아내면 미래의 기후 예측에 도움이 됩니다. 기후 예측 모델의 결과를 얻기 위해서는 대기권(atmosphere)의 데이터 뿐 아니라 해양을 포함하는 수권(hydrosphere), 지권(geosphere), 생물권(biosphere), 그리고 눈과 얼음을 포함하는 설빙권(cryosphere)과 관련된 여러 데이터를 입력해야 합니다. 각각의 sphere들이 상호작용하기 때문이죠. 이 때, 고기후학을 통해 발견된 자료들을 기후 예측 모델에 입력하게 되면 더욱 정확한 결과를 예측하게 될 수 있습니다. 데이터가 많을수록 예측 정확도를 상승시킬 수 있는 것입니다. 또 과거의 기후변화에 생태계가 어떻게 반응했는지를 연구함으로써 미래의 기후의 대비책을 세울 수 있습니다. 이처럼 과거의 기후는 현재의 기후 변화를 이해할 수 있는 단서가 될 수 있습니다.
고대 기후 추정 방법들 소개 고대 기후를 추정하는 데에는 해양 바닥에 쌓인 퇴적물, 산호초, 빙하와 빙모(산정부나 고원을 덮은 돔형의 얼음 덩어리, 자연지리학사전), 나무의 나이테, 고대 식물의 화석, 인공위성 등을 이용할 수 있습니다. 퇴적학, 지화학, 고생물학, 동위원소학 및 고해양학 등과 같은 다양한 분석과 연구를 통해 특정 시대의 온도, 강수량 등 여러 가지 사실들을 알아낸 후 정보를 종합해 그 시대의 기후를 예측합니다.
1) 빙하
얼음 코어의 모습 ⓒ기후변화의 비밀을 푸는 열쇠
빙하는 약 65만 년이라는 방대한 기록을 보존하고 있습니다. 최근까지도 사용되고 있는 빙하시추 기술은 빙하에 구멍을 뚫어 얼음 코어를 채취하여 분석하는 방법입니다. 얼음 코어란 빙하에서 시추된 원기둥 모양의 얼음 조각인데, 이 조각 안에는 사막지대의 칼슘성분, 산불에서 날아온 그을음 등 바람을 타고 남극까지 날아온 성분들이 발견됩니다. 또한 눈이 내려 얼음이 되는 과정에서 그 당시의 공기가 공기방울로 보존되게 되는데, 빙하에는 10% 정도의 고대 공기가 담겨 있습니다. 과학자들은 이를 분석하여 과거 대기에는 온실가스가 얼마나 함유되어 있었는지를 파악합니다. 그 외에도 무거운 산소분자가 온도가 낮아지면 증발이 약해지는 원리를 이용하여 과거의 기온을 복원하고, 얼음 코어에 포함된 황산을 분석하여 화산폭발이나 혜성 충돌이 있었는지 등을 알아냅니다.
2) 해양 빙하에서 얼음 코어를 추출해 낸 것처럼 해저에서도 침전물 코어를 통해 많은 사실들을 알아낼 수 있습니다. 해저에는 매일같이 먼지, 모래와 식물, 동물의 일부가 쌓이는데, 사이에는 유공충과 같은 플랑크톤이 포함되어 있습니다. 유공충은 기후변화에 민감하며, 극지방에서만 발견되기 때문에 유공충의 존재를 통해 그 지역이 과거에 더욱 추웠을 것이라는 것을 추측할 수 있습니다. 이 외에도 퇴적물에서 발견되는 생물적 다양성을 이용해 다양한 사실들을 알 수 있습니다. 다른 방법으로는 바다에서 자라는 산호초들을 분석하는 것입니다. 산호는 자라면서 바다의 화학물질을 흡수합니다. 산호를 구성하는 화학물질의 종류와 양은 온도, pH값, 영양분에 따라서도 달라집니다. 화학물질을 분석하면 과거의 모습을 알아낼 수 있습니다. 또한 산호초는 성장 무늬를 가지고 있는데, 산호를 반으로 잘라 엑스레이를 촬영해보면 밝고 어두운 무늬를 가집니다. 이는 나이테처럼 무늬 하나가 1년을 의미합니다. 산호가 어느 시대에서부터 자라왔는지를 알아낼 수 있죠. 산호초 엑스레이 장면, ⓒTed talk ‘Discovering ancient climates in oceans and ice’
빙하의 분석 원리와 같이 산호의 동위원소 함량을 분석하여 차가운 물에서는 무거운 산소분자의 함량이, 따뜻한 물에서는 가벼운 산소분자의 함량이 높은 점을 이용하기도 합니다. 그밖에도 눈으로 바로 기후의 변화를 확인할 수 있는 방법은 조류가 붙어 있는 산호를 발견하는 것입니다. 죽은 산호초는 그 즉시 유기생명체들에 의해 덮여버리기 때문인데, 엘니뇨로 인해 죽은 산호초들이 모여 있는 곳에서 발견됩니다.
3) 식물 식물은 자라는 환경에 따라 비슷한 모양을 가지고 있습니다. 열대우림처럼 습하고 햇빛이 잘 드는 지역은 식물들이 큰 잎과 얇은 각피(식물체의 표피세포에서 분비된 비세포적인 표층, 농업용어사전), 매끈한 가장자리를 가지고 있습니다. 반대로 사막이나 툰드라 같은 건조한 곳에서는 잎이 작고 두꺼운 각피, 톱니 모양 가장자리를 가지고 있습니다. 이처럼 환경에 따른 식물의 특성들을 식물 화석과 비교하면 과거의 기후가 어떠했을지 추정할 수 있습니다. 꽃가루의 화석 또한 식물이 살았던 시대의 식물군락과 기후조건을 알려주는데, 이는 기온과 강수량, 습도, 토양이 식물의 생태에 영향을 주기 때문입니다. 예를 들어 퇴적물 표본에서 이끼나 고사리와 같은 포자 화석이 발견된다면 그 장소가 과거에는 습한 음지나 늪지였다는 것을 예측할 수 있습니다.
꽃가루 화석에서 피어난 한반도 과거 ⓒ디라이브러리
한국에서 이루어지고 있는 고대 기후와 관련된 연구 물장오리 퇴적층 시추하는 제주도 세계유산본부 ⓒ뉴스원
최근 7월, 제주도에서는 물장오리 습지에서 퇴적층 시추 작업이 이뤄졌습니다. 한라산 국립공원에 있는 물장오리 습지는 면적 62만8987㎡인 습지이며, 해발 937m인 제주도 고지대에 위치하고 있습니다. 습지에서 시추된 퇴적층 코어를 통해 퇴적물 입도 및 구성광물 분석, 퇴적물 지화학적 분석, 퇴적물 연대측정, 퇴적물 내 생물흔적 분석 등 다양한 분석이 실시되었습니다. 분석을 담당한 세계유산본부는 2016년 한라산 백록담 퇴적층을 36m까지 시추하여 한라산의 마지막 폭발이 약 1만9000년 전이라는 점을 보고하기도 했었습니다. 이는 2만 년 전 빙하기가 최전성기일 때 한라산이 활발했었다는 사실을 알려줍니다. 또한 한국지질자원연구원은 한라산 백록담 분화구에서 시추된 지하 퇴적물 연구를 통해 약 1만 년 전부터 1만6000년 전의 고기후 및 고환경에 대한 다양한 데이터를 확보했는데, 이러한 자료는 당시 제주도에 기록된 기후변화 자료를 활용한 동아시아 기후 변화 추적을 도와줄 수도 있습니다. 이 밖에도 점토층 분석, 나이테 분석 등 다양한 방법으로
과거의 기후를 알아내기 위한 많은 전문가들의 노력이 계속되고 있습니다. 오늘날 이전의 기간 동안의 지구의 환경은 어떻게 변화했을까요? 또, 앞으로의 지구는 어떻게 변할까요? 참고자료
네이버 어린이백과 Ted talk, Discovering ancient climates in oceans and ice Ted talk, The secrets I find on the mysterious ocean floor 기후변화의 비밀을 푸는 열쇠 과학동아 월간 산 |
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