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- 약 270만 년 전까지는 비교적 안정적이었지만, 그 이후 처음으로 혹독한 한파
- 단스가르드-외슈거 사건;과거 기후 데이터에서 갑작스러운 변동 발견, 온난화 후 냉각기
- 천 년마다 약 10cm의 퇴적물이 쌓인다, 빙핵 1cm는 약 100년에 해당
- 단기적인 기후 변동으로의 전환이 호모 속의 최초 출현과 일치
- 네안데르탈인과 우리의 직계 조상 모두 기후 변화에 적응

기후가 전복됐을 때                                            

 

불과 300만 년 전만 해도 인류 진화는 아직 초기 단계였고 아프리카에 국한되어 있었다. 북반구의 모습도 지금과는 달랐다. 고위도 지역의 대륙 빙하는 훨씬 작았고, 유럽의 해수면은 오늘날보다 약 15미터 높았다. 오늘날 독일이 있는 지역에서는 북해가 훨씬 내륙까지 뻗어 있었다. 매머드, 코뿔소, 그리고 기린의 친척뻘 되는 동물들이 숲이 우거진 들판을 누비고 다녔고, 검치호랑이는 먹이를 사냥했다. 

▲ Foto: © Thomas Ronge / Alfred-Wegener-Institut

상대적으로 온화한 기후가 지속되었으며, 때로는 이산화탄소 농도가 오늘날의 대기보다 높기도 했다. 그러나 빙하가 남쪽으로 확장됨에 따라 지구 기후는 변화하기 시작했다. 따뜻한 간빙기와 빙하기, 즉 빙하기가 번갈아 나타났고, 각 시기는 최대 10만 년 동안 지속됐다.

"약 270만 년 전까지는 비교적 안정적이었지만, 그 이후 처음으로 혹독한 한파가 닥쳤다"고 영국 케임브리지 대학교의 데이비드 호델(David Hodell)은 말했다. 한때 비교적 따뜻하고 안정적이었던 곳이 춥고 혼란스러운 곳으로 변한 것이다. 빙하기는 단순히 추웠을 뿐만 아니라, 비교적 짧은 기간 급격한 온도 변동이 특징이었다. 지질학자의 새로운 연구에 따르면, 이러한 급격한 변동은 불과 천 년 남짓한 기간 동안 발생했다.

수수께끼 같은 온도 충격

연구자들이 과거 기후 데이터에서 갑작스러운 변동을 발견한 것은 이번이 처음이 아니다. 단스가르드-외슈거(Dansgaard-Oeschger/D-O) 사건으로 알려진 이러한 현상은 오랫동안 관측됐다. 이러한 사건은 일반적으로 온도 상승을 동반한다. 이러한 사건에서는 급격한 온난화가 먼저 발생한 후 수백 년 동안 지속되는 장기간의 냉각이 뒤따랐다. 이러한 현상에 대한 최초의 증거는 1980년대 그린란드 빙핵에서 발견되었다.

덴마크 코펜하겐 대학교에서 연구 중이던 빌리 단스가르드가 이끄는 연구팀의 연구를 통해 이러한 사건들은 1993년부터 과학적으로 인정받았지만, 오늘날까지도 여전히 수수께끼로 남아 있다. 이름의 두 번째 부분은 고기후학의 또 다른 선구자인 한스 외슈거(Hans Oeschger)를 가리킨다. 빙핵에서 온실가스를 분석하는 것은 이 스위스 물리학자의 연구를 기반으로 한다.

▲ IODP 397차 탐사(국제해양탐사프로그램)는 2022년 포르투갈 연안 대륙붕 경계에서 4개의 퇴적물 코어를 채취했다. 색상은 고도를 나타낸다. 짙은 파란색과 옅은 파란색은 각각 해수면 아래 5,000m와 1,000m를, 노란색과 갈색은 해수면 위 100m와 400m를 나타낸다. 사진: © 그래픽: David A. Hodell 외, 북반구 빙하 강화와 함께 나타나는 수천 년 주기 기후 변동성의 시작, Science, 57(2026), Vol. 392, DOI: 10.1126/science.ady7970

마지막 빙하기 동안 약 24번의 D-O 사건이 발생했다. 특히 극단적인 예로, 약 1만1500년 전 그린란드의 연평균 기온이 단 40년 만에, 즉 5년 간격이 세 번이나 반복되어 8도나 상승했다.

이러한 급격한 기온 변화는 멀리 중앙 유럽까지 영향을 미쳤다. 예를 들어, 다뉴브강의 가장 긴 지류인 티서강의 퇴적 패턴에서 그 흔적을 찾아볼 수 있다. 고전적인 D-O 현상은 약 11만 9천 년 전 마지막 간빙기인 에미안 빙하기 말까지만 거슬러 올라간다. 그러나 남극 해저 퇴적물 코어 데이터는 이러한 고주파 기후 변동이 이전 빙하기에도 발생했음을 시사한다.

해저 400미터 아래

그렇다면 이러한 급격한 기후 충격은 훨씬 이전에도 발생했을까? 케임브리지에서 호델이 이끄는 국제 연구팀은 해저 퇴적물에서 이러한 변동의 화학적 흔적을 분석하여 이 질문에 대한 해답을 찾았다. 그의 연구는 2026년 2월 과학 저널 '사이언스'에 발표되었다. 연구에 사용된 퇴적물 코어는 2022년 국제 해양 탐사 프로그램(IODP) 탐사대가 포르투갈 남부 해안에서 채취한 것으로, 이베리아 반도의 대륙 경계면에서는 급격한 기후 변화의 흔적을 찾아볼 수 있다.

이 코어 샘플들은 2022년 국제 해양 탐사 프로그램(International Ocean Discovery Program) 탐사대가 포르투갈 남부 해안에서 발견한 것으로, 해저면 아래 최대 400미터 깊이의 물질을 포함하고 있다.

수천 미터 깊이의 해수면 아래 대서양 해저에는 퇴적물이 빠르고 지속적으로 쌓인다. 이러한 방식으로 기후 역사는 얼음에서만 볼 수 있는 수준의 세부적인 기록으로 보존된다. 호델은 "천 년마다 약 10cm의 퇴적물이 쌓인다"며, "따라서 빙핵 1cm는 약 100년에 해당한다"고 말했다. 더욱이, 퇴적물 코어는 빙핵보다 훨씬 더 광범위한 과거의 기록을 담고 있다. 이를 통해 연구자들은 지난 530만 년 동안의 기후 변화를 연구할 수 있다.

호델 연구팀은 기후 변화의 속도를 재구성하기 위해 퇴적물에서 칼슘, 티타늄, 스트론튬, 지르코늄 함량을 분석했다. 이러한 화학 원소, 또는 더 정확하게는 서로에 대한 이들의 비율은 다양한 환경 과정을 반영하기 때문에 소위 기후 대리 지표로 사용된다. 예를 들어, 티타늄은 육지에서 바다로 유입된 물질의 양을 나타낸다. 전이 금속인 지르코늄은 대기 순환의 변화를 나타낸다.

▲ 마지막 빙하기 최대 시기의 지구: 빙하가 남쪽과 북쪽으로 멀리까지 뻗어 있었다. · 사진 © Grafik: Science Photo Library / Claus Lunau

급격한 기후 변화

연구팀은 네 가지 요소를 이용하여 북대서양의 기후 변화를 상세하게 재구성했다. 호델은 "퇴적물 코어의 뛰어난 품질과 정보 밀도, 그리고 그 안에 기록된 기후 흔적의 세밀함에 놀랐다"고 감탄했다. 분석 결과, 급격한 기후 변동은 북대서양의 또 다른 중요한 변화, 즉 빙산에 붙어 있던 암석 파편의 최초 출현과 일치하는 것으로 나타났다. 이는 빙산이 바다로 암석을 밀어낼 때 발생한다. 이러한 파편의 대규모 퇴적은 육지의 빙상이 해안까지 도달할 정도로 크게 성장했음을 시사한다. 해안에 도달한 빙상조각들은 떨어져 나와 녹아서 빙산이 되어 바다로 흘러 들어갔다.

이전 연구에서는 빙상이 바다로 뻗어 나가면서 해류를 불안정하게 만들고 급격한 기후 변화를 유발할 수 있다는 사실이 이미 밝혀졌다. 다른 해양 퇴적물 코어에 대한 이전 분석에서는 이러한 빙산 분리 현상이 250만 년 전 빙하가 성장하던 시기에 반복적으로 발생했음을 보여주었다. 포르투갈 해안에서 채취한 퇴적물 코어는 이러한 한파의 횟수와 시기가 이전 분석 결과와 일치함을 보여준다.

▲ Foto: © BDW-Grafik / Karl Marx; Quelle: Femke Nijsse / Wikipedia; R. Vaas

이번 연구의 주요 결과는 빙하로 덮인 대륙의 규모에 관한 것이다. 급격한 기후 변동은 빙하가 특정 임계값을 넘어섰을 때 발생했다. 빙상이 충분히 크고, 해양이 충분히 차가우며, 해류가 충분히 민감하여 불안정한 기후 모드로 진입할 수 있었다. 이 임계값에 도달하자 기온이 변동하기 시작했다. 호델은 지난 259만 년 동안 지속된 제4기 빙하기의 심화 과정에서 이러한 현상이 기후 역사의 중요한 부분이 되었다고 말했다. "이는 지난 6600만 년 동안 발생한 중요한 기후 변곡점 중 가장 최근의 사례다.“

단기적인 기후 변동으로의 전환이 호모 속의 최초 출현과 일치한다는 점은 주목할 만하다. 이러한 급격한 변화가 이전에 제기되었던 것처럼 인류 진화에 영향을 미쳤을까? 한국 부산대학교의 악셀 팀머만 교수 연구팀의 새로운 유전자 분석에 따르면, 적어도 우리 진화의 일부 측면에서는 이러한 영향이 나타났다. 네안데르탈인과 우리의 직계 조상 모두 기후 변화에 적응해야 했다. 그들은 빙하기의 이주민이 되었다.

저자 : 토르스텐 담벡(THORSTEN DAMBECK) Journalist and Physicist

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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