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- 식물의 잔해, 토탄, 멸종된 동물 화석 등 아직 분해되지 않은 방대한 유기 물질 저장소
- 해동되면 박테리아가 이 물질을 분해하여 그 과정에서 많은 양의 메탄과 이산화탄소 방출
- 지구 면적의 22%인 약 2,100만 평방 킬로미터에 해당
- 백만 년 전에 죽은 매머드의 게놈을 처음으로 복구하고 판독하는 데 성공
- 생명의 이 깊은 동결이 위험에 처해

시한폭탄 영구 동토층 (1) “영구 동토층의 특별한 점”

북극의 영구 동토층은 지구의 깊은 동결이자 동시에 기후 시한폭탄이다. 해동할 때 다량의 강력한 온실가스를 방출하기 때문이다. 연구원들은 이제 영구 동토층이 기후 변화에 의해 어느 정도 영향을 받았는지, 이것이 온실가스 배출에 미치는 영향과 남은 시간을 결정했다. 

▲ 상호작용형 지도가 포함된 새로운 모델은 영구 동토층의 과거, 현재 및 미래 상태를 보여준다. © AWI

북극의 영구적으로 얼어붙은 토양은 식물의 잔해에서 토탄, 멸종된 동물의 화석에 이르기까지 아직 분해되지 않은 방대한 유기 물질 저장소를 보유하고 있다. 해동되면 박테리아가 이 물질을 분해하여 그 과정에서 많은 양의 메탄과 이산화탄소를 방출할 수 있다. 그것은 지구 온난화를 더욱 부추기고 치명적인 악순환을 촉발할 것이다.

그러나 영구 동토층이 "전복"되어 냉혹한 온실가스 촉발이 되는 시기는 여전히 논쟁의 여지가 있다. 포츠담의 Alfred Wegener Institute와 미국의 Brigham Young University의 팀은 영구 동토층의 상태에 대한 이전 지식을 수집하고 이 데이터를 기반으로 1750년부터 미래까지 영구 동토층의 발전을 추적하는 모델을 만들었다. 흥미로운 결과가 있다.

지구 냉동고 : 영구 동토층의 특별한 점은 무엇인가?

시베리아의 북극 툰드라, 북극 캐나다의 얼음 지대, 높은 산맥 등 지구 육지의 대부분은 영구 동토층이 지배한다. 영구 동토층은 여름에도 맨 위 센티미터만 녹는 영구 동토층이다. 나머지는 일년내 수백 미터 깊이까지 얼어붙은 채로 남아 있다.

▲ 북반구 영구동토층의 분포와 온도. © Obu et al,

지구 육지 면적의 22%

우리 행성의 영구 동토층이 얼마나 거대한지 2020년에 포괄적인 매핑을 통해 재계산되었다. NASA의 Aqua 및 Terra 위성 데이터를 기반으로 오슬로 대학의 Jaroslav Obu가 이끄는 연구팀은 먼저 육지 지역의 표면 온도를 결정했다. 그런 다음 그들은 기후-토양 모델을 사용하여 지하 온도 분포를 재구성했다.

그 결과 1km 이내의 정확한 지구 영구 동토층의 첫 번째 지도가 만들어졌다. 이 영구 동토층의 가장 큰 부분이 지구의 최북단에 있음을 확인했다. 이 북극 영구 동토층은 1,390만 평방 킬로미터를 덮고 있어 지구 전체 육지 면적의 약 15%를 차지한다. 남극의 영구 동토층과 산의 더 작은 영구 동토층을 추가하면 매핑은 지구 면적의 22%인 약 2,100만 평방 킬로미터에 해당한다.

고대 층

그러나 영구 동토층은 모든 곳에서 동일하지 않다. 얼어붙은 땅의 차가움은 지리적 위치와 기후 조건에 따라 크게 다를 수 있다. 예를 들어 북극에서 더 북쪽으로 갈수록 심토는 더 차가워진다. 북반구에서 가장 추운 영구 동토층은 그린란드 북동부에서 발견되며, 이곳에서는 지상 온도가 영하 22도에 이른다. 반면에 우리 행성에서 가장 추운 영구 동토층은 지구 반대편에서 발견된다. 남극 횡단 산맥에 있는 마컴 산의 심토는 영하 36도다.

▲ 시베리아의 Batagai 영구 동토층 파괴. 50m 깊이의 영구 동토층은 약 65만년 전이다. © Thomas Opel / AWI

영구 동토층이 춥고 극지방에 가까울수록 대부분 경우 오래된 것이다. 지구 역사의 과정에서 이 토양은 종종 몇 차례의 춥고 따뜻한 기간을 견뎌냈으며 심지어 오늘날보다 훨씬 더 따뜻했던 국면에서도 살아남았다. 과학자들은 시베리아 북동부의 Batagai 단층에서 그러한 고대 영구 동토층을 최근에야 발견했다. 그곳에서 삼림 벌채와 채광으로 50미터 깊이의 영구 동토층이 노출된 산사태가 발생했다. 보다 상세한 분석에 따르면 이 층 중 가장 낮은 층은 약 65만 년 동안 영구적으로 얼어붙어 있었다.

이에 따르면 이 영구 동토층은 약 13만 년 전 여름 북극의 기온이 오늘날보다 4~5도 정도 높았을 때도 녹지 않았다. 포츠담에 있는 Alfred Wegener Institute(AWI)의 Thomas Opel은 "바타가이의 연대 측정 결과는 영구 동토층이 얼마나 안정적이고 따라서 수천 년 동안 생존할 수 있는지를 인상적으로 보여준다"라고 말했다. 따라서 적어도 일부 지역에서는 매우 오래되고 깊이 묻혀 있는 영구 동토층이 자연적인 따뜻한 기간보다 오래 지속될 수 있다.

세계의 과거 생활 기록 보관소

이것이 영구 동토층이 이 지역의 과거 생활 환경을 들여다볼 수 있는 천연 타임 캡슐을 형성하는 이유 중 하나다. 거대한 냉동고와 같이 이 얼어붙은 땅은 수많은 미생물, 동식물의 유물을 포함해 방대한 양의 유기 물질을 보존하고 있기 때문이다. 2022년 6월이 되어서야 유콘 지역의 탐사자들이 우연히 거의 완벽하게 보존된 3만 년 된 매머드 아기를 발견했다.

바이러스, 박테리아, 심지어 많은 냉동 유기체의 RNA와 DNA도 영구 동토층에서 여전히 감지될 수 있다. 2021년에 연구팀은 백만 년 전에 죽은 매머드의 게놈을 처음으로 복구하고 판독하는 데 성공했다. 이것은 지금까지 시퀀싱된 DNA 중 가장 오래된 것이다. 따라서 영구 동토층의 얼음 기록 보관소는 수천 년, 심지어 수백만 년 전에 이 지역에서 생명체가 어떻게 발달했는지에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 그러나 생명의 이 깊은 동결이 위험에 처해 있다.
(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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