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- 약 2억 5200만 년 전, 페름기 말기에 지구는 거의 모든 생활 환경을 잃었을 것
- 전체 바다 생물의 80% 이상. 육지에서는 변덕스러운 기후와 거대한 화재 폭풍으로 육지 동물의 4분의 3이 멸종
- 오늘날 엘니뇨 현상은 1~2년만 지속. 그러나 페름기 말에는 엘니뇨가 10년 이상 지속

메가 엘니뇨가 페름기 대량멸종을 악화시켰다.
엄청난 기후 변동이 2억 5200만 년 전 페름기 위기 과정을 설명한다.

대규모 기후 변화:
기후 현상 엘니뇨는 2억 5200만 년 전 지구 역사상 최악의 대량 종에 결정적인 역할을 했을 수도 있다. 화석 발견에 대한 새로운 분석에 따르면 수십 년 동안 지속된 거대 엘니뇨가 있었음을 시사하기 때문이다. 연구자들이 “Science”에서 보고한 바와 같이, 이는 페름기 위기가 정점에 도달하기 수만 년 전에 많은 유기체를 멸종시키는 극단적인 기상 현상을 촉발시켰다. 이는 또한 페름기 대량멸종에 관해 이전에 공개된 몇 가지 질문을 명확하게 할 수 있다. 

▲ 이 화석화된 패턴은 2억 5200만년 전 페름기 대량멸종 사건으로 이어진 극심한 가뭄의 증거다. 그런데 이 가뭄의 원인은 무엇이었을까? © Paul Wignall/리즈 대학교

약 2억 5200만 년 전, 페름기 말기에 지구는 거의 모든 생활 환경을 잃었을 것이다. 수만 년 안에 시베리아 트랩의 치명적인 화산 폭발, 온실가스 배출 및 바다가 뒤집히면서 대량멸종이 발생했고, 전체 바다 생물의 80% 이상이 목숨을 잃었다. 육지에서는 변덕스러운 기후와 거대한 화재 폭풍으로 인해 모든 육지 동물의 4분의 3이 멸종됐다.

타이밍의 불일치

그러나 이상한 점은 화산 온난화와 해양 산성화가 최고조에 달하기 수천 년 전에 많은 동식물 종이 멸종했다는 것이다. 우한에 있는 중국 지구과학대학교의 Yadong Sun과 그의 동료들은 “해양 및 육상 생물종의 손실 시기와 가정된 멸종 메커니즘에는 분명한 차이가 있다”며 "이러한 프로세스 중 어느 것도 페름기 말 위기의 규모, 공간적 이질성 또는 비동기적 특성을 완전히 설명할 수 없다"고 설명했다.

잃어버린 퍼즐 조각을 찾기 위해 Sun과 그의 동료들은 오늘날에도 여전히 기후변화를 일으키고 있는 현상인 엘니뇨를 조사했다. 이로 인해 열대 태평양의 해수 온도가 상승하고 대규모 기류가 바뀌며 태평양 주변 지역에 가뭄과 폭염 또는 폭우가 발생한다. 그러나 최근 2023년에 입증된 것처럼 강력한 엘니뇨는 전 세계의 기후를 가열하고 기상 이변을 증가시킨다.

기후변화 추적

페름기 말에도 비슷한 현상이 일어났을 수 있을까? 공동저자인 브리스톨 대학의 알렉산더 판스워스(Alexander Farnsworth)는 “증가하는 온실가스는 지구 전체를 온난화시킬 뿐만 아니라 날씨와 기후의 변동도 증가시키고 있다”고 설명했다. 이는 또한 엘니뇨를 더 자주, 더 폭력적으로, 더 오래 지속되게 만들 수 있다. 따라서 연구자들은 2억 5200만 년 전 대량멸종 전, 도중, 이후 초대륙 판게아 주변의 조건을 모델로 재구성했다.

페름기 위기가 정점에 도달하기 약 4만 년 전에 이미 해양 온도에 눈에 띄는 변화가 있었던 것으로 밝혀졌다. 당시 해양 화석의 동위원소 분석에 따르면, 온대 해양과 열대 해양 지역 사이의 정상적인 온도 구배는 장기간에 걸쳐 사라지는 일이 반복적으로 나타났다. Farnsworth는 “기본적으로 모든 곳이 너무 더워졌다”고 설명했다. 동시에 엘니뇨처럼 육지에서는 대규모 기류가 변하고 극한 기후도 증가했다.

▲ 페름기 말기의 육지 분포. © Alex Farnsworth/ University of Bristol und Yadong Sun/ China University of Geosciences

대규모 엘니뇨

그러나 결정적인 차이점은 다음과 같다. “오늘날 엘니뇨 현상은 1~2년만 지속된다. 그러나 페름기 말에는 엘니뇨가 10년 이상 지속되었다”고 Farnsworth는 보고했다. "이로 인해 육지에는 수십 년간의 가뭄이 이어졌고, 이어서 폭우가 쏟아졌다. 기후 변동이 장기간 지속되면서 육지와 바다의 기온이 오늘날의 엘니뇨 기간보다 훨씬 더 많이 상승했으며 극한의 날씨도 감더 강렬하게 나타났다.” 그들은 거대 엘니뇨였다.

이는 페름기 말기 환경에 치명적인 결과를 가져왔다. 지구 온난화와 거대 엘니뇨의 결합으로 초대륙 판게아의 식물이 한계에 도달했다. Farnsworth는 “종들은 이러한 극단적인 변동과 변화에 적응하거나 적응할 준비가 되어 있지 않았다”고 설명했다. 오랜 가뭄으로 인해 이전에 울창했던 숲과 습지가 말라버리고 대규모 산불이 발생했다.

▲ 페름기 말기(왼쪽)와 정점에서 위기가 시작되기 전의 평균 표면 온도. 온난화의 주요 원인은 시베리아 트랩(Siberian Trapp)의 화산 폭발이었다.© Alex Farnsworth/ University of Bristol und Yadong Sun/ China University of Geosciences

화재, 가뭄, 사라지는 숲

판게아의 식물 중 일부가 거대 엘니뇨 사이의 습한 기간에 다시 자란 것은 사실이다. 그러나 종 스펙트럼은 포자나 뿌리를 사용하여 장기간의 가뭄에서 생존할 수 있는 빠르게 성장하고 수명이 짧은 식물로 이동했다. 그러나 나무와 기타 느리게 자라는 식물은 불리한 입장에 있었다. “이것은 궁극적으로 열대우림 식물의 멸종으로 이어졌다”라고 연구원들은 보고했다.

그 결과는 대규모 삼림 벌채였다. “우리의 시뮬레이션에 따르면 남부 낙엽 활엽수 타이가가 가장 먼저 영향을 받은 것으로 나타났다”고 팀은 말했다. 이 숲은 점점 더 극지방으로 이동했고 약 25,000년 동안 거의 절반으로 얇아졌다. 이는 북반구의 열대와 온대 지역에서 점진적인 삼림 벌채로 이어졌다. 그 결과, 시베리아 화산 폭발로 인해 계속 증가하는 CO 수준에 대한 중요한 완충 장치가 누락되어 온난화가 가속화되었다.

한때 비옥했던 판게아 대부분은 이제 산불로 인해 두꺼운 화산재와 석탄층이 쌓인 불모의 대초원이 되었다. 초대륙의 많은 동물이 생계를 잃고 멸종되었다.

▲ 악순환: 화산 폭발, 지구 온난화, 거대 엘니뇨 및 그 결과가 긍정적 피드백에 의해 강화되는 방식. © Alex Farnsworth/ University of Bristol und Yadong Sun/ China University of Geosciences

바다에서도 과열

메가 엘니뇨 시나리오는 또한 바다에서 대량멸종이 조금 늦게 시작된 이유를 설명할 수도 있다. “육지에서 메가 엘니뇨는 온도를 너무 빨리 상승시켜 대부분 종의 열 내성 한계를 너무 빨리 초과했다. 시간에 맞춰 적응할 수 없었다”고 Sun은 설명했다. 바다에서는 수괴(Wassermassen,수온, 염분 등의 해양학적 요소가 그 중에서 비교적 일정한 큰 물덩어리)의 느린 반응으로 인해 발달이 다소 느려졌지만, 화석 발견에서 알 수 있듯이 야생 기후 변동의 흔적도 분명했다.

바다에서 발생한 초대형 엘니뇨의 첫 번째 희생자는 방산충과 같은 플랑크톤 유기체였으며, 이 유기체 역시 주요 대량멸종이 일어나기 수만 년 전에 급격하게 감소하여 많은 해양 지역에서 완전히 사라졌다. 산호초와 기타 암초를 만드는 유기체가 곧 이어졌다. “페름기 말기의 위기는 모든 고생대 산호뿐만 아니라 모든 종의 후생대 암초도 멸종시켰다. 이로 인해 지구 역사상 가장 눈에 띄는 암초 격차 중 하나가 발생했다”고 연구자들은 썼다. 해양 열파는 바다의 산성화 증가 및 산소 손실과 결합돼 궁극적으로 모든 해양 생물의 약 80%가 재앙적으로 사라지는 결과를 가져왔다.

위기 모드의 행성

“지구는 위기 상황에 있었다. 땅은 불타고 있었고 바다는 정체되어 있었다.” 공동 저자인 헐 대학의 데이비드 본드(David Bond)는 페름기 말기의 상황을 설명하면서 말했다. 대부분 유기체에게 이것은 종말을 의미했지만, 다행히도 모든 유기체에게는 그렇지 않았다. Sun은 “세상 생활이 거의 끝나가는 순간이었지만 아직은 끝나지 않았다”고 말했다. 궁극적으로 지구의 생활 환경은 역사상 최악의 대량멸종에서 회복되어 새롭고 더욱 발전된 생명체를 탄생시켰다. (Science, 2024; doi: 10.1126/science.ado2030)
출처: Science, University of Bristol

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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