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- 오늘날 거의 모든 동물 집단의 조상이 출현했던 캄브리아기 말까지 올라가는 재구성
- 최소값 11도부터 9300만 년에서 8900만 년 전의 최대값 36도까지 확장
- 재구성 결과 CO2 함량이 두 배로 증가할 때마다 평균 온도가 거의 8도씩 증가
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하나의 곡선으로 보는 4억 8500만 년의 기후
재구성은 캄브리아기 말 이후 온도에 관한 새로운 통찰력을 제공

우리 행성의 “열 곡선”:
지난 4억 8,500만 년 동안 지구의 기후는 어떻게 변했을까? 그리고 극단은 어디에 있었을까? 이제 캄브리아기 이후 지구 표면 온도를 새롭게 재구성하면 이에 대한 답이 나온다. 무엇보다도 지구의 기후가 예상보다 더 많이 변동하고 더 따뜻했다는 사실이 밝혀졌다. 새로운 곡선은 이전에도 이산화탄소가 중요한 역할을 했음을 확인시켜 준다. 그러나 일부 질문에는 답이 없다. 

▲ 지난 4억 8,500만 년 동안의 PhanDA 지구 평균 표면 온도. 회색 음영은 다른 신뢰 수준에 해당하고, 검은색 선은 평균 솔루션을 보여준다. 상단의 색상 띠는 기후 상태를 반영하는데, 차가운 색상은 빙상(냉각실 및 냉장실) 기후를 나타내고, 따뜻한 색상은 온실(온실 및 온실) 기후를 나타내며, 회색은 과도기 상태를 나타낸다다. (출처:관련논문 A 485-million-year history of Earth’s surface temperature / Science)

지구의 기후는 결코 안정적이지 않다. 극심한 추위가 반복적으로 발생했으며 극심한 열 단계가 중단되었다. 무엇이 그러한 변동을 촉발하는지, 그리고 지구의 기후 진자가 얼마나 강하게 흔들릴 수 있는지를 아는 것이 더욱 중요하다. 고생물은 무엇보다도 화석, 퇴적물, 얼음 코어 및 동위원소 분석을 사용하여 재구성될 수 있다. 그러나 이러한 인증서는 불완전한 경우가 많다. 따라서 완전한 참조 곡선은 약 6,600만 년 전으로 거슬러 올라간다.

일기예보를 거꾸로

이제 4억 8500만 년 전, 즉 오늘날 거의 모든 동물 집단의 조상이 출현했던 캄브리아기 말까지 거슬러 올라가는 새로운 재구성이 이루어졌다. 이를 위해 워싱턴에 있는 스미소니언 국립 자연사 박물관의 Emily Judd와 그녀의 팀은 먼저 다양한 화석과 드릴 코어에 대한 동위원소 분석을 포함해 5개의 서로 다른 지구화학적 기후 기록 보관소의 데이터를 평가했다. 전체적으로 그들은 전 세계 다양한 시간과 장소에서 15만 개 이상의 데이터 포인트를 받았다.

▲ PhanDA 재구성에 사용된 프록시 및 모델 데이터. 동화에 사용된 단계 평균 프록시 데이터의 시간(A) 및 공간(B) 분포. (C) 각 동화 단계에 대한 이전 모델 앙상블 내 GMST의 범위(회색 띠) 및 중간값(검은색 선).(출처:관련논문 A 485-million-year history of Earth’s surface temperature / Science)

그러나 이러한 풍부한 데이터에도 불구하고 여전히 많은 격차가 남아 있다. Judd는 “단지 몇 개의 퍼즐 조각을 사용해 천 조각 퍼즐의 완성된 그림을 재구성하려는 것과 같다”고 설명했다. 이것이 그녀와 그녀의 동료들이 시간적 또는 공간적 격차를 줄이기 위해 850개 이상의 모델 시뮬레이션을 사용한 이유이기도 하다. 기본 원리는 일기예보 모델과 유사하다. Judd는 “미래의 날씨를 예측하는 데 사용하는 것이 아니라 과거 기후를 지도로 작성하는 데 사용한다는 점을 제외하면”이라고 말했다.

예상보다 큰 온도 범위

그 결과는 지난 4억 8,500만 년 동안의 지구 평균 기온 변화를 반영하는 거의 매끄러운 곡선이며, 이는 몇 가지 놀라운 정보를 제공한다. 기후 재구성을 통해 지구의 기온이 이전에 생각했던 것보다 더 많이 변동했다는 사실이 밝혀졌다. "범위는 마지막 빙하기 동안의 최소값 11도부터 9300만 년에서 8900만 년 전의 최대값 36도까지 확장된다"며 "이 범위는 이전 재구성보다 더 크다"고 연구팀은 보고했다.

동시에 재구성을 통해 지구는 냉장고보다 더 자주 그리고 더 오랫동안 따뜻한 온실과 닮았다는 사실이 밝혀졌다. 온도가 25도에서 36도 사이인 따뜻한 단계가 전체 시간의 약 41%를 차지했다. 반면, 평균 기온이 11도에서 22도 사이인 더 시원한 단계는 약 31%의 시간 동안 발생했다. 나머지 27%의 시간은 둘 사이의 전환 기간에 사용된다.

▲ 현생대에 걸친 기후 상태. (A) 지구 기후 상태의 시계열. 각 단계에는 패널 (B)에 정의된 분위수와 각 사각형의 높이에 따라 상태가 할당되고 해당 단계의 중간 GMST로 축척됨. (B) 중간 GMST 값의 분포에 대한 커널 밀도 플롯. 각 5개 분위수가 정의됨(각 상태의 레이블 아래 괄호에 범위가 표시됨). (C) 현생대에 걸친 각 기후 상태에서 소요된 시간의 비율을 보여주는 원형 차트. (D) 각 기후 상태와 관련된 위도 표면 기온 기울기(16~84번째 백분위수를 보여주는 색상 띠, 중간값을 보여주는 색상 선).

어떤 곳에서는 생활하기에는 너무 더워

분석 결과, 특히 열대 지방에서는 이전에 가정했던 것보다 훨씬 더 더웠던 것으로 나타났다. “따뜻한 달에 45도 이상 더워지는 대륙의 넓은 지역이 있다”고 연구자들은 썼다. "이것은 그러한 온실 단계 동안 지역 온도가 다세포 생물의 열 한계를 초과하지 않았는지에 대한 의문을 제기한다. 오늘날 대부분 생물의 허용 상한은 35~40도이다.“

그러나 오늘날의 동물과 인간은 다소 시원한 기후 단계를 특징으로 한다. 약 3,300만 년 전 올리고세가 시작된 이래로 지구의 기후는 비교적 시원했다. 오늘날의 평균 기온은 약 15도이지만, 팀이 판단한 바에 따르면 4억 8,500만 년 전체의 평균 기온은 24도였다. 공동 저자인 애리조나 대학의 제시카 티어니(Jessica Tierney)는 “따라서 인간과 오늘날 지구를 공유하는 종은 추운 기후에 더 잘 적응한다”고 말했다.

CO2의 놀랍도록 강한 영향력

또한 놀라운 점은 온도 변화와 CO2 값 사이의 예상치 못한 밀접한 연관성이었다. 재구성 결과 CO2 함량이 두 배로 증가할 때마다 평균 온도가 거의 8도씩 증가하는 것으로 나타났다. 기후 연구자들은 이러한 연관성을 지구 시스템의 기후 민감도라고 부른다. Tierney는 “이것은 지질학적으로 오랜 기간 이산화탄소가 지배적인 영향 요인이라는 것을 분명히 보여준다”고 설명했다.

그러나 현재의 기후 변화에 대해 논쟁의 여지가 없는 것은 확실히 오랜 기간에 걸쳐 놀라움을 불러일으킨다. “CO2와 지구 표면 온도 사이의 이러한 일관된 연관성은 다소 놀랍다”고 연구팀은 설명했다. "이러한 오랜 기간 우리는 태양 복사열이나 기타 온실가스의 변화와 같은 비CO2 영향도 역할을 할 것으로 예상한다. 이러한 효과 중 일부가 서로 상쇄된다는 것이 가능한 설명일 것이다.“

“아직 최종 곡선이 아니다”

그러나 이것이 실제로 사실인지, 아직 인식되지 않은 요인이 어떤 역할을 하는지는 Judd와 그녀의 동료들이 강조하는 것처럼 추가 조사가 필요하다. Judd의 동료인 Brian Huber는 “이것이 아직 최종 곡선이 아니라는 데 모두 동의한다”며 "과학자들은 이 곡선을 더욱 정확하게 만드는 데 도움이 될 먼 과거에 대한 더 많은 정보를 찾을 것이다“고 말했다.
(Science, 2024; doi: 10.1126/science.adk3705)
출처: Science, Smithsonian, 애리조나 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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