3'10" 읽기
- 그 당시 "snowball earth"의 추운 시기 끝나고 대기에 두 번째로 큰 산소 공급이 이루어져
- 최초의 다세포 생명체의 급속한 발전을 위한 전제 조건이 마련된 시기
- "우리는 선사시대 바다의 타임캡슐을 발견했다"

히말라야에 있는 원시 바닷물
6억 년 된 물주머니는 지구 역사의 격변기에 대한 관점을 제공한다.

원시 바다의 타임캡슐:
연구원들이 인도 히말라야의 석회암 형성에서 당시 이 지역에 있었던 원시 바다의 유물인 6억 년 된 물 잔류물이 포함된 물질을 발견했다. 원시수와 주변 광물에 대한 분석은 지구 역사의 격변기에 대한 통찰력을 제공한다. 그 당시 "눈덩이 지구 snowball earth"의 추운 시기가 끝나고 대기에 두 번째로 큰 산소 공급이 이루어졌기 때문이다. 이는 최초의 다세포 생명체의 급속한 발전을 위한 전제 조건을 마련했다. 

▲ 약 6억년 전, 지구는 전 지구적 빙하기를 막 회복하고 있었고 대륙은 남극 주위에 집중되어 있었다. 히말라야에서 발견된 마그네사이트의 물 함유물은 이 시기의 것이다. © Kelvin Ma/CC-by-sa 3.0; 프라카시 찬드라 아리아

7억 2천만 년에서 6억 3천 5백만 년 전 사이에 지구는 일련의 광범위한 빙하기를 겪었으며 아마도 전 지구적이었을 것이다. 이러한 극저온 빙하기 단계는 눈덩이 지구라고도 알려져 있다. 그 후 기후가 다시 따뜻해졌을 때, 중요한 변화가 열리기 시작했다. 지구의 대기는 두 번째로 큰 산소 공급을 받았고 이로 인해 최초의 다세포 유기체, 즉 에디아카리움(Ediacarium)의 생활 환경이 출현하기 위한 조건이 만들어졌다.

원시 바다에서 히말라야까지

우리 행성에서 두 번째로 큰 산소 급증이 발생한 원인은 무엇일까? 그 당시 석회암 광물에 원시 바닷물이 조금 포함되어 있다는 사실이 이제 이에 대한 증거를 제공할 수 있다. 이것은 현재 바다에서 멀리 떨어진 쿠마우-히말라야(Kumau-Himalaya) 지역에서 벵갈루루에 있는 인도 과학 연구소의 프라카시 찬드라 아리야(Prakash Chandra Arya)가 이끄는 팀에 의해 발견되었다. 산맥의 이 부분은 인도 최북단에 위치해 네팔과 국경을 접하고 있다.

▲ 쿠마운 히말라야의 찬닥 구릉 근처 신원생대 마그네사이트 층. © Prakash Chandra Arya

히말라야의 이 지역에서는 석회암과 백운석으로 이루어진 두꺼운 암석층이 노출되어 있는데, 이 암석들은 약 6억 5천만 년에서 5억 4천 3백만 년 된 것으로 신원생대 격변기의 것이다. 탄산염층은 이 지역에 한때 바다가 있었음을 보여준다. 더 중요한 것은 "가장 흔한 해양 퇴적암인 탄산염은 대부분 너무 미세한 입자로 되어 있어서 옛날의 함유물을 나타내지 못하지만, 히말라야 마그네사이트는 드문 예외다"라고 Arya와 그의 동료들은 설명했다.

▲ 그림 1. 쿠마운 히말라야의 신원생대 탄산염. A) 샘플 위치의 C-O 동위원소 구성과 함께 인도 지도에 표시된 연구 영역(검은색 상자) B) 백운석(Dol)의 스트로마톨라이트(Str). C) 스파리 마그네사이트(Mgs)에서 상대적으로 더 큰 스트로마톨라이트. 지도는 Valdiya(1980) 이후에 수정되었다. (출처:관련논문)

원시 바다의 타임캡슐

지질학자들이 히말라야 산맥의 마그네사이트(MgCO3) 샘플을 조사했을 때 원시수(原始水)의 작은 함유물을 발견했다. 내포물과 주변 미네랄을 면밀히 분석한 결과 이 ​​물의 나이는 약 6억 년인 것으로 나타났다. 그것은 당시 프로토-테티스海(Proto-Tethys Sea)의 분지에서 나온 것이 틀림없다. "우리는 선사시대 바다의 타임캡슐을 발견했다"고 Arya는 말했다.

이 고대 해수 주머니는 거대한 "눈덩이" 빙하가 끝날 때의 해양 상태에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다. 분석 결과, 히말라야 석회암에는 마그네슘이 많이 포함되어 있지만, 칼슘은 거의 포함되어 있지 않은 것으로 나타났다. 연구진은 “이러한 화학적으로 순수한 마그네사이트 침전은 칼슘 유입과 점토, 석영 등 육지 표면에서 발생하는 기타 불순물이 오랫동안 중단된 경우에만 가능했다. 예를 들어 강이 얼었기 때문”이라고 연구진은 설명했다.

▲ 그림 3. 현장 관계 및 증거. A) 호스트 백운석과 함께 두꺼운 마그네사이트 층. B) 스트로마톨라이트를 함유한 숙주 백운암. C) 백운석(오래된 것)에서 마그네사이트(젊은 것)까지의 탄산염 서열의 그라데이션, 즉 위쪽으로 볼록한 스트로마톨라이트의 모양으로 확인된다. D) 백운석에 비해 스파리 마그네사이트의 더 큰 크기의 스트로마톨라이트 E) 입상 마그네사이트 내의 재결정화된 거친 입자의 마그네사이트 광맥. 약어: Dol—백운석, Mgs—마그네사이트, Str—스트로마톨라이트.

칼슘과 영양소가 부족함

원시 해수 분석을 통해 다음과 같은 사실이 확인되었다. "결정성 마그네사이트에 있는 신원생대 해양수와 빙하수의 방울은 풍화 생성물이 거의 씻겨 내려가지 않았기 때문에 눈덩이 지구 단계 동안 퇴적분지에 오랫동안 칼슘이 고갈되었음을 보여준다"고 Arya는 말했다.

▲ 그림 6. Deoban 탄산염의 C-O 동위원소 조성. A) 전 세계 스파리 마그네사이트, 그 호스트 및 기준 탄산염과 Deoban 층의 C-O 동위원소 및 연령 비교. 점의 색상과 밀도 분포는 눈금 막대에 표시된 연령(Ga)에 해당 B) 스트로마톨라이트 함유/비 함유, 거친/세립 마그네사이트와 쿠마운의 백운석 사이의 C-O 동위원소 변화. (출처:관련논문Himalayan magnesite records abrupt cyanobacterial growth that plausibly triggered the Neoproterozoic Oxygenation Event)

원시 바다와 광물의 구성은 또한 이 해역의 생물이 어떤 모습인지에 대한 최초의 지표를 제공한다. 칼슘 함량이 낮고 육지에서 유입되는 양이 더 적기 때문에 이 해역의 물은 영양분이 매우 부족했다. 그러나 그것은 적어도 일부 바다 생물을 괴롭히지는 않았다. “광합성을 하는 시아노박테리아의 천천히 성장하는 스트로마톨라이트는 그러한 영양이 빈곤한 조건에서 번성했을 것이다”고 지질학자들은 설명했다.

산소 운반체로서의 시아노박테리아 매트

Arya와 그의 동료들에 따르면, 이는 눈덩이 지구 단계가 끝난 후 산소 급증이 어디서 발생했는지 설명할 수 있다. 당시 고대 바다의 얕은 수역의 조건은 남조류의 성장을 촉진했으며, 결과적으로 더 많은 산소를 생성했다. "그것이 신원생대 산소 급증을 촉발했을 수 있다"고 Arya는 말한다. "대기 중 산소 농도가 증가하면 일반적으로 생물학적 진화가 뒤따른다.”

원시 해수와 히말라야 마그네사이트에 보존된 조건은 최초의 다세포 유기체의 진화와 에디아카라의 풍부한 환경을 가능하게 한 산소 급증의 무대를 마련했을 수 있다.
(Precambrian Research, 2023; doi: 10.1016/j.precamres.2023.107129)
출처: Indian Institute of Science

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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