Seasonal dynamics during the Paleocene–Eocene Thermal Maximum in Norwegian Sea diatomites

햇빛이 닿지 않는 깊은 바닷속, 해저는 느린 속도로 움직이는 기록 보관소 역할을 합니다. 수천 년에 걸쳐 진흙과 미세한 껍데기 층이 하나씩 그 위에 쌓이면서, 그 위에서 일어난 기후와 생명체의 기록을 가두게 됩니다. 보통 이러한 층들은 너무 두껍고 서로 뒤섞여 있어서, 과학자들은 수백 년 또는 수천 년 단위로 일어난 변화만을 볼 수 있습니다. 이는 마치 전체 장(chapter)들이 서로 붙어버린 책을 읽으려는 것과 같습니다. 거대한 줄거리는 볼 수 있지만, 일상생활의 구체적인 세부 사항은 놓치게 되는 것입니다. 이러한 한계는 해양 생태계가 과거 지구의 갑작스럽고 극심한 열파(heat events)에 어떻게 반응했는지 이해하는 것을 어렵게 만들었습니다. 약 5,600만 년 전 발생한 '팔레오세-에오세 최고 온난기(Paleocene–Eocene Thermal Maximum)'라고 알려진 사건이 바로 그러한 사례 중 하나입니다. 이 시기에는 막대한 양의 탄소가 대기로 유입되면서 지구가 급격히 온난해졌고, 바다는 온실 환경으로 변했습니다. 우리는 지구가 뜨거워졌다는 사실은 알고 있지만, 해양 먹이 그물의 기초를 형성하는 미세한 유기체들이 이러한 변화에 계절적 규모로 어떻게 반응했는지는 파악하는 데 어려움을 겪어 왔습니다. 그들은 오늘날처럼 봄에 번성하고 겨울에 죽었을까요? 아니-면 극심한 열기가 계절 자체를 지워버렸을까요?

헤더 퍼롱(Heather Furlong)과 리드 셰러(Reed Scherer)가 이끄는 연구팀은 이 고대 역사의 세밀한 내용을 읽어낼 방법을 찾아냈습니다. 그들은 한때 활발한 화산 활동과 열수 활동의 영향을 받았던 고위도 해양 환경인 노르웨이해 바닥에서 시추한 퇴적물 코어를 연구했습니다. 이 특정 해저 구역은 특별한데, 유리 같은 벽을 가진 규조류의 화석화된 껍데기로 거의 이루어진 '규조토(diatomite)'라는 희귀한 암석을 포함하고 있기 때문입니다. 다른 곳에서 발견되는 진흙 층과 달리, 이 퇴적물들은 마치 서로 붙지 않은 책의 페이지들처럼 믿기지 않을 정도로 얇고 뚜렷한 층을 이루며 보존되어 있습니다. 연구진은 강력한 현미경으로 이 층들을 조사하여 각 층에 있는 다양한 종류의 규조류를 세고 식별할 수 있었으며, 이를 통해 반복되는 패턴을 밝혀냈습니다.

연구는 극심한 온난화 사건이 시작되는 바로 그 시점에 퇴적된 코어 구간에 집중되었습니다. 연구진은 각각이 단 하나의 해(year)의 이야기를 담고 있는 30개 이상의 뚜렷한 층 주기를 발견했습니다. 모든 주기에서 층들은 예측 가능한 순서로 변화했습니다. 첫 번째이자 가장 두꺼운 층들은 '헤미아울루스(Hemiaulus)'라고 불리는 특정 유형의 규조류로 가득 차 있었습니다. 이 유기체들은 긴 사슬을 형성하며 영양분이 풍부하고 물이 잘 섞이는 환경에서 번성하는 것으로 알려져 있습니다. 연구진은 이 두꺼운 층들을 거대한 봄철 번성의 증거로 해석하는데, 이는 폭우와 육지로부터의 유출수가 바다로 신선한 영양분을 쏟아부어 생명의 급격한 폭발을 촉진했던 시기를 의미합니다.

이 두꺼운 봄철 층들 뒤에는 '셉트로네이스(*Sceptroneis)'와 '시네드로프시스(Synedropsis)' 같은 속(genera)을 포함한 다른 그룹의 규조류가 우세한 더 얇고 중간 단계인 층들이 이어졌습니다. 이러한 유형의 조류는 흔히 영양분이 부족하고 층이 나뉜 잔잔한 물속에서 떠다니는 식물이나 다른 표면에 붙어 발견됩니다. 이는 봄철의 번성이 끝난 후, 해수면이 안정되고 따뜻해지면서 물이 섞이지 않고 층을 이루어 갇혔음을 시사합니다. 영양분은 소모되었고, 남은 조류들은 아마도 떠다니는 해초에 몸을 맡기는 방식으로 표면에 떠다니며 살아가는 방식에 적응했습니다. 마지막으로, 각 주기에서 가장 얇은 층들은 다양한 조류의 종류와 육지 물질이 뒤섞인 모습을 보였습니다. 이 층들은 물이 차가워지고 혼합이 다시 일어나며 해양의 전반적인 생산성이 둔화되었던 가을과 겨울을 나타냅니다.

이 발견은 극심한 지구 온난화 시기에도 노르웨이해의 고위도 해양이 여전히 엄격한 계절적 리듬을 따랐음을 입증했다는 점에서 매우 중요합니다. 환경은 정체된 연중 여름 상태가 되지 않았습니다. 대신, 봄에는 폭우와 영양분 공급이 뒤따르는 극적인 순환을 겪었고, 이어서 잔잔하고 영양분이 부족한 여름, 그리고 조용한 겨울을 경험했습니다. 이 발견은 극심한 온실 기후가 해양의 계절적 변동을 없애버렸을지도 모른다는 생각을 반박합니다. 대신, 햇빛, 강우, 그리고 물의 혼합을 주도하는 힘이 지구가 뜨거워지는 와중에도 생태계를 구조화할 만큼 여전히 강력했음을 시사합니다.

이러과 같은 미세한 연간 주기를 해결함으로써, 연구진은 지구 역사상 가장 극적인 기후 변화 중 하나가 일s어났을 때 해양의 엔진이 어떻게 작동했는지에 대한 드문 통찰을 제공했습니다. 노르웨이해의 퇴적물은 고해상도의 창 역할을 하며, 고대 해양의 생명 맥박이 오늘날의 바다를 다스리는 것과 동일한 계절적 박동에 의해 추진되었음을 보여줍니다. 이 연구는 기후 모델에 중요한 증거를 제공하며, 과학자들이 현재 우리가 목격하고 있는 온실가스의 급격한 변화에 해양 생태계가 어떻게 반응할 수 있는지 이해하도록 돕습니다. 이는 기후가 급격하게 변할 수는 있지만, 계절의 근본적인 리듬은 심해의 생명을 계속해서 형성한다는 것을 확인시켜 줍니다.