Millennial-scale ice retreat after the first Phanerozoic glaciation

지구를 45억 년의 생애 동안 여러 차례 극적인 "발열"과 "오한"을 겪은 거대하고 숨 쉬는 유기체라고 상상해 보세요. 때때로 지구 전체가 너무 차가워져서 거대한 얼음 시트가 마치 거대한 얼어붙은 담요처럼 대륙을 덮기도 합니다. 과학자들은 이 시기를 "빙하 작용(glaciations)"이라고 부릅니다. 지구가 다시 따뜻해지기 시작하여 그 얼음 시트들이 녹을 때, 이를 "빙하 해퇴(deglaciation)"라고 합니다. 보통 우리는 이 녹는 과정을 눈사람이 햇볕 아래에서 천천히 물웅덩이로 변하는 것처럼, 추위에서 따뜻함으로 향하는 매끄럽고 꾸준한 미끄러짐이라고 생각합니다. 하지만 만약 눈사람이 그냥 녹기만 한 것이 아니라면 어떨까요? 만약 눈사람이 몸을 떨고, 흔들리며, 마지막으로 항복하기 전에 갑작스러운 얼음 섞인 물의 돌풍을 다시 내뿜었다면 어떨까요? 이것이 바로 과학자들이 지구 역사의 매우 특정한 순간, 즉 팬로조익(Phanerozoic) 누대(복잡한 생명체인 동물과 식물이 본격적으로 등장한 지난 5억 4,100만 년) 동안 지구가 처음으로 얼어붙었던 시기에 대해 던져온 질문입니다. 이 현상을 이해하는 것은 단순히 오래된 암석에 관한 것이 아닙니다. 그것은 오늘날의 기후 변화를 이해하는 데 있어 매우 중요한 문제인, 얼음 시트가 불안정해질 때 어떻게 행동하는지를 파악하는 데 도움을 줍니다.

우리가 살펴볼 이야기는 연구팀이 오르도비스기 후기, 구체적으로는 히르난트기(Hirnantian Age)라고 불리는 시기의 미스터리를 조사하기로 결정하면서 시작됩니다. 오랫동안 과학자들은 이 시대의 첫 번째 큰 빙하기 이후 지구가 빠르게 따뜻해졌고 따뜻한 상태를 유지했다고 생각했습니다. 그들은 얼음이 한 번에 크게 녹아 사라졌다고 믿었습니다. 그러나 이 새로운 연구는 그 그림이 너무 단순했다는 점을 시사합니다. 연구진은 녹는 과정이 결코 매끄러운 미끄러짐이 아니었다는 것을 발견했습니다. 대신, 그것은 마치 계속해서 맥박을 건너뛰는 심장 박동과 같았습니다.

이를 알아내기 위해 연구팀은 현재 중국 신장 남부에 위치한 타림 분지(Tarim Plate)에서 발견된 고대의 진흙과 모래 암석을 조사했습니다. 오르도비스기 당시 이곳은 적도 근처의 따뜻하고 얕은 바다였습니다. 과학자들은 "풍화 지수(Chemical Index of Alteration, CIA)"라는 영리한 화학적 트릭을 사용했습니다. 이것은 마치 암석 속에 내장된 기상 탐지기라고 생각하면 됩니다. 비가 암석 위에 내리면 암석을 풍화시키며(화학적으로 분해합니다), 기후가 더 뜨겁고 습할수록 이 풍화 작용은 더 격렬해지며 진흙의 화학 성분을 더 많이 변화시킵니다. 이 고대 진흙층의 화학 성분을 측정함으로써, 연구팀은 마치 온도계처럼 고대 해수의 온도를 읽어낼 수 있었습니다.

그들이 발견한 것은 놀라웠습니다. 단 하나의 꾸준한 온난화 추세 대신, 암석들은 매우 짧은 시간 동안 일어난 일곱 번의 뚜렷한 "한파" 이야기를 들려주었습니다. 이것들은 단순한 작은 요동이 아니었습니다. 물의 온도가 오르내리기를 반복하며 일어난 극적인 변화였습니다. 연구팀은 이 주기들이 약 17,000년마다 발생했다고 계산했습니다. 이는 마치 남극의 거대한 얼음 시트(당시에는 실제로 얼음이 있던 유일한 극지였습니다)가 단순히 천천히 녹은 것이 아니라, 계속해서 조각나며 엄청난 양의 얼음과 차가운 물을 바다로 쏟아부은 것과 같습니다. 이 차가운 급류는 남극에서 타림 분지의 열대 해역까지 이동하여, 물의 온도를 16.26°C로 다시 데우기 전까지 5.96°C까지 낮추었습니다.

이 발견은 질량 멸종이 일어났던 이 빙하기 이후 생명체의 회복을 바라보는 우리의 관점을 바꿉니다. 논문은 이러한 갑작스러운 냉기 폭풍이 일종의 '필터' 역할을 했다고 주장합니다. 이들은 특정 초기 동물들, 구체적으로는 카타이시오르티스(Cathaysiorthis) 군집이라 불리는 조개류의 서식 범위를 제한했습니다. 이 생물들은 차가운 해류가 닿는 지역에서만 생존할 수 있었습니다. 반면, 따뜻한 상태를 유지했던 다른 지역에는 다른 동물들이 살고 있었습니다. 이는 얼음 시트의 불안정성이 단순히 날씨를 바꾼 것이 아니라, 어떤 동물이 살아남고 어디로 갈 수 있는지를 능동적으로 형성했음을 시사합니다.

연구진은 이 사건들을 "하인리히 이벤트(Heinrich events)"라고 불리는 현상과 비교합니다. 이는 지난 빙하기(플라이스토세) 동안 북미의 빙산들이 대서양으로 차가운 물을 쏟아부었던 유명한 냉기 급증 현상입니다. 여기서 얻을 수 있는 큰 교훈은, 얼음이 밀레니엄 단위의 갑작스러운 폭발로 떨어져 나가는 이러한 종류의 "얼음 시트 불안정성"이 현대나 최근의 현상만이 아니라는 점입니다. 이것은 지구가 처음으로 빙하 작용을 했던 시기로 거슬러 올라가, 지구 기후가 작동하는 근본적인 법칙 중 하나인 것으로 보입니다. 비록 미래에 더 정밀한 연대 측정 도구가 있다면 정확한 타이밍을 더 완벽하게 맞출 수 있겠지만, 이 암석들의 증거는 팬로조익의 첫 번째 빙하기의 끝이 봄을 향한 매끄러한 미끄러짐이 아니라, 요동치고 떨리는 여정이었음을 강력하게 시사합니다.