전 지구 동결. 「투모로우」, 빙하기 도래(3)

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<전지구 동결, 사상 최대의 빙하시대>

 

「투모로우」 영향으로 빙하에 대한 세계의 관심이 집중되자 학자들이 지구에서 일어난 빙하에 대해 연구에 몰두했다. 놀랍게도 지구 역사를 보면 「투모로우」 정도의 빙하가 아니라 지구의 육지나 바다나 할 것 없이 모두 얼음으로 덮인 극한의 세계 즉 ‘전지구 동결’이 과거 지구에서 일어났다는 (설)이 제기되었다.

지금까지 학자들은 ‘지구는 완전히 언 적이 없다’를 정설로 인정해 왔다. 그런데 이런 정설을 뒤엎을 만한 증거들이 차례로 발견되면서 학자들간에 대 논쟁이 불붙고 있다. 『뉴턴』 2004년 8월호의 내용을 토대로 설명한다.

전지구 동결설은 인류가 상상할 수 있는 어느 빙하시대보다도 혹독하고 격심한 상태라는 것이 특징이다. 극지와 고위도 지역은 물론 적도까지도 모두 얼음으로 뒤덮였으며 지표의 기온은 영하 50도, 바다를 뒤엎은 얼음의 두께는 1킬로미터에 달한다.

 

전지구 빙하가 존재했던 기간은 약 8억 년 전부터 6억 년 전까지 약 2억 년 간으로 추정하는데 이 당시에는 식물과 동물이 아직 육지로 상륙하기 전이므로 지구의 생명체는 미생물이 고작이었다. 원래 지구동결설은 1992년 미국의 고지자기학자 조지프 커슈빙크 박사가 처음으로 주장했고 1998년 미국의 지질학자 폴 호프먼 박사가 증거를 제시하면서 다시 거론되었는데 가장 큰 논쟁점은 지구 표면이 완전히 얼어붙는 사태가 과연 가능한 일인가 하는 점이다.

 

전지구동결설을 반대하는 학자들은 일단 지구가 전면적으로 동결되면 해동이란 있을 수 없다는 것이다. 구소련의 기후학자 미하일 부디코 박사도 1960년대에 계산한 기후 모델을 토로 전지구 동결설이 불가능함을 주장했다. 통상적으로 지표는 태양열을 흡수하면서 따뜻해진다. 그런데 지구가 전면적으로 얼어붙으면 태양빛은 눈이나 얼음에 대부분 반사되므로 지구를 따뜻하게 만드는 것이 불가능하다는 것이다. 현재의 지구가 얼어있지 않다는 것은 과거에도 얼어있지 않았다는 것을 뜻한다는 설명이다. 그런데 실제로 전 세계가 얼어붙었다는 것을 시사하는 물증이 적도 부근의 6억 년 전 지충에서 발견되었다. 그것은 바로 ‘빙하 퇴적물’이라는 것으로 대륙 내부로부터 빙하가 가두어져 운반되어 왔다는 암석이다.

 

만약 현재의 적도가 극지에 있었다면 빙하 퇴적물의 존재는 아주 당연한 것이다. 그런데 고지자기의 분석에 의할 경우 6억 년 전의 대륙 배치에 의하면 현재의 적도 대륙이 6억 년 전에도 적도 부근에 있었다. 6억 년 전이나 지금이나 지구상에서 가장 따뜻한 지역에서 빙하 퇴적물이 발견되었다는 뜻이다.

 

전지구 동결설의 물증은 그뿐이 아니다. 학자들은 ‘탄산염암’이 빙하퇴적물의 지층 바로 위에 퇴적되어 있다는 것을 발견했다. 이 지층은 ‘캡 카보네이트(빙하 퇴적물을 덮고 있는 탄산염암)’라 하는데 탄산염암이란 바닷 속의 칼슘 이온과 탄산 이온이 결합하여 생기는 암석으로 주성분이 이산화탄소인데 온난한 기후에서만 만들어진다. 일본의 가와우에 교수는 6억 년 전에 지구 표면 전체가 얼어붙었지만 지구 내부는 통상대로 활동했기 때문에 화산들이 폭발하면서 다량의 이산화탄소가 함유된 화산가스가 분출된다.

 

대기 중의 이산화탄소는 바다나 다른 여러 곳에 흡수된다. 그러나 얼음으로 덮인 전지구 동결의 세계에서는 이산화탄소가 갈 곳이 없기 때문에 대기 중에 계속 괴게 되어 최종적으로 대기 중의 이산화탄소 농도는 0.1기압까지 이르렀는데 가와우에 교수는 이렇게 두터운 이산화탄소가 온실효과를 일으켜 전지구 동결의 얼음을 녹일 수 있었다고 주장했다.

또 산화철이 줄무늬 모양을 만들면서 퇴적한 ‘줄무늬 모양 철광층’도 물증의 하나로 제시된다. 바다 밑의 열수 분출공 등에서는 다량의 철 이온이 분출하고 있다. 보통의 경우라면 이 철 이온은 해양의 광합성 생물이 만드는 산소와 화합하여 조금씩 침전하므로 층을 만들지 않는데 두터운 얼음 아래에서는 생물이 광합성을 할 수 없으므로 철 이온은 침전하지 않고 바닷속에 고농도로 축적되었다가 전지구 동결 상태가 종결되고 해양의 광합성 생물에 의하여 산소가 만들어지면서 다량의 철 이온이 한꺼번에 산화하여 침전함으로써 해저에 철광층이 형성된다는 것이다.

특히 탄소의 동위 원소비도 중요한 증거로 제시되었다. 지구 내부에서 화산 등을 통하여 대기 중으로 방출되는 화산 가스의 탄소 동위 원소비(탄소12와 탄소13의 비)는 -0.0005퍼센트 전후이다. 통상이라면 생물 활동의 영향을 받아 이 비가 거의 0가 되어야 하는데 -0.0005퍼센트의 값은 지구 내부에서 분출했을 때의 값으로 그 이유는 바다를 뒤덮은 얼음의 존재로 설명할 수 있다는 것이다. 즉 얼음 뚜껑에 의해 바닷속의 생물 활동이 대기의 탄소 동위 원소비에 반영되지 않고 지구 내부에서 방출된 대로의 값을 유지했다는 설명이다.

학자들이 제시하는 전지구 동결이 일어나게 된 시나리오는 다음과 같다.

 

‘약 8억 년 전, 여러 대륙이 모여 초대륙 ‘로디니아’가 형성되었는데 이 로디니아가 분열하면서 해안선의 수가 늘어나고 거기에 흘러드는 하천의 수도 증가된다. 하천에 암석의 성분인 칼슘 이온이 녹아 바다로 들어가고 칼슘 이온은 이산화탄소와 결합하게 되자 대기 중의 이산화탄소 농도가 저하하여 온실효과가 약해진다. 마침내 보온 효과가 낮은 지역부터 눈이나 얼음으로 뒤덮이기 시작하고 종국에는 전지구 동결이 일어난다.’

 

호프먼 박사는 전체가 동결한 지구는 영하 50도라는 극한의 세계이며 거의 2억년 동안 계속되었는데 화산 가스로서 지구 내부에서 방출된 이산화탄소는 대기 중에 점점 축적되어 온실효과에 의해 얼음이 녹기 시작했다. 일단 얼음이 녹기 시작하면 그후의 전개는 급속도로 진행된다. 눈이 녹은 대지는 태양열을 흡수하고 따뜻해지자 더욱 가속도가 붙어 온난화가 이루어지는데 당시의 지표온도는 거의 영상 50도에 달한다. 학자들은 이 온난화에 걸리는 시간은 놀랍게도 단 1000년으로 산출했다.

일반인들의 관심사는 과거가 아니라 「투모로우」보다 더 심한 전지구동결이 미래에도 일어날 수 있는가이다. 그런데 학자들은 이 부분에 관한 한 의견이 일치한다. 결론은 전지구 동결이 일어날 수 없다는 것이다. 그 근거는 식물의 존재이다. 약 6억 년 전의 시점에서는 식물이 상륙해 있지 않았으나 현재의 지표에는 식물이 무성해 있다. 그러므로 6억 년 전 정도로 암석이 침식되는 경우도 없고 칼슘 이온이 대량으로 녹는 경우도 없다. 따라서 이산화탄소가 급격하게 스며들어 대규모 한랭화를 일으키는 지경에는 이르지 않으리라는 것이다.

적도에서 얼음층이 발견되어 전지구 동결설이 제기되었지만 전지구 동결이 아니더라도 적도에서 얼음이 발견될 수 있다는 설명도 있다. 바로 ‘지축 경사설’이다. 만약 지축의 기울기가 공전 궤도와 수평을 이룬다면 북극이나 남극보다도 적도 부근 쪽이 1년을 통하여 일사량이 적어지고 그 결과 전지구 동결은 일어나지 않더라도 적도에 빙하가 발달할 수 있다는 것이다. 그런데 이설의 단점은 얼음층 위에서 형성된 캡 카보네이트 층을 설명할 수 없다는 점이다.

그런데 캡 카보네이트는 전지구 동결설을 부정하는 증거로도 제시된다. 오만에서도 빙하퇴적물이 발견되는데 이곳에서는 캡 카보네이트가 발견되지 않는 것이다. 이것은 강렬한 온실 효과가 없더라도 얼음이 녹는 ‘간빙기’가 존재할 수 있다는 것을 시사하는데 아직 전지구 동결 시대에 간빙기가 존재할 수 있는가에 대한 설명은 제시되고 있지 않다. 여하튼 지구상에서 전지구가 동결되었던 시기가 있든 아니든 일단 미래에 전지구동결은 등장하지 않을 것이라는데 위안을 준다.

그러나 뭐니뭐니해도 한국인들이 가장 궁금하게 생각하는 것은 「투모로우」와 같은 빙하기가 미국 등 북반구에서 일어난다면 한국에도 일어날까 하는 점이다. 「투모로우」의 영화 포스터에도 한국을 의미하는 건물이 얼음으로 뒤덮여 있다. 원칙적으로 이에 대한 해답은 없지만 많은 학자들은 멕시코가 빙하에 덮이지 않는 것을 감안하면 한반도 영토는 영화와 같은 빙하기가 갑작스럽게 덮치지는 않을 것으로 생각한다. 포스터의 장면이 오류라는 뜻으로 한국에 살고 있는 한국인들이 얼마나 행복한지를 알 수 있을 것이다.

또 한 가지 질문은 설사 「투모로우」와 같은 빙하기가 생긴다면 이들 빙하기가 얼마나 계속될까하는 점이다. 「투모로우」에서는 급격한 빙하기가 찾아온 후 대기가 안정되는 것으로 종결된다. 다시 말하자면 빙하기가 장기간 계속될 것으로 그려지는데 이 역시 오류로 지적한다. 학자들은 이러한 급격한 기후변화는 말 그대로 갑자기 찾아왔다가 어느 순간 갑자기 사라진다고 추측한다. 지구의 기후가 사람들이 생각하는 것보다는 매우 민감하다는 점이다.

 

<지구 온난화가 주범>

영화「투모로우」에서는 급격한 기후 변화의 주범으로 지구온난화를 지목했다.

실제로 약 2만 년 전부터 마지막 빙하기가 끝나고 점점 따뜻해지다가 약 13,000 년 전에 지구의 기온이 갑자기 뚝 떨어지는 사건이 일어났다. 이때를 ‘영거 드라이아스'시대라고 부르는데 지구온난화의 진행이 급작스런 기후변화로 이어질 수 있다고 학자들은 추정한다.

김구 박사는 급작스런 기후변화의 시나리오는 영화와 같이 전개될 것으로 추정했다.

온난화로 극지방의 막대한 얼음이 녹아 바다로 흘러 들어가서 전지구적 해수순환(적도지방에서는 따뜻한 물이 북반부로 이동하고, 북극에서는 차가운 물이 가라앉아 심층수를 이루며 적도로 이동하면서 열 교환이 이루어지는 것)을 정지시키면 북반구에 급격한 빙하기가 초래한다는 것이다.

그런데 「투모로우」에서는 북반구에만 빙하기가 찾아온다. 미국 중부이남 사람들이 피난한 곳은 멕시코로 미국과 국경을 면하고 있는 멕시코는 영향을 받지 않는다. 이와 같이 북반구에만 빙하기가 오는 이유는 북반구는 육지의 반구이기 때문이다. 대륙은 바다와는 달리 쉽게 차가워지고 쉽게 더워지므로 북반구는 급작스런 기후변화의 영향이 클 수밖에 없다.

반면에 남반구는 바다의 반구로 바닷물 즉, 열을 수용할 수 있는 능력이 크기 때문에 쉽게 더워지거나 차가워지지도 않는다. 지구 대기가 간직한 전체 열은 바닷물 표면에서 수 미터에 불과하며 더욱이 지구가 1년 간 받는 태양열로 바닷물의 온도는 고작 1도 밖에 올릴 수 없을 정도로 미미한 수준이다. 바다가 열 저장고임을 알 수 있다.

그렇다면 가장 큰 의문이 생긴다. 현재 지구가 점점 더워지고 있다고 온난화에 대해 걱정하는데 이런 온난화가 「투모로우」와 같은 급격한 기후변화를 초래할 수 있는가이다. 이에 대한 전문가들의 답변은 매우 우려할 만하다. 급격한 기후변화가 언젠가는 일어날 수 있다는 것이다.

실제로 북대서양은 평균 염분이 극지방에 인접한 다른 대양에 비해 높은 편이므로 북대서양에서 차가운 바닷물이 깊이 가라앉을 수 있는데 최근 40여 년 간 염분농도의 변화를 조사한 결과 북대서양의 염분 농도가 점점 떨어진다는 것을 발견했다. 물론 영화처럼 단 6주 안에 「투모로우」와 같은 기상변화가 일어난다고 예상하지는 않지만 지구온난화가 계속된다면 미래의 어느 날에 일어날 수 있다는 데는 동조한다.

「투모로우」는 흥미를 위해 현실과 다소 동떨어진 내용이 삽입된 것이 사실이다. 그 중 가장 대표적인 과장 즉 오류가 해일이다. 영화에선 북극의 빙하가 녹아 해수면이 상승하면서 50미터 높이의 거대한 해일이 뉴욕 맨해튼을 삼키는데 사실 그런 해일은 일어나지 않는다. 50미터의 해일이란 자체가 허무맹랑하지만 지구 전체 빙하의 90%가 집중된 남극의 얼음까지 다 녹는다면 지구 전체 해수면이 60〜65미터 정도 상승할 것으로 예측하기도 한다. 물론 이런 내용을 해일로 변용시켜 관객들을 놀라게 했다면 감독의 상상력을 칭찬해 주어도 좋지만 과학적 잣대를 접목하면 감독이 공연히 시청자들에게 겁을 준 것이다.

참고적으로 「투모로우」는 무려 1억2천만 달러의 제작비를 들인 블록버스터 영화인데 2004년에 이 영화가 개봉되자 미 항공우주국(NASA)은 소속 과학자들에게 영화와 관련한 인터뷰를 금지하기도 했다. 자칫 ‘온실가스의 의무감축량을 부과하자’는 교토의정서 이행 동참을 거부해온 부시 행정부가 이 영화를 계기로 비난받을지도 모른다는 의견이 있었기 때문이다.

 

<하나뿐인 지구의 대기환경 개선>

「투모로우」에서는 지구온난화로 북반구 지방의 대한파를 예언했지만 지구온난화 소위 온실가스로 인한 영향은 대한파 뿐이 아니다. 예를 들어 남태평양의 투발루 섬이 태평양의 해수면이 점점 높아져 섬이 가라앉는 것이다. 이것이 지구적으로 논란의 대상이 되는 온실가스를 규제해야 한다는 논거이다.

지구의 대기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있지만 이산화탄소와 아르곤 같은 기체도 조금씩 섞여 있다. 이들 기체 중 이산화탄소가 지구의 평균 기온을 일정한 범위 안에서 유지되도록 만들어준다. 이산화탄소가 없으면 지구의 전체 온도는 급격히 낮아진다.

학자들은 이산화탄소와 같은 온실가스로 인해 생기는 온실 효과로 지구의 평균 기온이 26～33도 가량 상승한다고 추정한다. 현재 지구의 평균기온이 영상 15도 정도이므로 온실가스가 만들어내는 온실 효과가 없다면 지구 평균기온은 영하 15도 정도로 떨어질 것이다.

온실가스는 지구로 들어오는 파장이 짧은 가시광선이나 적외선은 통과시키고 지구로부터 복사되는 파장이 긴 적외선은 흡수한다. 이로 인해 긴 파장의 적외선이 상당 부분 지구 밖으로 달아나지 않기 때문에 지구 전체에 온실효과를 일으키는 것이다.

온실가스란 주로 이산화탄소를 의미하는데 이산화탄소는 대부분 화석연료(석유, 석탄, 천연가스 등)를 연소시킬 때 방출된다. 석탄과 석유 등 화석연료를 사용하면 필수적으로 이산화탄소가 발생하고 에너지를 사용하는 과정에서 물의 오염을 초래한다. 학자들은 인간이 석탄과 휘발유를 대량으로 사용할 당시 대기 중 이산화탄소의 농도가 280ppm이었다고 추정한다. 이것은 100만분의 280이라는 의미로 공기 중의 분자 100만 개를 세어 보면 그 중에 이산화탄소가 280개 있었다는 이야기이다.

이들 수치는 산업화의 영향으로 급격히 올라가기 시작하여 1950년대 말에 315ppm, 2007년 기준으로 380ppm에 달하며 매년 2ppm씩 증가한다. 2ppm이 작은 숫자로 보이지만 이산화탄소가 붙잡아두는 잉여열로 이 지표면 기준 1제곱미터 당 2와트에 해당하는 열로 지구를 덥히기에 충분하다.

지구상에서 기후 관측을 시작한 1854년부터 이후 150년 동안 대기 중의 이산화탄소 농도는 약 30퍼센트 가량 증가했고 지구 평균기온은 0.6도 상승했다. 독일 학자들이 시행한 시뮬레이션 결과 현재와 같은 추세로 온실가스의 농도가 증가할 경우 2050년까지 독일의 평균기온은 1도 가량 올라갈 것이나 남부 지방은 여름 기온이 크게 상승해 최대 5도까지 올라가며, 반면 겨울은 변화가 거의 없을 것이라는 설명이다. 여름 기온이 5도나 올라간다는 것은 여름의 기후가 불안정해져 기상 이변이 심하게 일어날 수 있다는 것을 의미한다. 실제로 독일의 여름은 1980년대 이후 기상 이변의 횟수가 잦아져 심각한 피해가 계속 증가했다.

한국의 경우는 독일과는 달리 겨울에 기온 상승이 크게 일어나 최저 기온이 영하 10도 이하로 내려가는 날의 수는 점점 적어지고 있다. 2000년에 발표된 IPCC의 3차 보고서는 21세기 100년 동안 지구 평균 기온이 최소 1.6도에서 5.8도까지 상승할 것으로 전망한다. 이러한 기온 상승이 전 지구적인 기상재해를 일으킨다는 것이다. 물론 이산화탄소뿐 아니라 메탄, 수증기, 프레온(염화불화탄소) 등도 온실 효과를 일으킨다. 메탄은 이산화탄소보다 25배나 더 강하게 온실 효과를 일으키고 프레온은 이산화탄소보다 그 힘이 수만 배나 강하다. 미주와 유럽에서 소를 대량 사육함에 따라 소로부터 다량의 메탄이 배설되어 이들이 온실 효과에 약간의 영향을 미친다고 추정한다. 지난 250년 간 대기 속의 메탄 농도는 2.5배나 증가했다.

문제는 이산화탄소의 증가를 막는 것 즉 과거의 기온을 회복하는 길은 대부분 우리의 일상생활과 직결되어 있으며 하나같이 쉽지 않은 변화를 요구한다는 것이다. 가령 항공여행은 전 세계의 탄소 배출량을 가장 급속도로 늘리는 요인인데 가정에서 기꺼이 에너지 절약기기를 사용한다는 사람들도 항공여행을 그만둔다는 것은 간단한 일이 아니다.

여하튼 지구의 온난화가 계속될 경우 핵전쟁을 제외하고 인류에게 가장 큰 피해를 줄 것이라는 위기감이 쏟아지자 온실가스 규제가 시급한 현안으로 떠올랐다. 전 세계적인 환경규제를 가하려는 것은 이번이 처음이 아니다. 세계 각 국은 프레온이 오존을 파괴하여 지구의 생태계에 결정적인 영향을 미친다는 연구 결과가 있자 프레온의 사용을 철저히 규제하는데 성공했다. 이 여세를 몰아 1992년 브라질에서 국가별로 책임과 능력에 따라 의무를 부담해야 한다는 규제협약을 만들었고 1997년 교토에서 세계 38개국의 온실가스 배출량에 대한 감축목표의 구체적인 기준을 정했다. 미래의 지구를 지키는 것은 인간의 의지에 달렸음을 분명히 한 것이지만 세계의 기상이변이 정말로 온실가스 때문이냐는 지적도 많다. 그만큼 기상 변화는 많은 변수로 일어나기 때문인데 이 문제는 앞으로도 계속 지구인들의 화두가 될 것이다.

여하튼 「투모로우」는 단 하나 뿐인 지구 환경 변화로 커다란 재앙이 다가오기 전에 지구 환경을 적극적으로 개선해 나가는데 모든 사람들이 동참해야 한다는 메시지를 전해 주었다는 데는 이론의 여지가 없을 듯하다. 그러나 「투모로우」와 같은 빙하기가 미국을 포함한 북반구 일부를 뒤덮더라도 적어도 한국에는 오지 않을 것이라는 생각은 한국인에게 많은 위안을 준다.

 

참고문헌 :

「대한파(大寒波)의 주범은 지구온난화?」, 허만갑, 주간조선, 2006.01.03.

「온난화의 종착역 빙하기가 임박했다」, 김민구, 조선일보사, 2006

「탄소의 수학」, 빌 맥키번, 내셔널지오그래픽, 2007년 10월

「지구는 지금 소빙하기인가 온난화 저지 위한 몸부림인가」, 김형자, 주간조선, 2011.02.24 제2141호

『우주․물질․생명』, 권영대 외, 현대과학신서, 1983

『과학, 우리 시대의 교양』, 유네스코한국위원회, 세종서적, 2004

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