이산화탄소와 같은 온실기체가 없던 과거에 태양에서 오는 에너지가 적었지만 어떻게 액체 상태의 물이 존재할 수 있었느냐는 질문에 대한 답이 제시되었습니다. 고원용
| 온실효과 없이도 더 많은 태양광을 흡수했던 과거의 지구 | |
| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-04-14 | |
하지만 최근 코펜하겐대학과 스탠포드대학의 과학자들은 그린란드에서 채집한 38억년 전의 해양 퇴적암을 분석하여 다른 결론을 이끌어냈다. 연구팀은 온실기체 대신 과거에 지구표면의 대부분을 차지했던 방대한 면적의 해양이 현재보다 더 많은 양의 태양복사에너지를 흡수하여 지구표면이 어는 것을 방지했다는 이론을 제시하였다. “이 암석들에는 과거에 이산화탄소와 같은 온실기체의 농도가 높았다는 것을 나타내는 어떠한 지질학적 증거도 존재하지 않습니다”라고 연구자 중의 한 명인 스탠포드대학의 Dennis Bird 교수는 말했다. 이 내용은 최근 4월 1일자 Nature지에 출판되었다. 코펜하겐대학의 지질학과 교수인 Minik Rosing 과 Christian Bjerrum, 그리고 스탠포드 대학의 지질 환경학과 교수인 Dennis Bird, 지구물리학과 교수인 Norman Sleep 가 이번 연구에 참가하였다. 과거 지구상의 육지는 상당히 작았기 때문에 대부분의 지구표면은 해양으로 덮여있었고, 해양이 대륙보다 더 어둡기 때문에 더 넓은 면적의 해양을 갖는 지구는 더 많은 태양광을 흡수한다는 것이 이 이론의 요점이다. 연구자들은 해양의 반사도 외에도 지구의 태양복사 흡수에 중요한 영향을 미치는 요소로 구름을 제시한다. 구름은 태양광을 다시 지구 밖으로 반사해서 지구를 냉각한다. 하지만 이러한 냉각효과는 수증기가 응결하는데 필요한 구름응결핵의 숫자에 따라 달라진다. 많은 양의 응결핵은 더 작고 많은 숫자의 물방울을 형성하고, 결과적으로 더 짙고 큰 반사도의 구름을 형성한다. Bird 교수에 설명에 의하면, 오늘날 대부분의 구름응결핵은 식물과 해조류에 의해서 생성되고, 이는 작고 많은 구름방울의 형성을 돕는다. 하지만 식물과 해조류는 지구역사에서 최근에 번성했기 때문에 40억년 전 이들의 영향은 매우 작았을 것이다. 당시에는 암석의 풍화에 의한 적은 양의 응결핵만이 존재하였을 것이고, 때문에 구름의 물방울은 지금보다 크고 그 숫자는 작아서 태양의 복사에너지를 더 많이 투과시켰을 것이다. 연구팀은 넓은 면적의 해양, 느리게 증가하는 대륙, 그리고 한정된 양의 구름을 가정한 모델 연구를 통해 전 지질학적 역사 동안 물이 얼지 않을 수 있음을 증명하였다. 이 결과는 “젊고 어두운 태양 역설”이 실제로는 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 연구자들이 이론을 뒷받침하기 위해 분석한 암석은 호상철광층(banded iron formation) 이라고 불리는 퇴적암의 일종이다. 이 암석은 석영, 자철광, 능철광, 그리고 다량의 철과 탄소를 포함한 미네랄로 이루어진 반복되는 띠가 그 특징이다. Rosing 교수는 이번에 분석한 38억년 전의 암석이 그것이 형성될 때의 해양과 대기에 대한 정보를 담고 있다고 말한다. 이 암석에 퇴적되는 광물질의 종류는 대기중의 이산화탄소의 농도에 영향을 받기 때문에, 암석에서 나타나는 반복되는 띠는 대기중의 이산화탄소 농도가 어떤 종류의 광물질이 퇴적될 것인지를 결정하는 임계값을 지속적으로 넘나들 때 나타난다. 때문이 암석의 반복되는 무늬는 이산화탄소의 양이 그 임계값 근처에 머물러 있었음을 의미하기도 한다. 만약 이산화탄소의 농도가 임계값보다 매우 크거나 작은 값에 머물러 있었다면 한 종류의 미네랄만이 퇴적되었을 것이다. 또한 과거 이산화탄소 농도를 제약하는 다른 원인을 생물체에서도 찾을 수 있다 광합성 유기체 형태의 생물이 번성하기 전, 대부분의 생명체는 메탄생성균(methanogen) 이었다. 이 단세포 유기체는 수소와 이산화탄소를 흡수하여 소화한 후 부산물로 메탄을 생성한다. 충분한 양의 수소와 이산화탄소가 있을 때 메탄생성균은 번성하고 반대로 수소와 이산화탄소의 양이 감소하면 메탄생성균은 줄어들게 된다. 이러한 방식의 물질대사는 대기 중 이산화탄소의 농도를 조절하는 요소로 작용하고, 이러한 과정을 고려하였을 때 이산화탄소의 농도는 적은 양의 태양 복사에너지를 보상하기에는 너무 적은 수준으로 내려간다. “이러한 내용들을 종합해볼 때, 우리는 높은 농도의 이산화탄소를 통해서는 젊고 어두운 태양 역설을 설명할 수 없고, 지질학적 그리고 물질대사에 의한 제약들도 설명할 수 없습니다” 라고 Bird 교수는 말했다. 하지만 과학자들이 새롭게 제시한 해양의 낮은 반사도 이론은 이러한 조건들을 만족한다. “낮은 반사도는 어두운 태양의 효과를 상쇄해서 높은 온실가스의 가정 없이도 지구를 계속 따뜻한 조건으로 유지합니다” 라고 Rosing 교수는 말했다. 관련 논문 : No climate paradox under the faint early Sun, Nature 464, 744-747 (1 April 2010) (http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7289/full/nature08955.html) *Nature지 편집자 요약 1972년 천문학자인 Carl Sagan과 George Mullen에 의해 제시된 젊고 어두운 태양 역설은 시생대* 태양의 광도가 현재의 70% 수준이었기 때문에, 이론상, 지구는 액체 상태의 해양이 존재하기에는 너무 추웠을 것이라는 점을 제시한다. 하지만 지질학적인 기록을 보면 액체 상태의 물이 존재한 것으로 알려져 있고, 이러한 사실은 일반적으로 높은 농도의 이산화탄소나 메탄과 같은 온실가스에 의한 온난화로 설명되어왔다. 하지만 Minik Rosing 등은 이러한 지구의 상태를 설명하기 위해 온실가스에 의한 온난화를 가정할 필요도 없고 젊고 어두운 태양 역설도 존재하지 않음을 제시하였다. 연구자들은 시생대 퇴적물의 광물학적 분석 결과가 높은 농도의 온실가스 가정과 당시에 존재했던 메탄생성균의 물질대사 조건에도 일치하지 않음을 보였다. 연구자들은 넓은 면적의 해양과 낮은 반사도, 그리고 적은 양의 구름응결핵만을 가정하여 지구의 온도가 영상으로 유지될 수 있음을 보였다. 시생대* : 약 25~38억년 전 | |
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| 출처 :http://esciencenews.com/articles/2010/04/06/early.earth.absorbed.more.sunlight.no.extreme.greenhouse.needed.keep.water.wet | |
