[과학과 놀자] 빙하 시추해보면 생성 당시 대기환경 알 수 있어

(99) 빙하 속에 숨겨진 과거

사진은 1972년 12월 7일 아폴로 17호에서 찍은 지구의 모습이다. 푸른 구슬(The Blue Marble)이라 불리는 이 사진을 보면 남극이 하얀 얼음으로 덮여 있다. 북극과 남극은 혹독한 추위로 사람이 접근하기 힘든 곳이었다. 지금은 극지연구소가 설치돼 극지방의 생물, 해양, 지질, 빙하 및 우주를 연구하고 있다.

우리나라도 1988년 남극세종과학기지를 세웠고, 그후 2004년 북극다산과학기지, 2014년 남극장보고기지를 열어 운영하고 있다. 극지연구소의 과거 환경을 이해하려는 노력은 귀중한 결실을 보고 있다. 특히 과거 대기의 기록보관소 같은 빙하 연구가 주목받고 있다.

빙하는 지구의 물 중 바닷물을 제외한 육지 물의 약 63%를 차지하며, 중력과 압력으로 천천히 움직이는 거대한 얼음덩어리다. 빙하는 얼음이 압력을 받거나 온도 변화에 의해 융해와 동결을 되풀하면서 더 압축돼 만들어진다. 극지방 대륙 전체를 덮고 있는 빙하는 대륙빙하, 히말라야나 알프스산맥같이 높은 산에 있는 빙하는 곡빙하다. 남극과 북극의 두꺼운 대륙빙하는 평균 얼음 두께가 1600~1700m나 되고, 아래쪽 부분은 수십만 년 전에 쌓인 얼음이다. 빙하를 시추공으로 뚫어 캐내는 긴 원통모양의 빙하 코어를 이용하면 수십만 년 전의 비밀을 알 수 있다. 남·북극 빙하는 수십만 년 전 쌓인 얼음빙하 코어에는 빙하가 만들어질 당시의 연간 변화가 줄무늬로 나타난다. 이를 통해 빙하의 생성 시기를 알아낸다. 빙하 속에 포함된 작은 공기 방울은 당시의 대기 조성을 알려준다. 온실가스인 메테인이나 이산화탄소, 해양 기원의 에어로졸(Na, Cl, K, Ca, Mg, SO), 육상 기원의 미세먼지 입자나 에어로졸(Ba, Al, Fe, Rb), 화산 활동에 의한 물질, 인간 활동에 의한 물질, 외계에서 날아오는 물질뿐만 아니라 고대 미생물이 빙하 코어에 있을 수 있다. 이 물질을 분석하면 과거 환경을 복원할 수 있게 된다. 또 산소 동위 원소비를 이용하면 빙하가 만들어질 당시의 대기 온도를 추정할 수 있다. 동위원소는 양성자 수는 같지만 중성자 수가 서로 다른 원자다. 화학적 성질은 같고, 물리적 성질은 다르다. 대부분의 물은 O로 결합돼 상대적으로 가볍다. O나 O로 결합된 믈은 상대적으로 무겁다. 무거운 물이 더 많은 눈은 빙하의 동위원소비도 다르게 된다.

지구상 물분자의 동위 원소비는 다음과 같다.

비교적 무거운 산소를 가진 물분자는 보통의 물분자보다 증발하기 어렵다. 추운 빙하기에는 극지방이나 높은 산에 있는 물이 얼음 형태로 남게 된다. 바닷물에는 가벼운 물분자들이 증발해 상대적으로 무거운 물분자가 바닷물에 많고, 대륙의 얼음에는 증발현상이 줄어들어 상대적으로 가벼운 물분자가 많게 된다. 반대로 날씨가 더워지면 바닷물 속의 무거운 물분자들도 증발해 대기중에 무거운 물분자가 많아지고, 비와 눈이 되어 내리면 이 시기에 만들어진 대륙의 얼음 빙하도 무거운 물분자가 많게 된다. 그러므로 빙하 속에 무거운 O의 양을 조사해 그 비율이 높으면 과거 지구의 기온이 상대적으로 높았고, 그 비율이 낮으면 기온이 낮았을 것이라 유추할 수 있다. 빙하속 공기 분석해보면 기온변화 알 수 있어빙하 코어 속 포획된 공기를 분석하면 그 당시 이산화탄소의 양도 알 수 있다. 이렇게 알게 된 이산화탄소양의 변화와 과거 기온 변화를 한 그래프에 그려보면 그 모습이 상당히 비슷하다는 것을 알 수 있다. 이는 대기의 온실가스양이 지구의 기온과 밀접한 관계가 있다는 결정적 증거가 된다. 그리고 온실가스양의 변화가 미래 지구의 기온에 어떠한 영향을 줄지 예측할 수 있게 한다. 우리에게 재앙과 같이 다가올 지구 온난화에 대비한 방책과 해결책을 찾을 열쇠가 과거 지구에서 발견되길 간절히 바리본다. 기억해 주세요

박지선 혜화여고 교사

빙하 속에 포함된 작은 공기 방울은 당시의 대기 조성을 알려준다. 온실가스인 메테인이나 이산화탄소, 해양 기원의 에어로졸(Na, Cl, K, Ca, Mg, SO), 육상 기원의 미세먼지 입자나 에어로졸(Ba, Al, Fe, Rb), 화산 활동에 의한 물질, 인간 활동에 의한 물질, 외계에서 날아오는 물질뿐만 아니라 고대 미생물이 빙하 코어에 있을 수 있다. 이 물질을 분석하면 과거 환경을 복원할 수 있다. 또 산소 동위 원소비를 이용하면 빙하가 만들어질 당시의 대기 온도를 추정할 수 있다.