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선캄브리아기에는 낮의 길이가 10억 년 동안 19시간으로 멈췄다.

낮의 길이가 얼어 붙었다?
선캄브리아기에는 낮의 길이가 10억 년 동안 19시간으로 멈췄다.

달 제동 효과의 일시 중지:
지구의 하루 길이는 수십억 년 동안 꾸준히 증가해 왔다. 적어도 그렇게 생각했다. 그러나 그것은 사실이 아니다. 선캄브리아기에는 낮의 길이가 10억 년 동안 19시간으로 정체되어 있었다고 Nature Geoscience의 한 연구가 밝혔다. 이 기간 달의 꾸준히 느려지는 기조력은 두 번째 요소인 지구의 원시 대기의 태양 "조수"와의 공명에 의해 균형을 이루었다. 

▲ 지구의 자전은 끊임없이 변화하며 하루의 길이도 함께 변한다. 그러나 고생대에는 낮의 길이가 10억 년 동안 동일하게 유지되었던 기간이 있었다. © emarto/ Getty images

오늘날 우리의 하루는 24시간이지만 항상 그랬던 것은 아니다. 약 7천만 년 전 공룡 시대에는 지구는 더 빨리 자전했고 하루는 약 30분 더 짧았다. 시간을 거슬러 올라가면 낮의 길이는 더욱 짧아진다. 그 이유는 달의 조수력의 제동 효과 때문이다. 현재 지구의 자전 속도를 세기당 약 2.3밀리초씩 늦추는 동시에 달과 지구 사이의 거리가 증가하고 있다.

두 조력 사이의 줄다리기

호주 커틴 대학의 우베 키르셔(Uwe Kirscher)는 “대부분의 지구 자전 모델은 뒤를 돌아볼수록 낮의 길이가 짧아진다고 가정한다. 그러나 이 꾸준한 제동 과정이 선캄브리아기 동안 일시적으로 중단되었다는 일부 이론도 있다. 가능한 원인으로 달의 조수를 상쇄하는 효과, 소위 대기의 열 조수라고 가정한다.

이러한 대기 조수는 지구의 대기가 태양 광선의 일부를 흡수하고 가열되기 때문에 발생한다. 이로 인해 해일처럼 전 세계를 여행하는 지역 확장이 발생한다. 대기는 약 10.4시간의 속도로 진동하며 밀물과 썰물과는 달리 지구의 자전에 가속 효과를 준다. 오늘날 열조의 영향은 달의 조석보다 훨씬 약해서 거의 눈에 띄지 않는다.

▲ 달의 조수는 제동 효과가 있는 반면, 태양 복사로 인한 지구 대기의 열 조수는 가속 효과가 있다. © Kirscher und Mitchel/ Nature Geology, CC-by 4.0

침강주기는 지구 자전을 나타내

그러나 지구 역사의 초기에는 달랐다. 지구가 더 빨리 자전했기 때문에 달의 조석 마찰력이 더 작았다. 그것은 오늘날에도 영향을 미치고 있다"고 Kirscher와 중국 과학 아카데미의 공동 저자인 Ross Mitchell은 설명했다. 따라서 어느 시점에서 두 개의 반대되는 기조력이 서로를 상쇄하는 공명 효과가 있을 수 있다.

이것이 사실이라면 Kirscher와 Mitchell은 이제 지질학적 증거의 도움을 받아 확인했다. 이를 위해 그들은 26억 년-5억 5천만 년 전 사이에 20개의 서로 다른 암석층의 퇴적물의 미묘한 변동을 분석했다. 소위 사이클로층서학(cyclostratigraphy)은 지구의 세차운동과 기울기의 영향을 반영하며, 따라서 지구의 자전과 직접적으로 연결된 지구 축의 변화를 반영한다.

"따라서 과거의 더 빠른 지구 자전은 더 짧은 세차운동과 기울기 주기에서 읽을 수 있다"고 Kirscher는 설명한다. 이것은 다시 오랜 과거의 하루 길이를 결정하는 데 사용될 수 있으며 이것이 바로 연구원들이 한 일이다.
10억 년에 걸친 대치

▲ 지난 26억년 동안 낮의 길이 변화. © Kirscher und Mitchel/ Nature Geology, CC-by 4.0

놀라운 결과:
"우리의 통계 분석에 따르면 하루 길이는 20억 년에서 10억 년 전에 원생대 중기에 크게 정체된 것으로 나타났다"고 연구원들은 보고했다. 달과 태양의 조석 효과가 서로를 상쇄했기 때문에 약 10억 년 동안 지속된 이 기간 동안 낮의 길이는 약 19시간으로 안정적이었다.

Kirscher와 Mitchell에 따르면 이 선캄브리아기 침체의 시작은 우연이 아닐 수 있다. 지구 대기의 진화와 함께 지구-달 시스템의 기하학이 달과 태양의 기조력의 이러한 교착 상태를 가능하게 했을 수 있다. 낮 길이 정체가 시작되기 직전에 지구의 대기는 약 24억년 전에 대산화 사건이라는 최초의 주요 산소 급증을 경험했기 때문이다. 이것은 또한 오존층을 생성했으며 이것은 태양 복사의 열 조석 효과를 증폭하고 가속화했을 수 있다고 팀은 설명했다.

정체가 "지루한 10억" 탓일까?

흥미로운 점은 낮 길이의 긴 침체가 지구 생명체의 진화에 영향을 미쳤을 수도 있다는 것이다. "이 기간은 정체된 생물학적 진화의 기간과 지구화학적 및 구조적 소강 상태에 밀접하게 해당한다"고 Kirscher와 Mitchell은 설명한다. "그래서 현재 '지루한 10억(Boring Billion)'으로 알려져 있다."

연구원들은 정체가 복잡한 생명체의 출현과 대기의 추가 산소화를 지연시켰을 가능성이 전적으로 있다고 믿고 있다. 약 10억 전에 조석 공명이 중단되고 낮이 상당히 길어졌을 때만 진화가 다시 속도를 냈다. 그러나 지금까지 낮 길이 휴식의 원인과 결과는 추측이었다. 하루 19시간의 안정적인 긴 기간이 실제로 생활 환경에 어떤 영향을 미쳤는지는 공개적인 질문이다. (Nature Geoscience, 2023; doi: 10.1038/s41561-023-01202-6)
출처: Nature Geoscience, Chinese Academy of Sciences Headquarters

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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