바다 소금이 지구를 생명 친화적으로 만들었다.
- 지구환경 / 문광주 기자 / 2022-06-21 15:39:35
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- 염도가 높은 물은 CO2를 덜 흡수하고 나중에 얼고, 따뜻한 기후 촉진
- 증가한 해양 염분은 특히 고위도에서 온난화를 초래하고 해빙 면적 감소시켜
- 용해된 나트륨 이온과 염화물 이온은 평균 8천만~9천800만년 정도만 해수에 남아
실제로, 지구는 초기에 다소 차가워 생명체가 거주할 수 없었을 것이다. 왜냐하면 약 40억 년 전 어린 태양은 빛과 열을 약 20~25% 적게 방출했다. 따라서 젊은 지구는 실제로 액체 상태의 물과 생명체가 살기에는 너무 차가웠음에 틀림없다. 그렇지 않고 지구의 기후는 온화했고 바다는 행성 전체를 덮었다.
바다는 희미한 젊은 태양의 역설을 해결할까?
어떻게 이것이 가능했을까? ‘젊고 약한 태양의 역설’이라고도 알려진 이 모순은 명확하게 밝혀지지 않았다. 일부 가설에서는 원시 대기의 메탄이나 이산화탄소와 같은 온실 가스 농도 증가가 방사선 부족을 보상할 수 있다고 가정하지만 아직 명확하게 입증되지 않았다.
이 역설에 대한 또 다른 설명은 최근 인디애나주 퍼듀 대학교의 스테파니 올슨과 그녀의 동료들에 의해 발견될 수 있었다. 그들은 바다의 염분이 지구의 기후에 영향을 미치는지 여부와 방법을 조사했다. 용해된 염분의 함량이 증가하면 가스가 물속으로 흡수되는 것을 억제한다는 사실이 이미 알려져 있다. 염도가 높은 바다는 CO2 또는 메탄을 덜 흡수하므로 공기 중 함량이 증가한다. "또한 염도가 높으면 물의 어는점이 낮아져 해빙이 형성되는 것을 방지할 수 있다"라고 연구자들은 설명했다.
세 가지 변형의 원시 지구
그러나 지금까지 원시 바다가 얼마나 짠지는 불분명했다. "우리는 지구의 역사를 통해 바다의 염도가 변했다고 믿을 만한 충분한 이유가 있다"라고 팀은 기술했다. 한편으로 증발, 열수 분출구, 풍화 및 기타 지구화학적 과정은 해수의 염도를 변경할 수 있다. 용해된 나트륨 이온과 염화물 이온은 평균 8천만~9천800만년 정도만 해수에 남아 있기 때문에 이러한 과정을 반복적으로 거쳐야 한다.
그들의 연구를 위해 Olson과 그녀의 동료들은 결합된 해양-대기 모델에서 여전히 대부분 물로 덮여 있는 원시 지구의 세 가지 변종을 재구성했다. 바닷물의 염도만 다를 뿐 현재보다 2, 3.5, 5% 낮고 같으며 높다. 세 모델 모두 오늘날보다 20% 적은 태양 복사를 받았고 CO2와 메탄이 지배하는 대기를 가지고 있었다.
더 많은 따뜻함과 더 적은 얼음
결과:
원시 해양의 약간 더 높은 염도라도 초기 지구의 기후 발달에 긍정적인 영향을 미쳤을 것이다. "증가한 해양 염분은 특히 고위도에서 온난화를 초래하고 해빙 면적을 감소시켰다"라고 팀이 보고했다. 소금 함량이 가장 높은 시나리오에서 지구 온도는 소금이 적은 원시 바다보다 거의 1도 높았고 극북에서는 거의 12도 더 높았다. 해빙 면적은 약 71% 더 작았다.
동일한 CO2 함량과 동일한 일사량으로, 오늘날의 해양 염도가 3.5%인 초기 지구는 거의 완전히 빙하화되었을 것이며 적도에서 바닷물의 조각만을 보유했을 것이다. "그러나 염도를 5%로 높이면 이 모델은 표면 온도가 20도에 달하는 따뜻한 기후와 극지방에 계절별 얼음만 있는 결과를 낳는다"라고 Olson과 그녀의 팀은 말했다.
또한 더 염도가 높은 바다는 지구가 지구 빙하기의 "눈덩이" 상태로 떨어지는 CO2 임계값을 낮춘다. 과학자들은 "지구가 서로 다른 기후 상태 사이에서 갑자기 기울어지는 임계값은 염도에 따라 달라진다"라고 말했다.
"땅의 소금"을 주원료로
연구팀에 따르면 원시 해양은 이전에 가정했던 것보다 초기 지구 기후에서 더 중요한 역할을 했을 수 있다. "우리의 결과는 염분이 있는 원시 바다가 어린 태양의 희미한 광도를 적어도 부분적으로 보상했을 수 있다는 흥미로운 가능성을 높인다"라며 "그러면 소금은 초기 지구의 생존에 필수적인 요소였을 것이다“라고 Olson과 그녀의 동료들은 썼다.
원시 바다가 실제로 오늘날보다 염도가 더 높았는지 여부는 여전히 불분명하다. 연구원들에 따르면 원시 염분 퇴적물의 광범위한 발생은 이것을 가능하게 한다. 일부 연구에 따르면 그 안에 포함된 소금은 선캄브리아기 바다의 염도를 약 5%까지 끌어올리기에 충분할 수 있다. 후기 지질학적 역사의 과정에서만 해양의 염도는 지구화학적 과정의 결과로 오늘날의 수준으로 점차 떨어졌다.
(Geophysical Research Letters, 2022, doi: 10.1029/2021GL095748)
- 염도가 높은 물은 CO2를 덜 흡수하고 나중에 얼고, 따뜻한 기후 촉진
- 증가한 해양 염분은 특히 고위도에서 온난화를 초래하고 해빙 면적 감소시켜
- 용해된 나트륨 이온과 염화물 이온은 평균 8천만~9천800만년 정도만 해수에 남아
바다 소금이 지구를 생명 친화적으로 만들었다.
증가된 바다 염분은 초기 기후를 따뜻하게 하고 안정시켰을 것이다.
지구의 바다는 여러 면에서 생명을 운반하는 역할을 했다. 시뮬레이션에서 알 수 있듯이 증가된 염도만이 이산화탄소 수준과 초기 지구의 기후를 거주 가능한 범위로 가져올 수 있었을 것이다. 연구팀의 보고처럼 염도가 높은 물은 CO2를 덜 흡수하고 나중에 얼고, 이는 차례로 따뜻한 기후를 촉진하고 당시 젊은 태양의 훨씬 약한 복사를 보상했다.
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| ▲ 얼음 또는 생명 친화적인 물 행성? 바다의 소금은 초기 지구의 기후에 큰 영향을 미쳤을 수 있다. © Nazarii Neshcherenskyi / 게티 이미지 |
실제로, 지구는 초기에 다소 차가워 생명체가 거주할 수 없었을 것이다. 왜냐하면 약 40억 년 전 어린 태양은 빛과 열을 약 20~25% 적게 방출했다. 따라서 젊은 지구는 실제로 액체 상태의 물과 생명체가 살기에는 너무 차가웠음에 틀림없다. 그렇지 않고 지구의 기후는 온화했고 바다는 행성 전체를 덮었다.
바다는 희미한 젊은 태양의 역설을 해결할까?
어떻게 이것이 가능했을까? ‘젊고 약한 태양의 역설’이라고도 알려진 이 모순은 명확하게 밝혀지지 않았다. 일부 가설에서는 원시 대기의 메탄이나 이산화탄소와 같은 온실 가스 농도 증가가 방사선 부족을 보상할 수 있다고 가정하지만 아직 명확하게 입증되지 않았다.
이 역설에 대한 또 다른 설명은 최근 인디애나주 퍼듀 대학교의 스테파니 올슨과 그녀의 동료들에 의해 발견될 수 있었다. 그들은 바다의 염분이 지구의 기후에 영향을 미치는지 여부와 방법을 조사했다. 용해된 염분의 함량이 증가하면 가스가 물속으로 흡수되는 것을 억제한다는 사실이 이미 알려져 있다. 염도가 높은 바다는 CO2 또는 메탄을 덜 흡수하므로 공기 중 함량이 증가한다. "또한 염도가 높으면 물의 어는점이 낮아져 해빙이 형성되는 것을 방지할 수 있다"라고 연구자들은 설명했다.
세 가지 변형의 원시 지구
그러나 지금까지 원시 바다가 얼마나 짠지는 불분명했다. "우리는 지구의 역사를 통해 바다의 염도가 변했다고 믿을 만한 충분한 이유가 있다"라고 팀은 기술했다. 한편으로 증발, 열수 분출구, 풍화 및 기타 지구화학적 과정은 해수의 염도를 변경할 수 있다. 용해된 나트륨 이온과 염화물 이온은 평균 8천만~9천800만년 정도만 해수에 남아 있기 때문에 이러한 과정을 반복적으로 거쳐야 한다.
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| ▲ 각 모델 구성에서 50g/kg 대 20g/kg 염도 시나리오에 대한 정상 상태 표면 온도 차이. 빨간색은 염도가 높을수록 온도가 높음을 나타내고 파란색은 염도가 높을수록 온도가 낮음을 나타낸다. 모든 고염도 시나리오는 국지적인 냉각에도 불구하고 지구 평균에서 저염도 시나리오보다 더 따뜻하다. (출처: 관련논문 The Effect of Ocean Salinity on Climate and Its Implications for Earth's Habitability / Geophysical Research Letters) |
그들의 연구를 위해 Olson과 그녀의 동료들은 결합된 해양-대기 모델에서 여전히 대부분 물로 덮여 있는 원시 지구의 세 가지 변종을 재구성했다. 바닷물의 염도만 다를 뿐 현재보다 2, 3.5, 5% 낮고 같으며 높다. 세 모델 모두 오늘날보다 20% 적은 태양 복사를 받았고 CO2와 메탄이 지배하는 대기를 가지고 있었다.
더 많은 따뜻함과 더 적은 얼음
결과:
원시 해양의 약간 더 높은 염도라도 초기 지구의 기후 발달에 긍정적인 영향을 미쳤을 것이다. "증가한 해양 염분은 특히 고위도에서 온난화를 초래하고 해빙 면적을 감소시켰다"라고 팀이 보고했다. 소금 함량이 가장 높은 시나리오에서 지구 온도는 소금이 적은 원시 바다보다 거의 1도 높았고 극북에서는 거의 12도 더 높았다. 해빙 면적은 약 71% 더 작았다.
동일한 CO2 함량과 동일한 일사량으로, 오늘날의 해양 염도가 3.5%인 초기 지구는 거의 완전히 빙하화되었을 것이며 적도에서 바닷물의 조각만을 보유했을 것이다. "그러나 염도를 5%로 높이면 이 모델은 표면 온도가 20도에 달하는 따뜻한 기후와 극지방에 계절별 얼음만 있는 결과를 낳는다"라고 Olson과 그녀의 팀은 말했다.
또한 더 염도가 높은 바다는 지구가 지구 빙하기의 "눈덩이" 상태로 떨어지는 CO2 임계값을 낮춘다. 과학자들은 "지구가 서로 다른 기후 상태 사이에서 갑자기 기울어지는 임계값은 염도에 따라 달라진다"라고 말했다.
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| ▲ 다양한 염도 및 대기 CO2에 대한 해빙 농도. 열은 20(왼쪽), 35(중간) 및 50g/kg(오른쪽)의 염도에 해당. 행은 100(상단), 60(중간) 및 20 xPIL(하단)의 CO2 수준에 해당. 진한 파란색은 개방 수역(0% 얼음 덮개)에 해당하고 흰색은 100% 얼음 덮개에 해당한다. 우리의 매개변수 공간은 눈덩이 빙하에서 거의 얼음이 없는 조건에 이르는 기후 상태를 산출한다. 적도의 개방 수역을 특징으로 하는 심각한 빙하 수역 기후가 특히 일반적이다. (출처: 관련논문 The Effect of Ocean Salinity on Climate and Its Implications for Earth's Habitability) |
"땅의 소금"을 주원료로
연구팀에 따르면 원시 해양은 이전에 가정했던 것보다 초기 지구 기후에서 더 중요한 역할을 했을 수 있다. "우리의 결과는 염분이 있는 원시 바다가 어린 태양의 희미한 광도를 적어도 부분적으로 보상했을 수 있다는 흥미로운 가능성을 높인다"라며 "그러면 소금은 초기 지구의 생존에 필수적인 요소였을 것이다“라고 Olson과 그녀의 동료들은 썼다.
원시 바다가 실제로 오늘날보다 염도가 더 높았는지 여부는 여전히 불분명하다. 연구원들에 따르면 원시 염분 퇴적물의 광범위한 발생은 이것을 가능하게 한다. 일부 연구에 따르면 그 안에 포함된 소금은 선캄브리아기 바다의 염도를 약 5%까지 끌어올리기에 충분할 수 있다. 후기 지질학적 역사의 과정에서만 해양의 염도는 지구화학적 과정의 결과로 오늘날의 수준으로 점차 떨어졌다.
(Geophysical Research Letters, 2022, doi: 10.1029/2021GL095748)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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