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- 거대한 남극 빙상은 3천400만 년 전에 형성, 지구 평균기온은 오늘날보다 약 5도 높아
- 약 4500만 년 전, 장거리 지각 변동으로 인해 새로운 융기가 시작
- 현재 이 산맥과 주변 고원 지대의 40% 이상이 해발 2킬로미터 이상에 위치
- 산맥 융기로 인해 이 지역이 영구설선 위로 올라갔다

온화한 기후에도 남극 대륙이 빙하로 덮인 이유

불가능한 빙하기였을까? 거대한 남극 빙상은 3천400만 년 전에 형성되었다. 당시 기후는 빙하가 형성되기에는 너무 따뜻했다. 지질학자들은 이제 빙하기가 어떻게 일어났는지 그 이유를 밝혀냈다. 연구 결과에 따르면, 결정적인 원동력은 감부르체프 산맥과 주변 고원의 지각 융기였다. 이 융기로 인해 지형이 만년설선 위로 솟아올라 남극 빙상의 핵을 형성하게 되었다. 

▲ 얼음이 없는 남극 대륙. 하지만 기후가 비교적 온화했던 3400만 년 전, 어떻게 남극 대륙에 빙하가 형성될 수 있었을까? · 사진: © 사우샘프턴 대학교; Guy Paxman/s-Ink.org/ CC-by-nc 4.0

오늘날 남극 대륙은 수 킬로미터 두께의 빙상으로 덮여 있지만, 항상 그랬던 것은 아니다. 남극 대륙은 약 3400만 년 전부터 빙하로 덮이기 시작했다. 동남극이 가장 먼저 빙하로 덮였으며, 현재 지구상에서 가장 크고 오래된 빙상을 보유하고 있다. 약 700만 년 후, 지대가 낮고 기후가 온화한 서남극도 빙하로 덮였다.

온화한 기후에도 불구하고 남극 대륙은 어떻게 빙하로 덮일 수 있었을까?

놀라운 점은 약 3400만 년 전 동남극 빙상이 형성될 당시에는 실제로 충분히 춥지 않았다는 것이다. 당시 대기 중 이산화탄소 농도가 크게 감소했지만, 지구 평균 기온은 오늘날보다 약 5도 정도 높았다. 게다가 고기후학적 자료에 따르면 남극해는 약 2300만 년 전까지 비정상적으로 따뜻한 상태를 유지했다.

"이처럼 따뜻한 해양과 기후에도 불구하고 3400만 년 전 동남극이 어떻게 얼어붙을 수 있었는지는 오랫동안 풀리지 않는 수수께끼다"고 사우샘프턴 대학교의 토마스 거넌 교수와 그의 동료들은 설명했다. 그들은 이 수수께끼를 풀기 위해 동남극의 지각 변동과 지질학적 역사를 자세히 살펴보았다. 특히 그들은 동남극 드론닝 모드 랜드의 고원과 그 중앙에 위치한 감부르체프 산맥을 집중적으로 연구했다. 이 산맥들은 알프스 산맥과 비슷한 규모이지만 대부분 얼음 아래에 묻혀 있다.

▲ 동남극 빙상은 3400만 년 전에 형성되었고, 700만 년 후 서남극에서 영구 빙하 작용이 시작되었다. — © 사우샘프턴 대학교; Guy Paxman/s-Ink.org/ CC-by-nc 4.0

지형은 어떤 역할을 했을까?

이러한 지형이 동남극의 이례적으로 이른 빙하 형성에 대한 설명을 제공할 수 있을까? 고도가 높을수록 기온은 낮아진다. 영국 더럼 대학교의 공동 저자인 가이 팩스먼(Guy Paxmn)은 "지형은 빙하 형성에 중요한 요소다. 고도가 100미터 높아질 때마다 기온은 최대 1도까지 떨어질 수 있다"고 설명했다. 이전 연구에 따르면, 동남극이 빙하로 뒤덮이면서 고원과 감부르체프 산맥도 더욱 융기했다.

하지만 이러한 융기의 규모와 정확한 시기는 불분명했다. 이를 알아내기 위해 게르논과 그의 연구팀은 먼저 지각 및 지질 모델을 사용하여 동남극, 특히 감부르체프 산맥의 지형 발달 과정을 재구성했다. 이러한 결과를 바탕으로 기후 및 빙하 모델을 사용하여 지형이 동남극의 기온과 빙하 면적에 어떤 영향을 미쳤는지 분석했다.

4500만 년 전의 대규모 융기

연구팀에 따르면, "동남극의 빙하기 이전 융기는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 광범위했다"고 한다. 연구 결과, 약 5천만 년 전에는 이 지역 대부분이 해발 1,500미터 아래에 위치해 있었다. 그러나 약 4500만 년 전, 장거리 지각 변동으로 인해 새로운 융기가 시작되었다. 약 1억 2천만 년 전, 남극 초대륙 곤드와나의 분열과 남극 대륙의 분리는 지구 맨틀에 느린 변화를 일으켰고, 모델 분석 결과 이러한 변화는 감부르체프 산맥 지역에서 이 시기에 비로소 나타나기 시작한 것으로 보인다.

이러한 지각 변동으로 인해 감부르체프 산맥 주변 지역은 1킬로미터 이상 융기했다. 그 결과, 현재 이 산맥과 주변 고원 지대의 40% 이상이 해발 2킬로미터 이상에 위치하고 있다. "하지만 가장 중요한 질문은 이것만으로 그 지역의 빙하 형성을 촉발하기에 충분했는지 여부다"고 연구진은 지적한다. 게르논과 그의 연구팀은 기후 및 빙하 모델을 통해 그 해답을 찾아냈다.

영구설선과 기후 피드백 루프

결과적으로, 연구팀은 "산맥 융기로 인해 이 지역이 영구설선 위로 올라갔다"고 보고했다. 이는 약 4500만 년에서 4000만 년 전, 동남극 고원과 감부르체프 산맥이 매우 높아 여름에도 눈과 빙하가 녹지 않았다는 것을 의미한다. 게르논은 "주변 북극해와 지구 온도가 놀라울 정도로 따뜻했음에도 불구하고, 빙하는 영구적으로 그 자리에 남아 있을 수 있었다"고 설명했다.

▲ 남극 동부 드론닝 모드 랜드의 가파른 해안선 풍경. 이곳의 고원은 2킬로미터 이상 솟아 있다. — © Matt Palmer

이 얼음 고지대는 동남극 전체 빙하화의 핵을 형성했다. 감부르체프 지역의 빙하 면적 증가는 지역 기후를 더욱 냉각시키는 기후 피드백 루프를 촉발했다. 게르논의 동료인 필립 굿윈(Philip Goodwin)은 “빙상이 확장됨에 따라 밝은 표면이 더 많은 햇빛을 우주로 반사하여 지역을 더욱 냉각시켰다"고 설명한다. 모델 분석 결과, 이러한 빙하의 반사 효과는 지구 평균 기온을 약 1도까지 낮추는 데 충분했다.

또 다른 긍정적 피드백 고리가 발생했다. 고원 위의 얼음에 의해 냉각된 공기는 수증기를 덜 함유하게 되어 더 건조해진다. 이는 수증기의 온실 효과를 감소시키기도 한다. 굿윈은 "이러한 피드백들이 복합적으로 작용하여 남극 빙하가 감부르체프 지역에서 대륙 전체로 퍼져나갈 수 있게 되었다"고 설명했다.

미스터리가 풀린 것일까?

이번 연구 결과는 상대적으로 온화한 지구 기온에도 불구하고 남극 대륙이 빙하로 덮일 수 있었던 이유에 대한 오랜 해답을 제시한다. 지각 활동, 지형 융기, 그리고 기후 피드백 고리의 상호작용만이 동남극을 결정적인 임계점으로 이끌었던 것이다. 게르논(Gernon)은 "지구 내부의 과정들이 빙하 작용의 조건을 조성하고, 따라서 남극 빙하기와 같은 중요한 변화를 만들어낸다"고 말했다.

그리고 지질학자들은 이번 재구성을 통해 또 다른 미스터리, 즉 북극 빙하가 남극 빙하보다 2천만 년 늦게 얼어붙은 이유도 밝혀냈다. 연구 결과에 따르면, 북극 지역에서는 상대적으로 강한 지반 융기가 일어나지 않았다. 그 결과, 온화한 기온에도 불구하고 영구설선 위에 있는 충분히 넓은 지역이 존재하지 않았다.
출처: Thomas Gernon (영국 사우샘프턴 대학교) 외, Science, 2026; doi: 10.1126/science.adz6758

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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