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* 65만 년 동안 얼어 붙었고 온난화 시기에도 상태 유지
* 영구 동토층이 온난화에 얼마나 민감하게 반응하는지는 미래 기후 예측에도 결정적
* 북극에서는 지하가 내려앉아 철로, 건물 및 도로와 같은 기반 시설 손상
* 점점 많은 토양이 해동되고 미끄러져 가장자리 매년 30미터 더 이동, 용융수가 분화구 형성

시베리아에서 발견된 가장 오래된 영구 동토층
땅은 65만 년 동안 얼어붙었고 따뜻한 시기에도 살아남았다.

고대 얼음 :
시베리아 북동부에서 과학자들은 현재까지 가장 오래된 영구 동토층을 발견하고 연대를 기록했다. 얼음층은 최소 65만 년 동안 지속적으로 동결돼 여러 번 춥고 따뜻한 기간을 견뎌냈다. 그러나 그동안 인간이 만든 조치로 인해 원시 영구 동토층을 노출시킨 산사태가 발생해 이제는 해동되고 있다. 

▲ Batagai Demolition보기-세계에서 가장 큰 영구 동토 슬라이드. © Alexander Kizyakov / Lomonosov Moscow State University

영구 동토층은 영구적으로 얼어붙은 토양과 암석으로 구성되며 때로는 수심이 수백 미터에 이른다. 그들은 주로 북미와 시베리아에서 발생하지만 높은 산과 거대한 냉동고처럼 거대한 양의 죽은 바이오매스, 특히 식물 잔해뿐만 아니라 거대한 화석에서 새와 늑대, 생존 가능한 로티퍼에 이르기까지 원시 동물의 유물을 보존한다.

영구 동토층은 얼마나 민감할까?

문제 : 

기후 변화로 인해 영구 동토층이 점차 녹기 시작하여 메탄과 이산화탄소와 같은 다량의 온실가스를 방출한다. 그것은 차례로 기후를 더 뜨겁게 한다. 따라서 영구 동토층이 온난화에 얼마나 민감하게 반응하는지는 미래 기후 예측에도 결정적이다.

이것은 산에서 해동되는 영구 동토층이 암석 낙하를 증가시키기 때문에 중요하다. 반면 북극에서는 지하가 내려앉아 철로, 건물 및 도로와 같은 기반 시설이 손상된다.

영구 동토층의 취약성에 대해 자세히 알아볼 수 있는 한 가지 기회는 매우 오래된 얼어붙은 토양층을 연구하는 것이다. 그들이 지난 더운 기간 동안 상처없이 살아남았다면 이것은 또한 미래에 대한 긍정적인 신호가 될 수 있다. 시베리아 북동부의 바타가이(Batagai) 철거는 그러한 분석을 위한 기회를 제공한다. 그곳에서 삼림 벌채와 채광 작업으로 인해 50미터 깊이에서 영구 동토층의 노출된 땅이 미끄러졌다. 

▲ 고대 영구 동토층이 Batagai 철거의 가장자리에 노출돼 있다. © Thomas Opel/ Alfred-Wegener-Institut

65만 년 동안 냉동

Sussex 대학의 줄리안 머톤(Julian Murton)과 그의 동료들은 다양한 깊이에서 영구 동토층의 나이를 정확하게 결정하기 위해 이 영구 동토 파손 가장자리의 상단 끝에서 발까지 조사하기 위해 다양한 방법을 사용했다. 유기 성분은 염소 동위 원소를 측정하여 순수한 얼음층의 나이 인 방사성 탄소 방법을 사용하여 연대를 측정했다. 발광 연대 측정은 영구 동토층에서 미네랄 알갱이가 얼마나 오랫동안 지하에 있었는지를 보여 주었다.

그 결과, 원래 깊이가 50미터였던 영구 동토층은 약 65만년 동안 영구적으로 동결되어 기록이 되었다. 연구팀은 “이 얼음층은 시베리아에서 가장 오래된 영구 동토층이며 북반구에서 두 번째로 오래된 빙하층을 나타낸다. 분석 결과에 따르면 젊고 높은 영구 동토층은 최소 3만 년에서 6만 년 동안 동결되었다.
영구 동토층은 더운 기간에도 살아남았다.

포츠담의 Alfred Wegener Institute(AWI)의 공동 저자 토마스 오펠(Thomas Opel)은 "Batagai의 연대 측정 결과는 영구 동토 토양이 얼마나 안정되어 수천 년 동안 지속될 수 있는지를 인상적으로 보여준다"고 말했다.

이 바닥은 처음 동결된 이후로 여러 번 따뜻하고 추운 시기를 경험했다.
그중에는 여름 북극의 기온이 오늘날보다 섭씨 4~5도 정도 높았던 약 13만 년 전의 시간이 있었다. 이러한 조건에서도 영구 동토 토양은 완전히 해동되지 않은 것으로 보인다.

이러한 점에서 이러한 결과는 기후 변화, 적어도 깊은 영구 동토층이 가까운 장래에 많은 일을 할 수 없을 것이라는 희망을 준다. 그들은 아주 오래되고 깊이 묻힌 영구 동토층이 자연적인 따뜻한 기간보다 오래 지속될 수 있음을 보여 주기 때문이다. 연구팀은 이제 생성 당시의 환경 및 기후 조건에 대해 자세히 알아보기 위해 다양한 레이어의 샘플을 더 자세히 분석하려고 한다.

▲ 그림 2. (a) 주요 층상 단위와 섹션 1과 2의 위치를 보여주는 Batagay 메가 슬럼프의 파노라마 사진. 숫자 2에서 6은 표 1에 요약된 cryostratigraphic 단위를 나타낸다. Opel et al. (2019). (출처: 관련논문 A multimethod dating study of ancient permafrost, Batagay megaslump, east Siberia / Published online by Cambridge University Press:  15 June 2021

▲ 표 1. Batagay 메가 슬럼프에 노출 된 영구 동토층 시퀀스의 층상 단위

인간의 영향에 대해 무력함

그러나 Batagai의 철거는 영구 동토 토양이 인간의 교란에 얼마나 민감한지를 보여준다.
숲을 벌채하고 무거운 트랙 차량으로 지상을 운전하면 식물의 보호층이 제거되고 심토가 침식에 노출되기 때문이다. 이로 인해 전체 경사가 미끄러졌다. 그 이후로 산사태는 영구 동토층으로 점점 더 깊숙이 들어가고 있다.

“Batagai 거대한 감소는 세계에서 가장 큰 역행 용융 붕괴다.
2019년에는 길이가 약 1.8km, 너비가 80m 이상이었다”고 Murton과 그의 팀이 보고했다. 점점 더 많은 토양이 해동되고 미끄러져 떨어지기 때문에 가장자리가 매년 30미터 더 이동한다. 수년 동안 용융수가 해동된 물질을 경사면 아래로 더 이동시켜 큰 분화구가 형성되었다. (Quaternary Research, 20231; doi : 10.1017 / qua. 2021.27)
출처 : Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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