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▲ 태양 주위를 공전하는 화성과 지구. 축척 비례 틀림.(출처: Robert Lea/NASA)
화성과 지구의 바다, 기후 사이의 이 놀라운 연관성은 심해류의 증감을 가져오며, 이는 태양 에너지의 증가와 기후의 온난화 기간과 연결된다.
이 연구는 인류가 현재 온실가스 배출을 통해 야기하는 유형이 아닌 지질학적 시간 규모에 따른 기후 변화가 어떻게 해양 순환에 영향을 미치는지 밝혀내는 데 도움이 될 수 있다.
이 같은 사실은 연구자들이 미래에 더 나은 기후 모델을 만드는 데 도움이 될 수 있을 것으로 연구진은 보고 있다.
공룡 시대까지 거슬러 올라가는 해양 역학 추적
이를 위해 그와 그의 동료들은 전 세계 수백 곳의 현장에서 수집한 반세기 동안의 과학적 시추 데이터를 사용했다. 이 데이터를 통해 그들은 지난 50년 동안 심해 해류가 얼마나 활발했는지 파악할 수 있었다.
공룡 시대와 거의 비슷한 약 6,500만 년 전으로 거슬러올라가기 위해 그들은 지구의 심해 퇴적물 기록을 살펴보았다. 이를 통해 그들은 지구 궤도의 변화가 퇴적암 이동과 연관되어 있는지 확인했다. 연구팀은 지구와 화성의 궤도와 연결된 240만 년 주기, 즉 ‘천문학적 대주기’를 발견했다.
두트키에비츠는 “심해 퇴적물 데이터에서 이러한 240만 년 주기를 발견하고 아주 놀랐다”라고 말하면서 “이들을 설명하는 방법은 단 하나뿐인데, 화성과 지구가 태양을 공전하는 상호작용의 주기와 연결되어 있다는 것”이라고 못박았다.
과학자들은 오랫동안 천문학적 대주기에 대해 알고는 있었지만, 지구 지질학에서는 거의 증거를 찾을 수 없었다.
연구 공동저자인 시드니 대학의 디트마르 뮐러는 지구와 화성의 궤도가 어떻게 바다에 변화를 일으킬 수 있는지 설명했다. “태양계 행성의 중력장은 서로 간섭하며, 공명이라고 불리는 상호작용으로 인해 행성의 궤도가 원형에 얼마나 가까운지를 측정하는 행성의 이심률을 변화시킨다”라고 그는 설명한다.
이 같은 현상 때문에 지구가 태양으로부터 더 많은 방사선을 받아 더 따뜻한 기후를 만드는 기간이 발생했다. 240만년 주기에는 심해 기록에 ‘단절’이 포함되어 있으며, 이러한 단절은 해양 순환이 더 활발한 기간임을 나타낸다.
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▲ 지구 관측위성의 데이터를 기반으로 한 걸프 스트림의 시각화. (출처: Copernicus)
이러한 소용돌이는 대서양 자오선 역전 순환(AMOC)의 둔화로 인해 많은 과학자들이 예측하는 해양 침체를 상쇄하는 데 도움이 되었을 수 있다. AMOC는 열대지방에서 북대서양으로 따뜻한 물을 운반하는 광대한 해류 시스템으로, 걸프 스트림을 만들어내고 유럽에 따뜻한 기후를 유지하는 역할을 담당한다.
뮐러 박사는 “우리는 바다에서 심해 혼합의 활력에 기여하는 최소한 두 가지 별도의 메커니즘을 알고 있는데 그 중 하나가 AMOC이다. 그러나 심해 소용돌이는 따뜻한 기후에서 바다를 환기시키는 데 중요한 역할을 하는 것 같다”라며 “물론 이것은 저위도에서 고위도로 또는 그 반대로 수괴를 수송한다는 점에서 AMOC와 동일한 효과를 갖지 못할 것”이라고 설명했다.
이러한 소용돌이는 종종 ‘심해 해저’라고도 알려진 깊은 바다 밑바닥에 도달한다. 일단 심해 해저에 연결되면 이 거대한 소용돌이는 침식을 일으키고 ‘ 콘투어라이트(contourites)’라고 불리는 눈더미 같은 퇴적물이 해저에 쌓일 수 있다.
두트키에비츠는 “6,500만 년에 걸친 우리의 심해 데이터는 따뜻한 바다가 더 활발한 심해 순환을 가지고 있음을 시사한다”라고 결론지으면서 “이것은 AMOC가 느려지거나 완전히 멈추더라도 잠재적으로 바다가 정체되는 것을 방지할 수 있다”라고 설명한다.
팀은 지구와 화성의 궤도 사이의 상호작용과 그것이 만들어내는 해양 역학이 미래에 지구 해양의 생명체에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 아직은 알지 못하지만, 그럼에도 불구하고 이번 연구 결과는 보다 강력한 기후 모델링 및 예측으로 이어질 수 있을 것으로 보고 있다.
연구팀의 연구는 3월 12일 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 저널에 게재되었다.
이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com
