[와우! 과학] 27억 년 전 지구 대기 중 이산화탄소 농도는 무려 70% 였다

지구와 인접한 금성과 화성은 대기의 구성 성분의 대부분이 이산화탄소다. 만약 지구 역시 이산화탄소가 대부분인 대기를 지녔다면 금성 같은 극단적인 온실효과가 발생해 생명체가 살 수 없는 뜨거운 행성이 됐을 것이다. 하지만 과학자들은 초기 지구 대기는 이웃 행성과 비슷하게 이산화탄소가 풍부했다는 사실을 알고 있다. 그런데도 지구가 금성처럼 되지 않은 이유는 당시 태양이 지금보다 훨씬 어두웠기 때문이다. 반대로 말하면 풍부한 온실가스 덕분에 태양이 지금보다 어두웠던 시기에 지구 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있었다.

과학자들은 이 주장에 대체로 공감하지만, 시기에 따른 온실가스의 농도에 대해서는 모르는 부분이 많았다. 미국 워싱턴 대학 연구팀은 27억 년 전 지구에 떨어진 미세 운석 입자를 확인해 여기서 당시 지구 대기 중 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 단서를 발견했다. 연구팀은 운석이 지구 대기를 통과하면서 고온 환경에서 산소와 반응하는 정도를 조사했다. 예를 들어. 뷔스타이트(Wüstite)는 철이 고온에서 산소와 반응해 생성되는 광물로 철성분이 풍부한 운석에 흔하다. 뷔스타이트 성분은 당시 대기 중 산소 농도가 높을수록 많이 생성된다.

이 시기 지구에는 광합성을 하는 원시적인 시아노박테리아가 등장해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내놓고 있었다. 따라서 산소 농도가 높을수록 이산화탄소 농도는 낮았다고 추정할 수 있다. 연구팀은 당시 대기 조성에 대한 컴퓨터 모델을 이 미세 운석의 광물 구성과 비교했다.

그 결과 27억 년 전 이산화탄소 농도는 최대 70%에 이르는 것으로 나타났다. 현재 대기 중 이산화탄소 농도가 인간의 온실가스 배출로 높아졌음에도 0.04% 정도인 점을 생각하면 엄청나게 높은 수치다. 하지만 이렇게 높은 이산화탄소 농도 덕분에 당시 지구에 생명체가 존재할 수 있었다. 이 시기 태양 밝기는 지금보다 20% 정도 어두워서 강력한 온실효과 없이는 액체 상태의 물이 존재할 수 없었기 때문이다.

고대 지구에 액체 상태의 물이 존재할 수 있었던 것은 이렇게 높은 온실가스 농도 덕분이었다. 그러나 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 조건 덕분에 생명체가 탄생해 광합성을 통해 온실가스 농도를 낮추고 산소 농도를 높였다. 절묘하게도 이 상황이 태양이 점점 밝아지는 상황과 균형을 맞춰 현재의 지구를 만든 것이다. 물론 이 과정에서 온도가 지나치게 올라가거나 내려가는 이변도 있었지만, 지구 생태계는 적절한 균형을 찾아갔다. 태양계 다른 행성에서는 볼 수 없는 지구만의 기적이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com