소금 때문에 지구가 더 꽁꽁 얼었다? 눈덩이 지구를 둘러싼 미스터리 [여기는 지구]

지구 기후는 시대에 따라 극단적인 변화를 겪었다. 예를 들어 2만년 전 마지막 빙하기 때는 북미 대륙과 유럽 대륙의 상당 부분이 두꺼운 빙하로 뒤덮여 있었고 해수면은 지금보다 120m 이상 낮아 서해 바다 역시 넓은 육지로 드러나 있었다. 하지만 그렇다고 해서 빙하기가 지구 역사상 가장 추웠던 시기는 아니다. 빙하기에도 빙하에 덮이지 않은 육지가 많았고 적도 부근은 여전히 비교적 따뜻했다.

그러나 7억 2000만년 전부터 6억 3500만년 전까지 이어진 크리오스진기(Cryogenian period), 혹은 창빙기(創氷紀)에는 상황이 달랐다. 이 시기 지구는 적도 부근까지 얼음이 확장되고 바다 대부분이 두꺼운 얼음으로 덮인 상태였던 것으로 보인다. 과학자들은 이런 상태를 ‘눈덩이 지구(Snowball Earth)’라고 부른다.

지구가 대체 왜 이렇게 극단적인 빙하기를 신생대 전체보다 훨씬 오래 겪었는지는 여전히 완전히 풀리지 않은 수수께끼다. 특히 빙하기가 시작된 이후 어떻게 그렇게 극단적인 한랭 상태로 진행됐는지는 많은 연구가 진행되고 있는 주제다.

16일 학계에 따르면 최근 노르웨이 북극 대학교(UiT)의 과학자들은 최근 전혀 예상하지 못했던 요인이 당시 지구의 냉각을 더 강화했을 가능성을 제시했다. 연구팀이 지목한 범인은 바로 소금이다. 소금물은 잘 얼지 않기 때문에 언뜻 보면 한랭화와는 거리가 먼 요소처럼 보이지만, 연구팀에 따르면 눈덩이 지구 환경에서는 오히려 반대의 효과가 나타날 수 있다.

모든 것이 꽁꽁 얼어붙은 눈덩이 지구 상태에서도 수증기는 완전히 사라지지 않는다. 매우 낮은 온도에서도 얼음이 직접 기체로 변하는 승화(sublimation)가 일어나기 때문이다. 예를 들어 화성에서도 얼음이 승화하면서 희박한 대기 속에 수증기가 공급되는 현상이 관측된다. 눈덩이 지구에서도 비슷한 과정이 일어나 얼음에서 수증기가 조금씩 생성될 수 있다.

하지만 이 과정에서 물은 기체로 사라질 수 있는 반면 소금은 남게 된다. 따라서 오랜 시간이 지나면 얼음 표면에는 염분이 점차 농축되고 결국 소금 침전물이 축적될 수 있다.

문제는 이 소금 층이 얼음보다 더 높은 반사율을 가질 수 있다는 점이다. 연구팀의 시뮬레이션에 따르면 일단 얼음 표면에 염분 침전이 형성되기 시작하면 태양빛 반사가 증가하면서 이미 진행 중이던 냉각 추세가 더욱 강화된다. 즉 ‘소금–알베도 피드백(salt–albedo feedback)’이 작동해 지구 표면 온도를 추가로 낮추는 효과가 나타난다는 것이다.

이 모델에 따르면 같은 조건에서 얼음 표면에 소금이 축적되지 않는 경우보다 훨씬 더 낮은 기온까지 떨어질 수 있으며, 한 번 눈덩이 지구 상태에 들어가면 다시 따뜻한 기후로 돌아가기 위해 더 많은 에너지가 필요하게 된다.

물론 이 연구가 눈덩이 지구의 모든 미스터리를 해결하는 것은 아니다. 무엇보다 이런 극단적인 빙하기가 애초에 왜 시작됐는지는 여전히 논쟁 중이며, 당시 극단적 한랭화에는 대륙 배치 변화와 이산화탄소 감소 등이 중요한 역할을 했을 것으로 주장하는 과학자들도 있다.

아직 많은 질문이 남아 있지만, 눈덩이 지구는 지구 기후가 얼마나 극단적인 상태까지 변할 수 있는지를 보여주는 대표적인 사례다. 이번 연구는 이 고대 빙하기가 어떻게 그렇게 오랫동안 유지될 수 있었는지에 대해 새로운 단서를 제공하고 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com