눈덩이 지구— 적도까지 얼어붙었던 행성

이상한 증거들STRANGE EVIDENCE

이야기는 엉뚱한 곳에 있는 빙하 흔적에서 시작합니다.

적도에 있던 빙하

신원생대 지층에서 빙력암(tillite)이 발견됩니다. 빙하가 암석 조각들을 뒤섞어 쌓아 놓은, 분급이 엉망인 퇴적암입니다. 빙하가 있었다는 명백한 증거죠.

문제는 그 암석이 당시 어디에 있었느냐입니다. 암석에는 만들어질 때의 지구 자기장 방향이 기록됩니다. 이 고지자기를 측정하면 그 암석이 형성될 당시의 위도를 추정할 수 있습니다.

측정 결과는 충격적이었습니다. 적도 부근이었습니다. 지금의 인도네시아쯤 되는 위치에 빙하가 있었다는 뜻입니다.

빙하층 바로 위의 이상한 암석

또 하나의 단서가 있습니다. 이 빙하 퇴적층 바로 위에는 두꺼운 탄산염암이 급격하게 쌓여 있습니다. 캡 탄산염암(cap carbonate)이라고 부릅니다.

탄산염암은 보통 따뜻한 얕은 바다에서 만들어집니다. 빙하 퇴적층 위에 곧바로 열대성 암석이 올라온다는 건, 극한의 추위에서 극한의 더위로 급격히 뒤집혔다는 뜻입니다.

다시 나타난 호상철광층

021에서 본 호상철광층이 이 시기에 잠깐 다시 등장합니다. 호상철광층은 바다에 산소가 없어 철이 녹아 있어야 만들어집니다. 그 무렵 바다는 이미 산소가 있었는데 왜 다시?

바다 전체가 얼음 뚜껑에 덮여 대기와 차단됐다면 설명이 됩니다.

얼음–알베도 되먹임 — 폭주의 원리RUNAWAY FEEDBACK

알베도는 표면이 햇빛을 반사하는 정도입니다. 바다는 어두워서 대부분 흡수하고, 얼음과 눈은 밝아서 대부분 반사합니다.

1. 기온이 조금 내려간다 — 얼음이 조금 더 넓어집니다.
2. 알베도가 올라간다 — 넓어진 얼음이 햇빛을 더 많이 되돌려보냅니다.
3. 기온이 더 내려간다 — 흡수하는 에너지가 줄었으니 더 추워집니다.
4. 얼음이 더 넓어진다 — 1번으로 돌아갑니다. 양의 되먹임 고리입니다.
5. 임계점을 넘으면 — 얼음이 위도 30도 부근까지 내려오면 되먹임이 폭주하여 적도까지 순식간에 얼어붙습니다.

그래서 어떻게 녹았나THE ESCAPE

여기가 이 가설의 백미입니다. 폭주로 얼어버린 행성에서 탈출구는 화산이었습니다.

평소 지구는 규산염 풍화라는 과정으로 이산화탄소를 제거합니다. 빗물에 녹은 이산화탄소가 암석을 서서히 녹이고, 그 성분이 바다로 흘러가 탄산염으로 가라앉는 방식입니다. 지구의 장기 온도 조절 장치죠.

1. 얼음이 모든 것을 덮는다 — 암석은 얼음 아래, 바다도 얼음 아래. 풍화가 멈춥니다. 이산화탄소를 빼내는 장치가 꺼진 겁니다.
2. 화산은 계속 뿜는다 — 얼음이 덮여도 화산 활동은 멈추지 않습니다. 이산화탄소가 계속 대기로 들어갑니다.
3. 수백만 년간 축적 — 들어오기만 하고 나가지 않으니 쌓입니다. 현재의 수백 배에 이르는 농도까지 올라갔을 것으로 추정합니다.
4. 극단적 온실 효과 — 마침내 얼음을 녹이기 시작합니다. 얼음이 녹으면 알베도가 낮아지고, 그러면 더 빨리 녹습니다. 이번엔 반대 방향으로 폭주합니다.
5. 지옥 같은 더위 — 온실기체가 잔뜩 쌓인 상태에서 얼음이 사라지자 지구는 극단적으로 뜨거워집니다. 이때 격렬한 풍화로 쏟아진 성분이 캡 탄산염암을 만들었다는 것이 이 가설의 설명입니다.

그리고 무슨 일이 일어났나WHAT CAME NEXT

흥미로운 것은 타이밍입니다. 마지막 눈덩이 지구가 끝난 직후,

• 대기·해양 산소가 다시 한 단계 오릅니다
• 에디아카라 동물군이라는 최초의 대형 다세포 생물이 등장합니다
• 그리고 얼마 뒤 캄브리아기 대폭발(036)이 일어납니다

우연일까요? 여러 연구자는 인과 관계를 의심합니다. 극심한 빙하기가 대부분의 생물을 없애 생태적 무대를 비웠고, 해빙 후 격렬한 풍화가 바다에 영양분을 대량 공급했으며, 그 결과 산소가 늘어 큰 동물이 가능해졌다는 시나리오입니다.

지구 최악의 재난이 동물 시대의 문을 열었을지도 모릅니다. 다만 이것은 아직 가설이고, 인과가 증명된 것은 아닙니다.

교육과정 연계CURRICULUM

심화 & 사고력 포인트GOING DEEPER

교과서를 넘어서는 지점

• 교과서는 빙하기를 사건으로 배웁니다. 여기서는 되먹임의 메커니즘으로 이해합니다.
• 탈출 시나리오가 압권입니다. 얼어붙게 만든 것과 녹인 것이 같은 시스템의 양면입니다.
• 고지자기로 과거 위도를 복원하는 방법 — 지구과학 특유의 추론 기법입니다.
• 슬러시볼 논쟁 — 이름이 붙었다고 해서 확정된 것은 아니라는 사실.

이 회차가 길러 주는 사고력

• 되먹임과 임계점 — 작은 변화가 폭주하는 조건 (2장)
• 역방향 추론 — 결과(캡 탄산염암)에서 원인(급격한 온난화)을 되짚기 (1장)
• 반증 감각 — 광합성 생존 문제라는 반론이 가설을 어떻게 수정시켰나 (3장)
• 인과와 상관 구분 — 눈덩이 직후 동물이 등장한 것은 인과인가 우연인가 (4장)

관련 영상VIDEO

생각해보기THINK ABOUT IT

정리 퀴즈QUIZ

참고 자료REFERENCES

• 커시빙크(1992)의 전 지구 빙하기 제안과 호프먼 등의 후속 종합 연구
• 신원생대 빙하 퇴적층의 고지자기 기반 고위도 복원 연구
• 캡 탄산염암의 형성 조건과 급격한 해빙 시나리오에 관한 지구화학 연구
• 규산염 풍화–탄소 순환 되먹임(장기 기후 조절)에 관한 모형 연구
• 슬러시볼 지구 가설 및 광합성 피난처 논쟁 문헌

이 글은 위 자료들을 확인해 직접 작성한 것입니다. 특정 저작물의 문장을 옮기거나 요약하지 않았습니다. 사실 관계에 오류가 있다면 알려주세요.

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