드레이크 해협은 Drake Passage라 한다. 대서양과 태평양을 가르는 해협이고 남미대륙과 남극대륙 사이의 바닷길이다. 지브롤터 해협은 Strait of Gibraltar라 한다. 대서양과 지중해를 가르는 해협이다. homo sapiens는 20만년전 등장한 인류이고 homo sapiens sapiens는 5만년전에 등장한 현생인류다. 해협 이야기를 하다가 호모 이야기를 하는 것은 호모 사피엔스 사피엔스가 천신만고 끝에 남극에 갔다 해도 전혀 쓸모 없는 땅이라는 사실에 절망했을 것이란 말을 하기 위해서다.
빙하기란 용어는 19세기 식물학자 카를 쉼퍼가 처음 제안했다. 일반적으로 과거 260만년전인 플라이스토세부터 지구의 평균 기온이 상대적으로 낮았던 시기를 빙하기라 하고 상대적으로 높았던 시기를 간빙기라 한다.(1만 2천년전부터 현재까지는 홀로세이다.) 큰 기후 변화 주기 내에 작은 기후 변화들이 요동치는 것이 순리다. 빙하기와 간빙기는 전 지구적인 평균 기온 변화와 지속 시간을 기준으로 정해진다. 지속 시간은 수백~수천년이다. 최초의 빙하기는 선캄브리아기인 24억년전으로 추정한다. 지구 탄생 후 21억년이 지나서였다. 최초로 증거가 발견되었다는 뜻이지 역사상 최초라는 의미는 아니다.
기후 지시자는 물리적으로, 화학적으로, 생물학적으로 기후에 따라 달라지는 인자들이다. 빙하 시료의 얼음 기포 내에 갇힌 온실가스가 한 예이다. 전 지구적인 기후변화 보유자에서 동일한 시기에 나타나는 비슷한 전 지구적 기후변화가 감지된다면 우리는 그 시기를 지구 역사에 나타난 빙하기나 간빙기로 지정할 수 있다.
지구 궤도 변화의 가장 중요한 세 가지 요인은 이심률, 자전축의 기울어짐, 세차운동이다. 이런 지구 궤도의 주기적 변화는 약 23000년(세차운동), 40000만년(지구 자전축의 기울기), 10만년(이심률) 주기로 지구 기후에 큰 영향을 주었다. 이 외에 장기적 관점에서 현재와 다른 과거의 기후 변화 요인은 지각 운동과 관련이 있다. 기후는 위도에 따른 태양 복사량의 차이와 대기의 해양순환에 따라 달라진다.
1만 2천년전부터 현재까지 홀로세 지질시대에서 소빙하기는 1350년부터 1850년 사이에 나타났다. 이때를 제외하고 나머지 시기는 따뜻했다. 소빙하기 내내 추웠던 것은 아니다. 태양에 흑점이 많으면 태양의 대류가 활발해 지구에 도달하는 태양 복사에너지가 많아진다.
눈덩어리 지구 가설을 보자. 지구의 해양과 대륙 모두 하얀 눈으로 덮여 있었다고 가정하는 이론이다. 탄생 이후 초기 지구가 마그마 바다로 덮여 데워진 상태에서 서서히 식어갔다고 추측하는 상황에서 눈덩어리 지구 가설은 논란을 낳았다. 암석은 지구의 역사를 담고 있는 기록자이다. 지질학자들이 눈덩어리 지구를 가정할 수 있었던 것은 다이아믹타이트 때문이다. 각진 암석 덩어리와 자갈부터 점토까지 불규칙하게 혼합된 퇴적상을 보여주는 사암(砂巖)이다. 오직 극지역의 빙하 주변 육상과 해양 퇴적물에서 찾을 수 있다.
육상의 지질 기록은 침식 등으로 연속적이지 않지만 해양 퇴적층은 과거로부터 현재까지 지구의 지표 환경 기록을 연속적으로 가지고 있어 암석 퇴적상을 현생 퇴적상과 서로 대조해 볼 수 있다. 유빙운반역(流氷運搬礰)도 과거 빙하기의 일면을 볼 수 있는 과학적 증거다. 높은 지대에 두껍게 쌓인 빙하는 무게에 따른 중력에 의해 낮은 지대로 흐른다. 이렇게 빙하기 이동을 하는 과정에서 육상의 암석 덩어리와 조각들은 빙하 바닥에 붙어 운반된다. 빙하 바닥의 암석은 갈려 거친 돌이 만들어진다.
빙하가 해안가에 이르면 지반이 더 이상 빙하를 지탱하지 못하고 무너져 내려 바다로 흘러들어 유빙이 생성된다. 다량의 유빙이 바다로 운반되어 녹을 때 유빙에 붙어 있는 암석 파편이 바다 밑으로 떨어진다. 이때 떨어진 역들이 퇴적물에 드문드문 섞여 빙하 환경에서만 볼 수 있는 특이한 퇴적상을 만든다. 이 역들의 표면에 운반 도중 빙하가 긁고 지나간 흔적들이 나타나기도 한다. 극지환경에서만 볼 수 있는 해양지질학의 퇴적물로 생각했지만 적도 지역을 포함해 저위도 지역에서 광범위하게 발견되었다. 이를 근거로 과학자들은 오래전 지구에 전지구적인 얼음 세상이 존재했다는 가설을 세웠다.
다이아믹타이트, 호상 점토 퇴적물, 빙하가 녹은 물에서 생성된 하천 퇴적물, 암석 표면의 빙하 흔적에서 눈덩어리 지구의 강력한 증거를 찾을 수 있다. 지구과학계의 혁명과도 같은 판구조론이 만들어지지 않았다면 눈덩어리 지구 가설은 빛을 보지 못했을 것이다. 판이 움직인다는 살아 있는 증거는 해저 지각에 남아 있는 잔류자기의 방향이다. 지구 자기장은 계속 변해왔다. 잔류자기는 암석이나 퇴적물에 남아 있는 과거의 지자기다. 퇴적물이 쌓이면서 잔류자기 배열이 고정된다. 지각판이 이동하면 그 암석의 지자기 방향은 점차 시간적인 자기장과 달라질 것이다.
두꺼운 얼음으로 덮인 바다는 산소 농도가 낮을 수밖에 없다. 그런데 이런 환경에서 호상 철광층이 생성된 적이 있다. 세 번(24억년전, 7억 2천만년전, 6억 5천만년전)의 눈덩어리 빙하기는 발생 시기가 서로 크게 달라 각기 원인이 다를 수밖에 없다. 45억년전에서 25억년전까지 적어도 20억년 동안 지구에는 산소가 없었다. 원시 생명체는 풍부한 대기 성분을 토대로 살아야 한다. 하지만 지구가 물바다 행성으로 바뀌면서 생명체는 새로운 도약의 발판을 마련하게 되었다. 생명체가 대기에서 수소를 만들기보다 너무도 풍부해진 물에서 수소를 추출하려고 시도한 것이다. 그 결과물이 시아노박테리아의 출현이다.
중요한 점은 그들이 수소를 만든 것이 아니라 그들이 광합성을 하는 과정에서 산소라는 부산물을 만든 것이다. 갑자기 급격하게 늘어난 대기 산소가 따뜻한 기후를 유지하도록 이어주는 온실가스의 급격한 산화(온실가스 제거, 메탄 제거)로 이어져 빙하기를 이끌었다고 할 수 있다.(80 페이지) 극지방부터 얼기 시작한 지구는 얼음이 많아지면서 태양빛을 더 많이 반사해 결빙이 급격하게 진행되었을 것이다.
알베도(빛 반사) 지수는 물이 0.1, 육지는 0.3, 얼음은 0.45-0.65, 신선한 눈이 약 0.9다. 지구 전체가 얼어있었다면 지구로 들어오는 태양빛은 거의 우주로 반사되기에 지구는 영원히 얼음 세상이 되어야 한다. 그러니 눈덩어리 지구 사건이 영원히 지속되지 못한 이유를 찾아야 한다. 지구를 덮고 있던 얼음을 녹일 수 있는 강력한 힘은 지구 내부의 뜨거운 힘 밖에 없을 것이다. 특히 메탄 같은 온실가스가 영구동토층과 해양 퇴적층을 뚫고 대기로 올라와 영구적일 것 같았던 눈덩어리 지구를 사라지게 하는 계기가 되었을 것이다.
화산 활동으로 빙하기가 올 수 있는 주된 요소는 이산화황을 포함하고 있는 에어로졸(화산재)이다. 대기로 넓게 퍼진 분출 물질은 태양빛이 지표로 들어오는 것을 막는 방패 역할을 해 지구 기온을 떨어뜨린다. 기온의 하락으로 고위도 빙하의 면적이 넓어지면서 알베도가 커지고 눈덩어리 빙하기가 초래되었다는 것이다. 완벽한 얼음 세상이라던 당시에 물이 순환하거나 얼음이 녹았던 활동의 증거가 일부 나타났다. 그래서 완전한 눈덩어리가 아닌 진창눈덩어리 지구(slushball earth), 눈덩어리에 가까운 지구(near snowball earth)를 제안했다.
저자는 빙하기 시대를 준비할 수 있는 유일한 장소는 남극대륙이라 말한다. 남극 대륙은 지구 기후 조절 요인의 한 축을 담당하고 있기에 환경적으로 보호되어야 할 곳이다. 눈덩어리 지구 이론은 가설이다. 첫 부분부터 흥미롭게 읽었지만 중반부 이후 가설 자체에 대한 논란, 해명되지 않은 부분 등이 이어져 긴장감이 덜했다. 그림으로 보는 극지과학 시리즈의 한 책으로 150 페이지 ~200 페이지 정도로 분량이 정해져 있어 아쉬운 점도 있다. 더 상세하게 조명되었다면 좋았을 것이다. 저자가 추천한 ‘우리는 지금 빙하기에 산다’를 읽어야겠다.
