남극대륙이 얼음으로 덮인 이유

극한의 땅으로 알려진 남극대륙. 그 넓이는 무려 호주대륙의 2배 면적이고 평균적으로 두께 2㎞의 두꺼운 얼음으로 덮여 있습니다. 그런 남극대륙도 1억 년 정도 전에는 다양한 동식물이 서식하는 녹색의 대지였습니다. YouTube의 과학계 동영상 채널 'SciShow'에서 남극대륙이 얼음의 땅이 될 때까지의 변천을 설명합니다.

How Antarctica Froze Over
https://www.youtube.com/watch?v=2r-IjEPojkw

남극대륙이 극한의 땅이라는 사실은 잘 알려져 있습니다. 물 위에 떠다니는 얼음덩이로 덮인 북극과 달리 남극은 '대륙'입니다. 그 크기는 오스트레일리아 대륙의 2배로 산맥이나 계곡 등에서 기복이 풍부하지만 평균 2킬로미터에 달하는 두꺼운 얼음에 완전히 덮여 있습니다.

그러나 옛날부터 이런 모습이었던 것은 아닙니다. 우연히 이런 모습이 되었을 뿐입니다. 오랫동안 과학자들은 남극대륙이 어떤 과정을 거쳐 얼음에 덮히게 되었는지 연구해 왔습니다.

놀랍게도 남극대륙은 과거 대부분의 기간 녹색으로 덮여 있었다. 그리고 한랭화가 시작되기 전에는 풍부한 생명이 서식하고 있었습니다. 예를 들어 1억 년 정도 거슬러 올라가면 남극대륙에는 공룡 등의 다양한 동물이 서식하는 광대한 침엽수림으로 덮여 있었습니다. 당시의 남극대륙은 현재보다 북방에 위치했고 당시의 지구의 기후도 현재보다 온난했습니다. 지구는 온난기에 있었고 영구적인 얼음도 보이지 않았습니다.

지구가 현재와 같이 남극과 북극이 영구적으로 얼어붙는 냉량한 상태로 변모하는 데에는 꽤 많은 시간이 걸렸습니다. 지질학자는 남극 빙상이 형성되기 시작한 시기를 시신세부터 점신세 사이인 대략 3,400만 년 정도라고 추정합니다.

남극대륙이 한랭화된 과정은 조금 복잡합니다. 당시의 남극대륙의 환경은 눈에 띄게 변화하고 있었습니다. 다른 지역은 온난하고 습한 쥬라기 초기를 맞이했지만 남극대륙은 다른 대륙과 비교할 때 추운 기후로 현재와 같은 어둡고 차가운 겨울철이 종종 도래했습니다. 게다가 현재보다 훨씬 북쪽에 위치한 남극대륙은 지각변동으로 인해 서서히 남방으로 밀려났습니다.

가장 큰 변동은 남극대륙이 고립되어 이어져 왔던 남아메리카대륙이나 호주대륙과 멀리 떨어진 결과, 남극지의 큰 특성 중 하나인 '남극환류'가 탄생했습니다. 남극환류란 남극대륙의 주위를 주회하는 해류입니다. 멕시코 만류와 같은 다른 해류는 진로를 바꾸어 온난한 해수와 한랭한 해수를 다른 곳으로 옮기게 되었습니다.

남극환류는 차가운 해수를 남극대륙의 주위에 가둔 채 주회시켜 따뜻한 해수를 차단시켰기 때문에 극한의 기후가 계속되고 있다고 연구자 대부분이 생각하고 있습니다. 아직 이 분야는 연구해야 할 부분이 많습니다.

당시는 남극대륙뿐만 아니라 지구 전체가 추워지고 있었습니다. 이 시기를 '대빙하기(The Big Cill)'라고 부르는 연구자도 있습니다.

연구자들은 이 대규모 기후변화가 이산화탄소량의 변화에 기인한 것으로 보고 있습니다. 당시의 지구의 대기나 해수에서 이산화탄소가 줄어들고 있었던 증거가 태고의 화석이나 퇴적물에 화학물질의 형태로 보존되어 있었습니다.

지각변동으로 대륙이 융기하여 산맥이 많이 태어났습니다. 남극대륙 주변에서는 한랭화가 시작되었습니다. 인도 아대륙은 유라시아 대륙과 충돌하여 히말라야 산맥이 융기하기 시작했습니다. 방대한 암반이 노출되어 '화학적 풍화'를 일으켰습니다.

화학적 풍화에서는 대기 중의 이산화탄소가 흡수되어 봉쇄되어 버립니다. 그 과정은 다음과 같습니다. 이산화탄소는 빗물과 화학반응을 일으켜 탄산을 생성하고 암반을 녹입니다. 녹은 암석은 하천으로 흘러들어 가 바다로 옮겨집니다. 플랑크톤을 비롯한 해양생물은 스스로 외부껍질을 생성하기 위해 이산화탄소를 포함한 용융성분을 흡수합니다. 여기서도 이산화탄소가 봉쇄되어 버립니다.

사실 플랑크톤은 기후변화에 있어서 여러 가지 면에서 큰 역할을 합니다. 이 작은 유영하는 생명체는 지금도 화석이 남극에 대량으로 남아 있습니다. 지질학자들은 남극대륙이 다른 대륙에서 분열된 시대의 플랑크톤 화석이 급증하고 있음을 관찰했습니다.

이로 인해 남극환류의 조류가 강해짐에 따라 심해의 영양소 풍부한 찬 해수가 표층에 승류하는 양이 늘었다고 추측하는 과학자들도 있습니다. 이런 용승작용은 얕은 물의 생물에게 풍부한 영양분을 운반합니다.

이렇게 풍부한 영양분을 얻은 해양 플랑크톤은 큰 번영을 이루었습니다. 늘어난 해양 플랑크톤은 그 외각에 이산화탄소를 점점 가둡니다. 플랑크톤이 사멸해 해저에 가라앉으면 그 외각은 석회화되어 대량의 이산화탄소가 봉쇄되어 갑니다.

이러한 해양상의 변화는 남방만이 아니었다고 지적하는 전문가도 있습니다. 지각 변동으로 지구의 해류가 크게 변했습니다.

2015년 현대의 기후와 해양을 연구하는 컴퓨터 모델에 당시의 해류상태를 입력하고 당시의 해류변화를 조사하는 연구가 이루어졌습니다. 그러자 남아메리카대륙과 남극대륙 사이에 드레이크해협이 탄생함으로써 남극환류의 흐름이 바뀌면서 지구 전체의 해류에 큰 변화가 일어났습니다.

심해의 탄소를 표층으로 운반하는 해류 전체의 속도가 저하되어 탄소는 점점 심해에 머물게 되었습니다. 이러한 변화와 그 밖의 요인이 400만 년 정도의 시간에 걸쳐 지구 전체의 이산화탄소량을 저감시켜 지구의 기온이 저하되었다고 합니다.

동시에 남극도 한랭화했습니다. 우선 남극대륙의 고산에 빙하가 형성되어 그것이 서서히 계곡이나 저지에 퍼져나가 빙상이 되어 갔습니다.

빙상은 일단 형성되면 점점 가속화합니다. 얼음은 반사율, 즉 빛을 반사하는 힘이 매우 강합니다. 햇빛은 얼음 위에서 튀어 오르는데 햇빛의 온기도 마찬가지입니다. 얼음의 표면적이 많을수록 햇빛이 반사되어 대기가 따뜻해지지 않습니다.

빙상이 두꺼워짐에 따라 점점 고도가 높아집니다. 그러면 대기가 얇고 차갑게 되고 한층 더 얼음이 생기는 연쇄반응이 일어납니다. 즉 빙상은 영구적으로 존재하는 것입니다. 빙상은 추가적으로 빙상의 성장을 일으켜 수만 년이 지나면서 지구의 기온은 계속 떨어졌고 남극대륙의 빙상은 더욱 성장했습니다. 우리가 아는 현재의 아름다운 '남극 빙상'은 이렇게 1,400만 년 전에 만들어진 것입니다.