바다 퇴적물 분석해 22억 2,000만년 전으로 확인
2021.04.01 09:00 김병희 객원기자
지구 대기에 영구적으로 산소가 상승한 사건은 지구에서의 생물 거주 가능성을 근본적으로 변화시켰다. 학자들은 이런 계기가 된 ‘대산소화 사건(Great Oxidation Event)’이 대체로 24억~20억년 전에 일어난 것으로 생각해 왔다.
그런데 최근의 새로운 연구에 따르면 이 시기가 생각보다 훨씬 뒤늦게 일어났다는 견해가 제시됐다.
영국 리즈대가 이끄는 미국 캘리포니아(리버사이드)대와 하버드대, 서던 덴마크대, 세인트 앤드류스대 협동연구팀은 과학저널 ‘네이처’(Nature) 29일 자에 발표한 논문에서, 이같은 주장과 함께 지구가 반복적으로 얼음으로 뒤덮였을 때 지구에 영향을 끼친 가장 극단적인 몇 가지 기후 관련 사건에 대한 설명을 제시했다.
지구 산소 순환에서의 주요 산소 저장과 흐름을 나타낸 도표. © WikiCommons / Pengxiao Xu
실제 영구적 대기 산소화는 1억년 뒤에 발생
산소가 처음으로 지구 대기에 존재하기 시작한 것은 약 24억 3,000만년 전으로 알려진다. 이 시기는 지구 역사에서의 중추적인 기간으로 대산소화 사건의 시작점을 가리킨다.
대산소화 사건은 비록 오늘날보다 훨씬 낮은 수준의 산소를 생겨나게 했으나, 지구 표면의 화학적 구성을 극적으로 변화시켰고, 지구에서의 생물학적 진화 과정을 위한 무대를 만들어냄으로써 궁극적으로 동물이 살 수 있는 환경으로 이어졌다.
연구팀은 대산소화 사건 당시 바다에 퇴적된 남아프리카의 암석을 분석해 초기의 대기 산소화는 수명이 짧았고, 훨씬 뒤에 가서야 대기의 영구적인 특징으로 자리매김됐다는 사실을 발견했다.
연구를 이끈 리즈대 지구 및 환경학부 사이먼 파울튼(Simon Poulton) 교수는 “대산소화 사건은 지구의 환경과 거주 가능성을 근본적으로 변화시켰다”며, “이 초기 산소화 기간은 약 24억 3,000만 년~23억 2,000만 년 전에 발생한 것으로 생각된다”라고 말했다.
파울튼 교수는 “그러나 우리 연구에 따르면 실제 대기의 산소화는 약 2억년 동안 매우 불안정했고, 이전에 생각했던 것보다 약 1억년 뒤에 영구적인 대기 산소화가 일어났다”라고 덧붙였다.
지구에서의 생명 탄생 연대표. © WikiCommons
‘대산소화 에피소드’
한편 이번 연구 결과는 대기 중 산소 농도와 온실가스 농도의 변동 사이에 직접적인 연관성이 있음을 시사해 주목된다.
논문 공저자인 미국 캘리포니아(리버사이드)대 안드레이 베커(Andrey Bekker) 교수는 “이 같은 발견은 대산소화 사건과 동시에 발생한 네 개의 광범위한 빙결 작용(glaciations)을 설명하는데 도움이 된다”라고 말하고, “이 빙결 작용의 일부는 수백만 년 동안 지구 전체를 얼음으로 뒤덮었을 가능성이 크다”라고 밝혔다.
베커 교수는 “우리의 새로운 데이터에 따르면 산소 농도의 영구적인 상승은 실제로 최종 주요 빙결 전이 아니라 그 후에 발생했다”라고 설명하고, “이는 초기의 대기 산소화와 그 이후의 강렬한 기후 불안정 사이의 연결을 이해하는데 가로놓였던 주요 퍼즐이었다”라고 말했다.
연구팀은 이 기간을 ‘대산소화 에피소드(Great Oxidation Episode)’라는 이름으로 재분류했다. 이 기간 이후 15억 년 동안 기후와 환경적 안정성이 이어졌고, 선캄브리아 말기 산소가 상승하고 기후가 불안정해진 두 번째 주요 기간까지 유지됐다.
과학저널 ‘네이처’ 29일 자에 발표된 논문. © Springer Nature / Nature
“대기 산소화의 퍼즐 조각 풀어”
논문 공저자인 하버드대 데이비드 존스턴(David Johnston) 교수는 “대기 중 산소 상승은 지구에 생명이 살아갈 수 있는 가능성의 핵심 요소였다”며, “대기 산소화의 역사를 밝혀내면 궁극적으로 산소가 어떻게 동물의 진화가 이뤄질 수 있는 충분한 수준으로 상승했는지를 이해할 수 있다”고 말했다.
존스턴 교수는 “대기 중 산소가 처음으로 상당한 수준까지 상승한 ‘대산소화 에피소드’는 이 역사의 중추적인 단계임을 나타낸다”라고 밝혔다.
파울튼 교수는 “영구적인 대기 산소화가 실제로 언제 발생했는지를 모른다면, 지구에서의 생명 거주 가능성을 조절하는 가장 중요한 요소인 대기 산소화의 원인과 결과를 이해할 수 없다”라며, “이제 마침내 퍼즐의 조각을 얻어냈다”라고 강조했다.
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