[과학을읽다]지구의 타임캡슐 '빙하코어'의 비밀

빙하코어 시추 작업을 준비하고 있는 과학자들. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]지구의 역사에 빙하기가 있었다는 사실은 어떻게 알 수 있었을까요? 인류가 역사를 기록으로 남긴 것은 오래지 않았습니다. 역사가 기록되기 이전에 지구에서 일어났던 기후와 바다의 상태 등을 과학자들은 도대체 어떻게 알아낸 것일까요?

오랜 세월 땅속에 묻혀 있었던 화석만으로는 오랜 과거의 기후와 바다에 대한 정보까지 파악하기는 어렵습니다. 과거의 기후와 바다에 대한 정보 만큼은 '빙하코어(ice cores)'가 최고라고 할 수 있습니다. 우리가 궁금했던 오래 전 지구비밀의 대다수는 빙하코어를 통해 밝혀졌다고 할 수 있습니다.

남극이나 북극이 배경이 된 영화의 줄거리는 대체로 주인공이 조난이나 사고를 당했다가 극한 상황을 이겨내는 내용입니다. 또 극지 탐사대의 일상을 소개하는 TV 다큐멘터리도 자주 방영됩니다.

영화의 뻔한 줄거리, 다큐멘터리의 예상 가능한 영상 속에 빠지지 않고 등장하는 장면이 있습니다. 바로 빙하코어를 얻기위해 시추 작업을 하는 과학자들의 모습입니다. 보통은 주인공이 그 작업을 주도하는 과학자이거나, 돕는 인물로 등장하지요. 극지연구의 가장 핵심적인 부분이 바로 빙하코어를 뽑아내는 시추 작업이기 때문입니다.

북극에서 시추한 빙하코어를 살펴보는 과학자들. [사진=유튜브 화면캡처]

빙하코어는 빙하에 길게 구멍을 뚫어 캐낸 긴 원통 모양의 얼음기둥입니다. 극지의 빙하는 해마다 내린 눈이 겹겹이 쌓이면서 만들어집니다. 한여름에도 영하의 기온인 남극의 경우 눈이 녹지 않고 계속 쌓이고, 먼저 쌓였던 아래쪽 눈은 압력과 밀도가 증가되면서 차츰 단단해져 60~100m 깊이에 도달하면 딱딱한 얼음이 됩니다.

이러한 과정이 수십년 이상 되풀이되면 얼음층이 만들어져 가장 깊은 곳에는 과거에 쌓였던 눈이, 가장 얕은 곳에는 최근의 눈이 자리잡아 빙하를 구성하게 됩니다.

?과학자들은 얼음에 갇힌 공기방울에 주목합니다. 얼음 속에는 눈이 내릴 당시의 공기가 보존돼 있지요. 빙하의 가장 아래쪽에는 아주 오래된 과거의 공기가, 가장 위쪽에는 최근의 공기가 들어있는 것입니다.

이 공기방울에 포함된 대기 화학성분의 농도를 분석하면 과거 대기의 상태를 파악할 수 있는 것이지요. 과거의 기후 정보가 빙하코어 속에 고스란히 저장돼 특정 시간대별로 다양한 기후 정보를 파악할 수 있다고 합니다.

빙하코어를 연구하고 있는 과학자의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

빙하코어를 분석하면 100만 년 이전의 기후 정보까지 알 수 있다고 합니다. 기후변화 연구에 빙하코어가 없어서는 안되는 이유입니다. 빙하코어를 이용한 연구는 1950년대부터 시작됐고, 우리나라는 1990년대 말부터 빙하코어에 관한 연구를 시작했다고 합니다.

지금까지 캐낸 빙하코어에서 발견된 가장 오래된 얼음은 2004년 유럽 10개국이 공동으로 남극에서 캐낸 3270m 빙하에 있는 74만 년 전의 얼음입니다. 빙하코어 연구를 통해 약 50만 년 전부터 지구에 빙하기가 여러 번 찾아왔음을 알아냈습니다.

빙하기에서 간빙기, 다시 빙하기가 되는 과정은 약 10만 년 정도 주기로 계속됐으며, 간빙기의 기온이 최고로 오른 직후부터 기온은 내려가서 다시 빙하기가 됩니다. 마지막 빙하기는 만 8000년 전에 끝났고, 그 후 기온이 높아지다 최고로 오른 후 다시 내려가는 간빙기가 현재까지 계속되고 있다는 사실도 빙하코어 연구를 통해 밝혀냅니다.

빙하코어 속 공기방울을 확대한 사진. [사진=유튜브 화면캡처]

?지구의 이산화탄소와 메탄가스 농도 변화도 빙하코어 속 공기 분석으로 알아냅니다. 이산화탄소의 농도는 250년 전보다 약 30%가 높아졌고, 메탄가스의 농도는 170%가 늘어났습니다. 250년 전인 1750년 무렵부터 유럽에 산업혁명이 시작돼 공장에서 이산화탄소와 메탄가스를 본격적으로 내뿜었기 때문인 것으로 밝혀졌습니다.

어떤 빙하코어에서는 검정 띠가 규칙적으로 그려져 있는데, 이는 화산재의 흔적으로 화산이 어디에서, 언제, 어떤 이유로 폭발했으며, 어떻게 화산재가 퍼졌는지 등에 대한 정보도 알 수 있다고 합니다.

심지어 빙하코어 속에 든 성분을 통해 우주에서 몇만 년 전에 폭발한 별의 증거를 찾아내기도 했습니다. 1991년 러시아 과학자들은 3만5000년 전에 만들어진 빙하코어가 다른 빙하코어에 비해 베릴륨(Be) 10의 양이 2배 많다는 것에 주목, 지구로부터 150광년 떨어진 초신성이 폭발했다는 사실을 밝혀냈습니다.

빙하 깊은 곳에서 빙하코어를 시추하는 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

초신성이 폭발하면 지구에 쏟아지는 방사선의 양이 확연하게 증가하는데, 이 방사선이 극지방의 대기권으로 들어와 질소와 산소 분자를 파괴해 베릴륨 10을 만들고, 이 베릴륨 10이 눈과 함께 내려 빙하가 된 것입니다.

빙하코어를 분석하면 해마다 지구에 얼마나 많은 유성이 떨어지는지도 알아낼 수 있다고 합니다. 빙하코어 속 이리듐과 백금 성분이 포함돼 있는데, 이리듐과 백금은 지구에는 거의 없고, 우주에서 오는 유성에 많이 들어 있기 때문입니다.

과학자들은 빙하코어를 지구의 과거를 품은 타임캡슐이라고 일컫습니다. 또, 과거를 알려주는 나침반이라고도 합니다. 과학기술이 더 발전하면 3270m보다 더 깊은 곳의 빙하코어도 시추할 수 있지 않을까요? 알려지지 않은 지구의 비밀이 더 밝혀질 수 있기를 기대합니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr