우리는 무엇을 할 수 있을까? 우리는 이 질문에 대한 가능한 답을 찾기 위해 자연적 과정이 어떻게 대기에서 지구로, 그리고 과거로 탄소를 재활용했는지 살펴본다. 

 

Nature에 발표된  새로운 연구는 지각판, 화산, 침식된 산, 해저 퇴적물이 지질학적 과거에 지구의 기후를 어떻게 제어했는지 보여준다. 이러한 과정을 활용하면 우리 행성이 누렸던 "골디락스" 기후를 유지하는 데 역할을 할 수 있다.

 

온실에서 빙하기까지

 

온실 및 빙실 기후는 지질학적 과거에 존재했다. 백악기 온실(약 1억 4,500만 년에서 6,600만 년 전까지 지속됨)은 대기 중 CO₂ 수준이 1,000ppm(ppm) 이상이었고 오늘날의 약 420에 비해 온도가 최대 10℃ 높았다.

 

그러나 지구의 기후는 약 5천만 년 전 신생대에 식기 시작하여 오늘날보다 약 7℃ 정도 낮은 빙상 기후가 되었다.

 

무엇이 지구 기후의 이 극적인 변화를 촉발시켰을까?

 

지구는 백악기의 온실 기후(왼쪽)에서 다음 신생대 시대(오른쪽)의 빙실 기후로 진화하여 내륙 빙상으로 이어졌다. 이미지 출처: F. Guillén 및 M. Antón / Wikimedia Commons 

 

우리의 의심은 지구의 지각판이 범인이라는 것이었다. 지각판이 탄소를 저장, 이동 및 방출하는 방법을 더 잘 이해하기 위해 지각 구조의 "탄소 컨베이어 벨트"의 컴퓨터 모델을 만들었다.

 

탄소 컨베이어 벨트

지각 과정은 두 개의 판이 서로 멀어지는 중앙 해령에서 대기 중으로 탄소를 방출하여 마그마가 표면으로 올라와 새로운 해양 지각을 생성하도록 한다.

 

동시에, 두 개의 판이 수렴하는 해구에서 판은 아래로 당겨져 깊은 지구로 다시 재활용된다. 내려오는 길에 그들은 탄소를 지구 내부로 다시 운반하지만 화산 활동을 통해 일부 CO₂도 방출한다.

 

 

지구의 구조적 탄소 컨베이어 벨트는 심해의 능선에서 심해 퇴적물을 운반하는 해양 판이 지구 내부로 다시 재활용되는 섭입대까지 깊은 지구와 표면 사이에 막대한 양의 탄소를 이동시킨다. 관련된 과정은 지구의 기후와 거주 가능성에 중추적인 역할을 한다. 이미지출처: 저자 제공

 

우리 모델은 백악기 온실 기후가 매우 빠르게 움직이는 지각판으로 인해 발생했으며, 이로 인해 중앙 해령에서 CO₂ 배출이 극적으로 증가했음을 보여준다.

 

신생대 빙실 기후로의 전환에서 지각판의 움직임이 느려지고 화산 CO₂ 배출량이 감소하기 시작했다. 그러나 놀랍게도 우리는 산악 건설, 대륙 침식, 해저에 미세한 유기체의 유해 매장과 관련된 컨베이어 벨트 시스템에 숨겨진 더 복잡한 메커니즘을 발견했다.

 

신생대 지각판 감속의 숨겨진 냉각 효과

지각판은 충돌로 인해 속도가 느려지며, 이는 차례로 지난 5천만 년 동안 형성된 히말라야 산맥과 알프스 산맥과 같은 산악 건물로 이어진다. 이것은 화산 CO₂ 배출량을 줄여야 했지만 대신 탄소 컨베이어 벨트 모델에서 배출량이 증가한 것으로 나타났다.

 

우리는 탄소가 풍부한 심해 퇴적물이 화산에 먹이를 공급하기 위해 아래로 밀려나면서 CO₂ 배출량을 증가시키고 판을 느리게 하는 효과를 상쇄시키는 근원을 추적했다.

 

 

그렇다면 대기 중 CO₂가 감소한 메커니즘은 정확히 무엇이었을까?

 

그 해답은 처음에 판의 속도를 늦추는 원인이 된 산과 심해의 탄소 저장에 있다.

 

산은 형성되자마자 침식되기 시작한다. CO₂를 함유한 빗물은 다양한 산의 암석과 반응하여 분해한다. 강은 용해된 미네랄을 바다로 운반한다. 그런 다음 해양 생물은 용해된 생성물을 사용하여 껍질을 만들고 궁극적으로 탄소가 풍부한 해양 퇴적물의 일부가 된다.

 

새로운 산맥이 형성됨에 따라 더 많은 암석이 침식되어 이 과정이 가속화되었다. 이 퇴적물 중 일부가 아크 화산을 통한 탄소 가스 제거로 섭입되었음에도 불구하고 엄청난 양의 CO₂가 저장되고 행성이 냉각되었다.

 

 도버의 화이트 클리프(White Cliffs of Dover)의 석회암은 해양 플랑크톤의 작은 탄산칼슘 골격의 잔해로 구성된 탄소가 풍부한 해양 퇴적물의 예이다. 이미지 출처: I Giel / Wikimedia, CC BY

 

가능한 이산화탄소 제거 기술로서의 암석 풍화

 

기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)은 세계가 온실 가스 배출 순 제로에 도달하려면 이산화탄소 제거 방법의 대규모 배치가 "피할 수 없다"고 말한다.

 

화성암, 특히 감람석이라는 광물을 함유한 현무암과 같은 암석의 풍화는 대기 CO₂를 줄이는 데 매우 효율적이다. 일부 추정에 따르면 해변에 감람석을 뿌리면 대기에서 최대 1조 톤의 CO₂를 흡수할 수 있다.

 

현재 인간에 의해 유발된 온난화의 속도는 우리의 탄소 배출량을 매우 빠르게 줄이는 것이 재앙적인 지구 온난화를 방지하는 데 필수적이다. 그러나 인간의 도움을 받는 지질학적 과정은 지구의 "골디락스" 기후를 유지하는 역할도 할 수 있다.

 

이미지 출처: Pixabay의 David Mark