이주영 기자 = 5억4천만년 전부터 현재까지 이어진 현생대(Phanerozoic) 중 4억8천500만년 간의 지구 온도 역사를 재구성한 결과 급격한 변화가 여러 차례 발생했으며 변화의 주범은 대기 중 이산화탄소(CO₂)로 밝혀졌다.

알래스카 페테르부르크 자치구에서 발견된 야자수 잎 화석(사발라이트 종). 스미스소니언 국립자연사박물관에 전시돼 있음. [Lucia RM Martino, James Di Loreto and Fred Cochard, Smithsonian 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 애리조나대·스미스소니언 국립자연사박물관 에밀리 저드 박사는 20일 과학 저널 사이언스(Science)에 온도 변화를 추정할 수 있는 지질학적 데이터와 기후모델 시뮬레이션을 통합, 4억8천500만년 간의 지구 평균 표면 온도(GMST)를 재구성한 결과(PhandDA)를 공개하고 이같이 밝혔다.

연구팀은 지난 4억8천500만년 동안 지구 기온은 11~36℃ 사이에서 변화했고 기후 변동성의 주요 요인은 대기 중 이산화탄소로 밝혀졌다며 이는 인간이 유발한 온난화가 지구 기후에 미치는 영향에 대한 새로운 통찰력을 제공한다고 말했다.

과거 지구 기온을 추정하는 것은 지구 생명의 역사를 이해하고 미래 기후를 예측하는 데 중요하다. 특히 동물과 식물이 진화한 지난 5억 4천만년간의 현생대 지구 평균 표면 온도는 장기적인 기후변화를 일으키는 메커니즘 파악에 도움이 된다.

연구팀은 그러나 이 시기 온도 재구성은 전통적으로 불완전한 지질학적 데이터나 지구 시스템 모델에 의존해 확인이 어렵고 최근에는 현생대 온도 변화가 기존 연구 결과보다 더 컸을 수 있다는 연구가 나와 의구심을 일으키고 있다고 지적했다.

이들은 이 연구에서 과거 기온 등을 추정할 수 있는 지질학적 데이터를 지구 시스템 모델 시뮬레이션과 통계적으로 통합해 더 완전한 현생대 지표 기온을 생성하는 고기후 데이터 동화(DA) 기술을 기반으로 4억8천500만년에 걸친 지구 평균 표면 온도 재구성했다.

지난 4억8천500만 년 동안의 지구 평균 표면 온도 변화 재구성(PhanDA). 회색 음영은 다양한 신뢰 수준을 의미하며 검은색 선은 평균값을 나타낸다. [Science / Emily J. Judd et al.제공. 재판매 및 DB 금지]

PhanDA에 따르면 지구 평균 표면 온도는 이 기간에 11℃에서 36℃ 사이에서 변화한 것으로 나타났으며, 전반적으로 추운 기후 상태보다는 따뜻한 기후 상태가 더 길었던 것으로 분석됐다.

연구팀은 이런 변화 범위는 기존 방법으로 재구성된 기온 변화 폭보다 큰 것이며 최근 독립적으로 제시돼온 현생대 온도 추정치들과 일치한다고 말했다.

특히 열대 지역 기온은 22℃에서 42℃ 사이를 기록한 것으로 나타났다. 이는 고대 생명체들이 극심한 더위를 견디도록 진화했을 것임을 시사한다고 연구팀은 밝혔다.

또 이 연구에서는 지구 평균 표면 온도와 대기 중 이산화탄소 농도 사이에 강한 연관성이 확인됐다. 이는 이산화탄소가 현생대 기후를 결정하는 주요 요인으로 작용했다는 것을 보여준다.

이 시기 이산화탄소 농도가 두배 증가할 때 기온이 얼마나 변하는지를 나타내는 지구 시스템 민감도(Earth system sensitivity)는 최대 8℃로 현재(최대 3℃)보다 2~3배 컸던 것으로 나타났다.

연구팀은 이 연구는 지구 온도가 이전에 생각했던 것보다 더 역동적으로 변했고 이산화탄소가 그 변화에 주요 동인으로 작용했음을 보여준다며 이는 현재와 미래의 기후변화뿐 아니라 지구 생명체의 진화에도 중요한 시사점을 준다고 말했다.

◆ 출처 : Science, Emily J. Judd et al., 'A 485-million-year history of Earth’s surface temperature', www.science.org/doi/10.1126/science.adk3705