♤서론
우리가 생각하는 극지방의 얼음과 추위로는 상상이 되지 않을 만큼 과학적인 사실과 원리들이 만들어 낸 결과물이라고 할 수 있다. 우리는 평소에 ‘빙하기’라는 시대에 대하여 잘 아는 듯 모르는 듯 크게 관심을 갖지 않고 생활한다. 2004년 개봉한 영화 <투모로우>는 빙하기를 주제로 우리에게 경각심을 일깨워 주는 내용으로 구성되어있다. 지구온난화로 극지방의 빙하가 녹고 지구 전체의 바닷물의 순환이 멈추는 사건이 일어나며 결국 지구에 빙하기가 찾아와 인류의 문명은 갑작스런 기상이변에 파괴된다. 지구온난화 말고도 빙하기를 초래하게 되는 원인과 그 원리들 그리고 지금까지 나타났던 빙하기, 간빙기, 소빙기의 사례들에 대해서 알아보자.
♤빙하기, 간빙기, 소빙기의 정의
▷빙하기(氷河期, ice age) 또는 빙기(氷期)는 지구의 기후가 오랜 기간 동안 온도가 하강하여 남북 양극과 대륙, 산 위의 얼음층이 확장되는 시기를 의미한다.
과거 수백만년 전의 빙하기는 일반적으로, 북아메리카와 유럽 대륙으로 빙상이 확대된 한랭기에 대해 이용된다. 이런 의미에서 마지막 빙하기는 10000년 전에 종료되었다고 할 수 있다. 약 1 만년 전에 끝난 빙하기를 《마지막 빙하기》로 표현하고 있지만, 과학자의 상당수는 빙하기가 끝난 것은 아니고, 빙하기의 추운 시기인 빙기가 끝났다고 생각하며, 현재를 《빙기》와 빙기의 사이인 《간빙기》라고 생각하고 있다.
▷간빙기 (間氷期, interglacial epoch) 빙기(氷期)와 다음 빙기 사이에 있는 기간으로 전후의 빙기에 비해서 따뜻한 시기가 비교적으로 오래 계속되는 시기이다. 유럽의 알프스 지방에서는 오래된 것부터 귄츠민델 간빙기(제1간빙기), 민델리스 간빙기(제2간빙기), 리스뷔름 간빙기(제3간빙기)가 알려져 있다. 간빙기의 기온은 현재와 같거나 현재보다 따뜻한 편이었으므로, 현재는 제4간빙기에 해당되며, 장차 5번째의 빙기가 올지도 모른다는 설이 있다.
▷소빙기 (小氷期, little ice age) 역사시대에 산악빙하가 신장한 시기를 말한다. 1560년·1750년·1850년쯤에 추운 날씨가 지속되었는데 세계의 온도는 충적세 이후 가장 추웠으며, 알래스카·아이슬란드·스칸디나비아반도·알프스 등에서는 빙하 활동이 재개 된 것을 말한다. 1600년대 말 런던의 템스강은 완전히 얼어버렸으며 미국 남동부의 나무 생태계에도 소빙하의 흔적이 남았다. 추위는 북반구에서만이 아니라 남반구에서도 존재했다. 남아메리카의 나무 생태계에도 길고 추웠던 증거가 있으며 1600년대 말부터 1800년대 초까지 빙하의 흔적들도 많이 발견된다. 이렇듯 이 시기의 기온저하는 세계 각지의 기록에 나타나 있고, 빙하의 진출뿐만 아니라 해면저하·식생변화도 일어났다고 한다.
♤빙하기의 증거
이 최초의 단계에서 연구된 것은 현재의 빙하기 중에서 과거 수 십 만년전에 일어난 빙기에 대한 것이었고, 그 이전의 빙하기에 대한 존재는 상상도 하지 못했다. 빙기의 증거는 여러 가지 형태로 얻을 수 있다. 바위가 쓸려있거나, 깎아진 흔적이나 그러한 침식작용을 받아온 독특한 형상의 바위, 방하의 끝이나 주변에 퇴적된 것들, 독특한 빙하 지형인 드럼 린1)이나 빙하골짜기 등 빙하 퇴적물 등이 있다. 그러나 반복해 일어나는 빙하 작용이 그 이전의 빙하작용의 지질학적 증거를 변형하거나 없애기 때문에 해석하는데 어려움이 있다.
♤대표적인 빙하기
24억년~21억년 전 무렵의 원생대 초기에 가장 오래된 빙하기(휴로니안 빙기 Huronian glaciation)가 있었던 것이 가설로서 생각되고 있다. 증거가 남아있는 것 중 가장 오래된 것은 7억 5천만년 전부터의 빙하기인 스타티안 빙기(Sturtian glaciation, 약 7억년전)와 마리노아 빙기(Marinoan glaciation, 약 6.4억년전)으로 과거 10억년 중 가장 어려운 시기였던 것으로 추측된다. 얼음이 적도까지 확장되어 눈보라가 지구를 덮었다고 추측된다. 이 빙하기는 캄브리아기의 지속된 폭발로 끝났다고 알려져 있지만, 지금도 계속 논쟁 중이다.
고생대에는 4억 6천만년 전부터 4억 3천만년 전에 걸쳐 작은 빙하기(안데스-사하라 빙기 Andean-Saharan glaciation)가 있었고, 같은 고생대인 3억 6천만년 전에서 2억 6천만년 전 사이에도 빙하의 확대기인 카루빙기(Karoo Ice Age)가 있었으며, 이 때에는 많은 생물들이 대량으로 멸종되었다.
과거 5백만년간의 빙기, 간빙기의 변동을 나타내는 퇴적물의 기록을 바탕으로 4000만년 전의 남극 빙상의 성장과 300만년 전부터 일어난 북반구의 빙상의 발달을 확인 할 수 있다.
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첫 번째; 약 200만년전(제 3기), 유럽지역에 일어났으며 Biber 빙하기. 두 번째; 약 130~160만년전(제 4기), 유럽에서는 Donau 빙하기, 북미에서는 Nebraskan 빙하기. 세 번째; 약 80~90만년전(제 4기), 유럽에서는 Gunz 빙하기, 북미에서는 Kansan빙하기. 네 번째; 약 40~60만년전(제 4기), 유럽에서는 Mindel빙하기, 북미에서는 Illinoian빙하기. 다섯 번째; 약 17~26만년전(제 4기), 유럽에서는 Riss빙하기, 북미에서는 Wisconsin 빙하기. 여섯 번째; 약 10만년전(제 4기), 유럽에서는 Wurm빙하기, 북미에서는 Wisconsin 빙하기. |
다섯 번째의 빙하기에서 북미의 빙하는 녹지 않았기 때문에 북미에서는 Wisconsin 빙하기가 10~26만년전까지 연속된다. 그러니까 유럽에서는 총 6번이며, 제 4기에서는 5번입니다. 북미에서는 총 4번의 빙하기가 일어났다. 제 3, 4기로 들어오면서 더욱 격렬해져, 그 무렵부터 빙상의 확대와 후퇴를 반복하다 마지막 빙기인 최종 빙기는 약 1만년 전에 끝났다고 한다.
♤빙하기의 발생원인
지구의 주기적 움직임과 관련이 있는데 지구 자전축의 기울기, 공전궤도의 변화, 세차운동 등 세 가지가 알려져 있다. 이를 밀란코비치주기(Milankovitch cycle)라고 부른다. (사진2)
(1)지구 자전축의 기울기(tilting)
계절 변화의 주요인인 지구 공전축에 대한 자전축의 기울기가 41,000년 주기로 21.5°에서 24.5°까지 변하는 것이다. 현재의 자전축 기울기가 23.5°인 것을 고려할 때, 자전척의 기울기가 더 기울어질수록 계절 변화가 지금 보다 더 클 것이며, 자전축의 기울기가 작을 때는 계절 변화가 상대적으로 작을 것이다. 자전축 기울기가 21.5°일 때에 비하여 24.5°일 때 대기 상층에 들어오는 태양 에너지의 차이를 볼 수 있듯이 자전축의 기울기가 작으면 극지방에 태양 에너지가 적게 공급되므로 빙하가 덜 녹아 빙하가 확장되기에 좋은 조건이 된다.
(2)지구의 공전궤도[이심률(eccentricity)]
지구의 공전궤도는 약 10만년을 주기로 거의 완전한 원에서 타원으로 점차 편평화 되었다가 원래대로 돌아간다. 이 사이 동안에 지구와 태양의 거리는 1800만 km 이상 변화한다. 지구 공전 궤도가 원일 때보다 타원일 때 계절적 기후 변화는 훨씬 더 크게 일어나며 공전궤도가 타원형일 때 빙하 형성이 잘 되며 이심률이 최대가 되는 시기에 지구와 태양의 거리가 최대가 되어 겨울은 한 달 이상 길고 추워질 것이다. 현재 지구의 공전궤도는 타원에서 원형 쪽으로 변화하고 있는 과정에 있다.
(3)지축의 세차운동(precession)
팽이 축이 지면에 경사져 있을 때 팽이가 비틀거리며 도는 현상을 세차 운동이라고 한다. 자전축의 세차운동(precession)이란 지구의 공전 축에 대하여 자전축이 19,000~23,000년 주기로 팽이처럼 원을 그리며 회전하는 것이다. 태양 주위를 타원 궤도를 따라 공전하는 지구는 북반구 여름철에 태양에서 가장 멀고, 북반구 겨울철에 가장 가깝다. 그러나 약 11,000년 전에는, 이와는 반대로 북반구 여름철에 가장 가까웠고, 북반구 겨울철에 가장 멀었다.
북반구가 여름일 때 지구가 태양으로부터 멀리 떨어져 있으면 빙하가 형성되기 좋은 조건이다. 왜냐하면 겨울은 춥고 더움에 큰 상관없이 눈이 내리지만, 여름이 서늘하면 빙하가 잘 녹지 않기 때문이다. 현재에는 알다시피 자전축이 오른쪽을 기울어 여름에 북위 23.5를 수직으로 비추게 되고 북반구의 여름이 더워 빙하가 축소되는 조건으로 되어 있다.
** 4만 천년, 10만년, 그리고 2만3천년 주기로 일어나는 이 세 가지의 효과가 합쳐지거나 극대화되면 빙하기가 시작된다. 빙하기는 북반구에 있어 추운 겨울에 일어나는 것이 아니라, 서늘한 여름에 시작한다. 서늘한 여름이 되어 지난겨울에 쌓인 눈과 얼음이 다 녹지 못하면 눈과 얼음이 햇빛을 모두 반사하게 되어 주변을 더욱 차게 만든다. 이때 바다로부터 불어오는 구름은 비가 아니라 눈이 되어 하강한다. 계속되는 눈은 주위를 더욱 차게 하고 그 결과 기온이 떨어져 구름이 하강하면서 더 많은 눈이 오게 된다. 점점 눈이 쌓이게 되면서 무게와 압력에 의해 눈은 얼음으로 결정되고 점차 빙하로 성장하게 된다. 이렇게 성장한 빙하는 점점 커지면서 무게가 무거워지고 빙하 바닥은 무게에 의하여 녹기 시작하고 지표를 따라 미끄러져 빙하는 서서히 이동을 하기 시작하며, 그 결과 지구 북반구의 반 이상을 덮어 버리는 빙하기가 시작되는 것이다. 일단 빙하가 발달하게 되면 지구의 기온은 점점 낮아지면서 빙하의 성장 조건을 더욱 가속되게 된다. 실제 지구 자전축의 경사 효과, 세차 운동, 및 이심률의 변화 중 어느 한가지의 효과만으로도 소빙하기를 가져오기 충분한데, 만약 이 세 가지 효과가 중첩되면 지구의 대부분은 얼음으로 덮이게 될 지도 모른다.
♤국내외 소빙기의 증거
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프랑스 - 포도수확일 분석을 통해 밝혀진 17세기 기후 |
영국 - 온도계로 측정된 최초의 기후 |
일본 - 나이테 연구 결과 |
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1601~1616 따듯하거나 평균 날씨 |
1650~1670 따듯하고 건조함 |
1641~1650 따듯하고 성장량 극대기 |
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1617~1650 저온, 늦은 수확 |
1673~1675 서늘함 |
1681~1690 연륜 성장량 극소기 |
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1651~1686 심한 더위 모진 가뭄 (72~75 서늘함) |
1676~1686 엄청난 열풍과 가뭄 |
1711~1720 여름 후반 기후 좋음 성장량 극대기 |
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1687~1703 매우 춥고 늦은 수확 |
1690~ 매우 추우며 절기에 맞지 않는 차가움 |
1730~1740 연륜 성장량 극소기 기후 낮음 |
** 우리나라
완벽한 조사에 의한 결과물은 없지만 약 50년 단위를 기준으로 하여 1550년부터 1800년대까지의 평년 온도와 농작물 추수 결과는 매우 흡사하다는 결론. 또한, 기후조건의 변화로 인한 흉작으로 생존 위기적 상황 발생 1650~1720 사이에 현상이 두드러짐.
♤결론
빙하기와 간빙기의 기후변화는 어느 하나의 요인에 의하여 일어난다기보다는 이상의 요인들이 서로 복합적으로 작용하고, 또 이에 따른 지구 내부의 변화, 즉 눈 또는 얼음이 덮인 지역의 확장과 수축에 따른 이차적인 기후변화(알베도 효과), 대기 중 온실가스 함유량의 변화들이 더불어 함께 일어났으리라 알려지고 있다.
빙하기가 중요한 것은 인류의 진화와 함께 하기 때문이다. 빙기가 찾아오면 해안선이 극단적으로 멀어져서, 육상의 대부분이 얼음으로 덮인다. 때문에 동식물도 격감하며, 동식물로 수렵과 채집 생활을 하는 인류에게 큰 타격이 된다.
현재의 기후를 이해하고 앞으로 어떻게 변해갈 것인가를 알기 위해서 가장 필수적인 첫 번째의 노력은 과거의 지구 기후가 왜 또 어떻게 변해 왔는가에 대한 충분한 이해해야 한다. 과거 기후를 결정했던 기후 강제력은 현재와 미래에도 계속하여 영향을 미칠 가능성이 높기 때문이다. 미래의 기후는 이러한 자연적인 기후 강제력에 최근의 인위적인 요인들이 가미되어 복합적으로 지구의 기후 시스템에 작용한 결과로 나타날 것이다.
참고문헌
더그 맥두걸, 「우리는 지금 빙하기에 살고 있다」, 말글빛냄, 2005년.
기후는 역사를 어떻게 만들었는가 :소빙하기(1300-1850) / 브라이언 페이건 저 ;윤성옥 역
빙하기 :빙하기 6000만 년의 비밀을 파헤친 과학자들의 열정 / 존 그리빈 ;메리 그리빈 지음 ;김웅서 옮김
17세기 소빙기 기후 연구의 현황과 과제[논문] / 박근필
1) 빙퇴구-배바닥 모양의 구릉으로, 빙하퇴적물의 표력점토로 구성된다. 빙하가 이동할 때 표력이나 점토를 대량 포함했다가, 하류쪽의 완만한 경사에서 빙하 바닥으로 퇴적시켜 형성하는 지형이다.