지금, 지구는 얼마나 위험한가

[vicfalls]

지금 지구는 얼마나 위험한가

밀루틴 밀란코비치 Milutin Milanković, 1879~1958세르비아의 수학자, 천문학자, 기후학자, 지구물리학자로 태양계 행성의 일사량과 빙하기 주기를 연구했다.

세르비아 우표의 밀란코비치, 2023

밀란코비치 주기ⓒMark Andrew Maslin

밀란코비치 주기ⓒIncredio밀란코비치 주기는 밀란코비치가 지구 기후 변화의 원인을 3가지의 지구 궤도운동 변화와 연관시켜 설명한 이론으로 지구 공전궤도 이심률의 변화(연두색), 자전축 경사의 변화(파란색), 세차 운동(빨간색)이 기후 변화 패턴을 결정한다고 가설을 세웠다.

이심률이 0인 원형 궤도

이심률이 0.5인 타원형 궤도이심률은 타원이 원에서 얼마나 찌그러져있는지를 나타내는 척도로 지구 공전 궤도의 이심률은 시간에 따라 0.005~0.058까지 변화한다. 목성과 토성의 중력장과의 상호작용이 지구의 공전 궤도 이심률을 변화시키는 주된 요인이다.

자전축 경사지구 자전축의 경사는 약 41,000년을 주기로 22.1˚~24.5˚까지 변화한다. 자전축 경사가 증가할 경우, 여름에는 더 많은 태양 복사 에너지를 받고, 겨울에는 더 적게 받으며 계절에 따른 에너지 변화의 폭이 증가한다.

세차운동약 26,000년의 주기의 세차운동은 자전하는 물체의 회전축이 원을 그리며 움직이는 현상으로, 태양과 달의 조력에 영향을 받는다. 자전축이 근일점에서 태양을 가리키는 방향이 될 경우, 지구의 한 쪽 반구는 더 큰 계절 차이를 가지게 되고, 반대편 반구는 더 작은 계절 변화가 일어나게 된다. 

『얼음의 나이』오코우치 나오히코(지은이)｜윤혜원(옮긴이)｜계단｜2013

Project Iceworm, 1960미국이 냉전시대에 러시아를 견제하기 위해 만든 그린란드 지하의 군사시설. 

남극에서 채취한 빙하코어 1m 샘플ⓒ기초과학연구원화산재가 들어가 검게 나타나는 부분이 아래쪽에 보인다.

남극 얼음기둥에서 측정한 45만 년간의 이산화탄소, 온도, 먼지의 변화.

얼음 속 기체방울ⓒ서울대학교

마우나로아 관측소에서 관측한 킬링곡선ⓒOeneis

센트럴 파크 바위의 빙하 흔적

요세미티 하프돔

지금 지구는 얼마나 위험한가
사람들이 직접 체험하기 어려운 것이 빙하 지구상의 민물의 양을 따져보자. 호숫물을 1이라한다면. 강물 0.2, 지하수 100, 빙하는 240
빙하는 극지방에 있다는 개념을 깨자. 뉴질랜드는 남반구에, 우리나라 온도 정도의 쾌적한 온대지역. 고지대인데 20km 이상 흘려내려 수직으로 선 100m빙하를 보면 전율 그 자체.
빙하란 쌓인 눈이 계속 쌓이는 것. 일사량이 가장 많은 하짓날. 이전 겨울에 내린 눈이 안녹고 1cm라도 남으면 다음해에 2cm. 설악산 대청봉 얼음이 3~4월 까지 있는데, 8월에도 안녹는다면 그 양만큼 쌓일 것이다.
조건만 만족하면 적도에도 눈. 킬리만자로의 눈. 밑은 빙하.
이것을 전 지구적으로 합산하면 빙하시대를 이해할 수 있다. 1950~60 유고슬라비아의 물리학자 밀란코비치는 기후(온도)는 일사량과 관계가 있다 생각. 북위 65°, 하지, 대륙 한 가운데. 일사량을 천문학적으로 계산하겠다 작심.
그것이 기후와 어떤 관계가 있는가
1년중 일사량을 계산.열량계로 측정한 것이 아니라 순수한 천체운동. 지구가 태양주위를 공전하면서 계절마다 받는 일사량을 계산하였다. 10년 이상 계산.
1960년대 기후학에서 빙하의 실체가 명확해지기 시작. 약40만 년동안 빙하가 4번정도 왔다는 현장 관측 데이터를 갖기 시작했다. 아가시즈라는 어류학자가 알프스 얼음에 말뚝을 박고 해마다 관찰한 결과, 얼음이 고정되어 있는 것이 아니라 흐른다는 것을 알아냈다.
氷河
밀란코비치에 의해 일사량의 주기적 현상 세 가지가 밝혀진다. 첫 번째 이심률(Eccentricity). 지구는 태양 주위를 타원운동하여 근(近)일점, 원(遠)일점 두 포인트가 있다. 근일점의 위치가 해마다 변하는데, 같은 위치로 오는데 10만 년의 주기를 갖는다.
둘째 세차운동(Precession). 지구 자전축이 23.5° 기울고 팽이처럼 깔대기 모양으로 22~24.5° 사이로 돈다. 4.1만 년 주기로 자전축의 기울기가 같은 자리로 돌아온다.
셋째 경사변화. 지축이 가르키는 천체가 북극성인데 앞으로 만년정도 지나면 직녀성 쪽 부근으로 간다. 2.3만 년 주기로 지축이 가르키는 방향이 바뀐다.
밀란코비치는 이 세 가지 조건을 갖고 하짓날 6월20일 북위 65°, 대륙 한 가운데에서 일사량을 계산 . 세 가지 주기를 포개어 나온 것이 10만년 주기.실증적 증거로 남인도양 수십 개 암석코어. 그 속에는 해양 식물성, 동물성 플랑크톤 껍질이 있다. 석회암이다.
탄산칼슘(CaCO3,)의 산소는 동위원소가 3개 99%이상이 16 O
그 동위원소 비를 측정. 코어의 깊이에 따라 연도가 달라
1% 이하가 18 0(10% 무거운 동위원소)
산소동위원소 비는 해수온도와 관계
깊이에서 발췌한 생물체 껍질의 16 0, 18 0동위원소 비를 모두 측정. 그 동위원소 비가 그때 당시 바닷물 온도.
그러면 바닷물 온도가 얼마주기로 바뀌는지 드러난다.
1)10만 년 주기. 2) 4만1천 년 주기 3) 2만 3천 년 주기로 95% 적중.
지구과학의 가장 중요한 이론은 판구조론, 기후학에서는 밀란코비치 주기.
이것을 확정시킨 것이 남극의 빙하코어. 남극 가기 전에 그린랜드. 우리나라도 가담. 12개국 이상이 참여했다.
그린랜드 빙하코어 채취 시작은 미소 냉전의 결과로 1000 m쯤 되는 빙하한데 미국이 군사시설을 만들었다.
이동식 원자력 발전소를 그린랜드 빙하 안에 만들고 작은 타운까지 만들었다. 그 안에서 과학자들이 빙하를 채취.
콜럼비아 대학에 보관.덴마크 땅 그린랜드는 한반도의 11배 크기. 단스고르라는 젊은이가 그린랜드에서 군복부하다 빙하가 지구 기후의 지문 같은 것을 갖지 않을까 생각. 허락하에 채취 연구.
안타깝게 그린랜드 빙하는 10000 년밖에 측정을 할 수 없다. 왜냐면 남극보다 30배 빨리 쌓여 두꺼워도 온도가 얼마 안된다는 것이다. 그래서 남극을 주목. 소련이 인공위성 쏘아 올린 그 무렵(1957년) 보스토크 기지(Vostok Station)
빙하는 고체, 눈은 공기가 슝슝. 쌓이면서 압착되는 순간 그 당시의 공기 방울이 갇힌다.
한스고르웨슈거는 빙하 속 이산화탄소를 측정한다.
지구온난화에서 가장 문제가 되는 것이 CO, 농도. 지금 400ppm을 넘어섰다.
400ppm 기억해두자!
온실효과를 간단하게 들여다 보자. 여름철 차안. 햇빛이 그대로 들어온다. 가시광선 파장의 햇빛이 들어와 차안 의자 시트의 온도를 높인다. 태양빛을 흡수해 뜨거워진 시트가 방출하는 파장은 적외선이 된다. 가시광선의 파장은 5000옹스트롬, 적외선은 10um. 파장이 엄청 커져 유리를 통과하지 못해 열이 갇히게 된다.
이것이 지구에 적용. 담요처럼 덮었다 표현. 메탄가스, 수중기도 온실효과를 하는데계산해보면 이산화탄소 농도가 거의 다 만든다.
지금 400ppm을 넘어섰다.
왜 400이 중요한가? 420ppm으로 고정을 못시키면 앞으로 100년 내에 평균 온도가 2°C까지 올라간다.
이산화탄소가 가장 많이 나오는 게 석탄, 화력발전소, 석유, 프로판가스 순이다.
남극의 이산화탄소 농도 도표를 보면 정확한 트렌치구조(trench). 10만 년 주기. 확정.
온도가 낮은 게 빙하기, 높은 게 간빙기. 빙하기때 이산화탄소 농도 200ppm측정. 간빙기때 280ppm.
지금은 홀로세 간빙기. 10000 년전부터 접어들었다. 인간이 없을 때 자연에 의해 만들어진 빙하기 주기는 10만 년, 빙하기, 간빙기를 반복할 때 겨우 80ppm차이. 인간이 화석연료를 대량 사용하며 최근100년간 400ppm까지 끌어 올렸다.
이것이 기후 변화의 코어.
99% human effect.
400ppm까지 올라갔는데, 언제부터인지 측정을 해야했다.
1만 년전부터 간빙기. 인간이 없다면 280ppm. 대기중의 CO2 농도를 정확하게 측정했어야 했는데, 그 기술이 불과
1960년대. 어디서? 하와이 빅아이랜드의 큰 산 마우나 로아, 마우나 케아(Mauna Kea)에서 킬링이 40년간 측정.
Killing Curve. 톱니 구조의 수평이 아닌 2차 포물선을 그리게 된다.
지구온난화 문제가 불거진 것은 90년대부터. 1980년대 초까지만 해도 기후학자들은 온난화보다 빙하기가 언제 올것인가를 더 걱정했다. 기후학에서 중요한 사건으로 간빙기 시작되는 무렵, 13000 년에서
1500년 동안 지구가 갑자기 4°C 떨어졌다가 6°C 올라간 사건이 측정. 유럽전역에 꽃가루가 발견. 한대 지방의 꽃으로, 유럽이 그만큼 추웠었다는 증거. 그것이 영거 드라이아스기(Younger Dryas)
지구상 빙하의 86%는 남극에, 10% 이상이 그린랜드에.
2만년 전, 남극에 있는 빙하보다 더 큰 빙하가 있었다. 미국 한가운데서부터 캐나다 전체를 덮었던 로렌타이드 빙하. 다 녹은 것이 6000 년~7000 년전. 미 워싱턴 센트럴파크의 바위에 수직 스크레치, 요세미티의 큰바위 Half Dome 에 1km 수직절벽이 그 증거
그럼 400ppm을 넘어 지구온난화로 무슨 일이 벌어질까?
중생대와 같이 될 것이다.
중생대. 알래스카에서 야자수 화석이 나온다. 바닷물 높이가 지금보다 150m 높았다.
중생대에는 미국대륙 ⅓이 바닷속에 잠겼다.
남극은 동남극과 서남극으로 동남극의 빙하가 압도적으로 많다. 동남극 빙하가 녹으면 해수면이 60m상승.
그러면 NY은 물에 잠기고, 인천도 물에 잠긴다. 이대로 인류가 대처를 하지 않으면 중생대로 되돌아간다.
매년 여름을 겪으며 달라짐을 실감한다.
남태평양 섬들이 사라지고, 우리나라 명태가 사라지고.

중생대 공부합시다 !

뽀너스 ;)