최근 지구에 숲이 생겼을 때 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양의 이산화탄소가 대기에 포함되어 있다는 사실이 발견됐다. (사진=pixabay)
최근 과학자들이 지구에 숲이 생겼을 때 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양의 이산화탄소(CO2)가 대기에 포함돼 있었다는 사실을 발견했다. 이 새로운 연구는 육상 식물이 기후에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 의미가 있는 것으로 알려졌다.
이 연구는 코펜하겐대학이 노팅엄대학과 협력해 주도했으며 30년간의 이해를 변화시켰다. 해당 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
지구는 약 3억8000만 년 전에 키 큰 나무와 숲으로 덮여 있었다. 그 이전에는 관다발 조직, 줄기, 뿌리가 얕고 꽃이 없는 관목 같은 식물이 땅을 침범했다. 이때문에 과학자들은 당시 대기가 오늘날보다 훨씬 더 높은 이산화탄소 수준이었고 강렬한 온실가스 효과로 인해 기후가 훨씬 더 따뜻해졌다고 생각했었다. 숲이 출현하면서 대기에서 이산화탄소 제거를 촉진해 지구를 극지방에 얼음이 덮이는 긴 냉각 기간으로 몰아갔다고 추정한 것.
연구원들은 이산화탄소가 오늘날과 과거 모두 지구의 기후를 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 데 동의한다. 이에 따라 연구원들의 큰 도전은 무엇이 대기의 풍부한 이산화탄소를 제어했는지를 밝히는 것이었다.
이번 공동연구를 이끈 코펜하겐 대학 글로브 연구소의 타이 W. 달(Tais W. Dahl) 부교수는 "우리는 식물 잎과 주변 공기 간 가스 교환을 가장 오래된 관다발 육상 식물 계통 즉 클럽이끼로 조정했다"며 "이 접근법으로 우리는 식물 물질에 대한 관측만으로 공기 중 이산화탄소 수준을 계산할 수 있었다"고 설명했다.
이 방법은 살아 있는 식물과 화석 식물 조직 모두에서 할 수 있는 세 가지 관찰을 기반으로 한다. 여기에는 두 가지 안정한 탄소 동위원소 비율과 식물이 이산화탄소를 흡수하는 기공의 크기와 밀도가 포함된다.
연구원들은 살아 있는 클럽이끼에서 이 방법을 보정했으며 이 접근방식이 온실에서 주변 이산화탄소 수준을 정확하게 재현할 수 있다는 것을 발견했다.
논문의 공동저자인 배리 로맥스(Barry Lomax) 노팅엄대학 교수는 "지질학적 기록에서 이산화탄소 수준을 연구하기 위해 새로 보정된 방법은 단순히 지질 기록에서 독립적으로 제약할 수 없는 매개변수에 의존하기 때문에 무한 오차 박대로 추정하는 이전 접근법보다 우수하다"고 말했다.
연구팀은 이 방법을 지구에서 나무가 진화하기 전과 후에 살았던 가장 오래된 관다발 식물 화석에 적용해 안정적인 두 동위원소인 탄소-13과 탄소-12의 비율이 현대 물과 매우 유사하다는 사실을 밝혀냈다. 더욱이 기공의 밀도와 크기는 살아 있는 후손들에게서 관찰된 것과 매우 흡사했다.
달과 동료들은 4억1000만 년에서 3억8000만년 전세계 9개 지역에서 발견된 3종의 이끼 화석 66점에서 자료를 수집했다. 모든 경우에서 대기 중 이산화탄소 수준은 현재(~415ppm)보다 30~70%(~525-715ppm) 더 높았을 뿐이다. 이는 기존에 생각했던 수치(2000~8000ppm)보다 훨씬 낮은 수치다.
연구팀은 지구가 평균 열대 표면 기온이 25.1~24.6℃인 온대 행성임을 보여주기 위해 고기후 모델을 활용했다.
논문의 또 다른 공동저자인 독일 포츠담 기후연구소의 게오르그 폴너(Georg Feulner)는 "우리는 완전히 결합된 대기-해양 모델을 사용해 숲이 출현했을 때 지구에 얼음으로 덮인 극이 있다는 것을 밝혔다"며 "하지만 육지 식물은 열대, 아열대 그리고 온대 지역에서 번성할 수 있었다"고 말했다.
새로운 연구는 초기 나무들이 더 깊은 뿌리 시스템을 가지고 있고 더 적은 양분 손실과 관련한 더 발달된 토양을 생산했기 때문에 나무가 실제로 더 긴 시간에 걸쳐 대기 중 이산화탄소 수준에 미미한 역할을 한다고 주장한다. 토양에서 더 효율적인 양분 재활용으로 나무는 실제로 그 이전의 얕은 관목과 같은 초목보다 풍화가 적다.
이번 아이디어는 더 깊은 뿌리 시스템을 가진 나무가 향상된 화학적 풍화와 규산염 암성의 용해를 통해 이산화탄소 제거를 촉진한다는 이전의 생각을 완전히 뒤집은 것이다.
연구진은 지구 시스템 모델을 사용해 원시 관목과 같은 관다발 식물이 대륙에 처음 퍼진 초기에는 대기 중 이산화탄소를 엄청나게 줄였음을 보여준다. 이 모델은 관다발 생태계가 대기 중 산소 수준의 상승을 이끌었을 것이라는 것을 보여준다는 평가를 받았다.
