[사이언스 데일리] 대형 화산 분출이 기후 변이에 영향을 끼친다는 것은 잘 알려져 있었다. 새로운 연구에서는 얼음 시추 코어와 그에 상응하는 나무의 나이테를 이용하여 초기 로마시대까지 거슬러 올라가는 거의 300차례에 달하는 화산 분출의 정확한 시기 및 그와 연관된 방사에 의한 기후 변화를 보여준다.

(2015년 7월 8일 사이언스 데일리 기사 번역)

연구자들이 초기 로마시대부터 기록된 극단적인 추위의 원인이 대형 화산분출이라는 증거를 찾아냈다.

정보출처: 사막 연구소 (Desert Research Institute)

그린랜드의 얼음 시추 코어를 통해 대형 화산 분출의 직접적인 영향으로 광범위하고도 강력한 냉각 효과가 일어났음을 볼 수 있다. Credit: Michael Sigl

(역주: 오늘은 번역이 영 매끄럽지 않네요. ㅠㅠ)

대형 화산 분출이 기후 변이에 영향을 끼친다는 것은 잘 알려져 있었다. 하지만 얼마나 영향을 끼치는지 정량화 하는 것은 힘들었는데, 대기권에 대한 역사적인 자료를 얻을 수 있는 얼음 시추 코어와 그에 상응하는 기온의 변화를 간접적으로 알 수 있는 나무의 나이테 사이의 일관성이 부족했기 때문이다.

오늘 (2015년 7월 8일) 학술지 네이처에 발표된 논문은 사막 연구소 (Desert Research Institute) 및 그와 협력하는 여러 나라의 연구소들의 과학자들이 수행한 연구로 초기 로마 시대까지 거슬러올라가는 거의 300여 차례에 달하는 화산 분출의 정확한 시기 및 그와 연관된 방사에 의한 기후 변화를 재구성하여

이러한 비일관성을 해결한 것이다.

“새로운 기록을 이용하여 과거 2500년간 광범위한 지역에서 극단적으로 추웠던 수많은 여름들이 존재했던 주된 이유가 적도 지방 및 고위도 지방에서의 대형 화산 폭발이었다는 것을 보일 수 있었습니다.” 연구의 주저자이자 DIR 의 연구 조교수이며 스위스 폴 셰러 연구소의 박사후 연구원인 마이클 시글 박사의 말이다.

“이런 추위들은 화산에서 나온 엄청난 양의 황화물 입자가 대기권 상층에 주입되어 일어난 것입니다.” 시글이 덧붙였다.

“태양빛이 지구 표면에 도달하는 것을 차단한 것이죠.”

연구에 따르면 기원전 500년부터 기원후 1000년 사이에 가장 추웠던 여름 15-16회는 큰 화산 분출이 있은 후였다. 그 중에서도 가장 추운 네 번의 여름은 기록상 가장 컸던 화산 폭발들 바로 뒤에 이어졌다.

이번 연구에서 재구성된 기록은 그린랜드와 남극의 빙상에서 추출된 20 개 이상의 얼음 시추 코어를 DRI 가 보유한 최고 수준의 초미량 원소 분석시스템을 이용해 화산성 황화물에 대한 분석을 하여 얻어낸 것이다.

얼음 시추 코어 기록에서는 해당 기간 동안의 대기 중 황화물 함량에 대한 정보를 연도별로 얻을 수 있다. 다른 화학적 파라미터들을 포함한 추가 측정이 협력 기관에서 이루어졌다.

“연대표를 만드는 데 있어서 새로운 기법을 사용했습니다.” 시애틀 워싱턴 대학의 박사후 연구원인 마이 윈스트럽의 설명이다. “이전에는 수작업으로 이 일을 해야 했지만 이번에는 그 대신 통계적 알고리즘을 이용했습니다. 예술의 경지에 다다른 얼음 시추 코어 화학성분 측정도구를 함께 이용해서 얼음 시추 코어의 연대를 더 정확하게 측정할 수 있었습니다.”

“다학문적인 접근을 하는 것이 이번 프로젝트 성공의 열쇠였습니다.” 시글이 덧붙였다.

프로젝트 전체를 살펴보면, 미국, 영국, 스위스, 독일, 덴마크, 그리고 스웨덴의 18 개 대학 및 연구소에서 24 명의 과학자들로 구성된 다양한 연구팀이 이번 연구에 기여했다. 여기에는 태양, 우주, 기후 및 지질과학은 물론이고 역사학의 전문가들도 포함된다.

저자들은 얼음 시추 코어와 그에 상응하는 나무의 나이테에서 찾아낸 새로운 증거들을 확인함으로써 새로운 연대표를 더 정확하게 만들고 검증할 수 있었다고 지적한다.

“지구 바깥에서 온 우주선 사건때문에 만들어진 특징적인 기록 하나를 얼음 시추 코어에서 발견한 덕분에 얼음 시추 코어 연대 측정의 정확성을 크게 높일 수 있는 중요한 타임 마커를 가지게 되었습니다.” 캘리포니아 대학 버클리의 연구화학자인 키스 웰텐 박사의 설명이다.

이전에 만들어진 다양한 나이테 연대학 자료를 통해 기원후 774-775 년에 이와 동일한 우주선 사건이 있었다는 것이 알려져 있었다.

“얼음 시추 코어 연대표가 이전에는 첫 1천년에 대해서 5-10년 정도 어긋나 있었기 때문에 문서에 기록된 것이나 같은 분출에 대한 기후의 반응을 기록하고 있는 나이테 증거와 비교해 볼 때 화산 분출 시기 추정치가 일치하지 않았습니다.” 예일 기후 및 에너지 연구소의 박사후 연구원인 프랜시스 러들로우 박사의 설명이다.

인류의 역사를 통해 화산 분출 때문에 기후가 오랜 기간동안 냉각되면 수확이 감소하고 기근이 일어나곤 했다. 이런 사건들은 세계적인 유행병을 일으킬 수도 있었고, 농경에 기반한 사회의 몰락을 가져올 수도 있었다.

노팅엄 대학의 코너 코스틱 박사와 함께 러들로우는 기원전 254년까지 거슬러 올라가는 고대 및 중세에 중국, 바빌론 (이라크), 그리고 유럽에서 기록된 특이한 대기 현상를 기술한 문서들을 번역하고 해석하였다. 이런 현상들에는 햇빛의 감소, 태양의 퇴색, 태양 코로나가 보이는 현상, 그리고 저녁 하늘이 짙은 붉은 색을 보이는 것 등이 포함된다.

열대지방의 화산 및 북반구 고위도 지방 (아이슬랜드나 북아메리카 등) 에서 있었던 대형 화산 분출 – 예를 들면 기원후 536년, 626년, 939년 – 은 황화물과 화산재를 대기권 상층부로 쏘아올려 종종 북반구의 광범위한 지역에서 심각하게 추운 여름철을 가져왔다. 또 이렇게 대기권에 유입된 입자들이 유럽의 대기권을 어둡게 만든 현상은 독립적으로 기록된 여러 역사적인 목격담들에서 찾아볼 수 있다.

두 개 이상의 대형 화산 분출이 모여 있으면 기후에 미치는 충격은 대단히 커진다.

저자들은 이번 발견이 또 최근 인류의 역사에서 가장 심각한 기후 위기 중 하나인 536년 3월부터 시작하여 18개월 동안 지중해 지역에서 관찰된 “수수께끼 구름”, 혹은 먼지장막의 원인이 북반구 고위도에서 있었던 대형 화산 분출의 결과인지에 대한 오래된 논쟁을 풀었다는 점을 지적했다.

이 때 시작된 기후 냉각은 4년 후 적도 어딘가에 위치한 두번째 화산이 분출하자 더 심각해졌다. 그 결과 북반구 전체에 걸쳐 예외적으로 추운 여름이 여러 해 동안 관찰되었다.

이런 패턴은 거의 15년간이나 계속되었으며 수확량 감소와 기근이 이어졌다. 기원후 541년에서 543년까지 동로마제국 전체를 휩쓸어 유라시아 전역에서 인구 감소를 가져왔던 유스티니아누스 역병의 발발에도 일부 원인이 되었을 수 있다.

“화산 폭발로 인한 역사를 새롭게 재구성함으로써 과거 2500년간 화산의 영향에 대한 기후 시스템의 민감성을 더 잘 정량화하여 기후 모델 시뮬레이션을 개선시키게 될 것입니다.” 얼음 시추 코어를 분석하는 데 사용된 연속흐름 분석시스템을 개발한 DRI 의 연구교수 조 맥코넬 박사의 지적이다.

“그 결과,” 맥코넬이 덧붙였다. “최근에 관찰된 기후 변이를 로마 온난기와 6세기 유럽의 민족대이동 시기처럼 중요한 문화적 변화가 있었던 시기를 포함하여 여러 세기에 걸친 맥락 속에서 볼 수 있게 되었습니다.”

얼음 시추 코어 기록과 과거 환경 변화를 알 수 있는 다른 기록을 조화시킴으로써 인류의 역사 전체에서 큰 기후 변동이 문명의 부상과 몰락에 어떤 역할을 했는지 알아내는 작업에 도움을 얻을 수 있게 되었다.

“그린랜드와 남극의 얼음 시추 코어에서 얻어낸 새로운 고해상도 기록을 이용하면 화산 폭발로 인한 강제적 변동을 재구성하는 작업의 범위가 아마 마지막 빙기까기 거슬러 올라갈 수 있을 겁니다.” 시글의 말이다.

이번 연구는 미국 국립과학재단의 극지 프로그램에 의해 주로 지원을 받았으며 그 외에 추가로 벨기에, 캐나다, 중국, 덴마크, 프랑스, 독일, 아이슬랜드, 일본, 한국, 네덜란드, 스웨덴, 스위스, 그리고 영국의 기관 및 연구소에서 지원을 받았다.

참고문헌

M. Sigl, M. Winstrup, J. R. McConnell, K. C. Welten, G. Plunkett, F. Ludlow, U. Buntgen, M. Caffee, N. Chellman, D. Dahl-Jensen, H. Fischer, S. Kipfstuhl, C. Kostick, O. J. Maselli, F. Mekhaldi, R. Mulvaney, R. Muscheler, D. R. Pasteris, J. R. Pilcher, M. Salzer, S. Schupbach, J. P. Steffensen, B. M. Vinther, T. E. Woodruff. Timing and climate forcing of volcanic eruptions for the past 2,500 years. Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14565

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태그:고기후학, 화산폭발