빙하기 탐구 - 멈춰버린 시간. 3장
: 빙하기의 미스터리
(Frozen in Time, Chapter 3. The Mystery of the Ice Age)
by Michael J. Oard, Ph.D.
대부분의 과학자들은 털북숭이 매머드(woolly mammoths)가 빙하기(ice ages)에 살았고, 빙하기 말에 멸종했다고 믿고 있다. 매머드들에게 일어났던 일을 이해하기 위해서는, 빙하기를 더 잘 이해해야 한다. 빙하기가 있었다는 것은 분명하지만, 과학자들이 그 원인을 제시하고자할 때는 막다른 벽에 부딪힌다. 그들은 연이은 미스터리에 빠져든다.
정말로 빙하기가 있었는가?
오늘날의 세계를 보면 한때 빙하기가 있었다고 상상하기 어렵다. 얼음이 한때 지구 표면의 30%를 덮었다는 것은 상상할 수 없는 것 같다. 빙하기가 있었다는 것을 어떻게 알 수 있는가?
빙하기에 대한 많은 증거들은 현대 빙하 연구들에서 비롯된 것이다. 빙하는 오늘날 빙퇴석(moraines)이라 불리는 암설(debris) 더미를 남겨놓았다. 암설은 모래, 이토, 또는 심지어 점토 모암(matrix) 내에서 다양한 크기의 무작위로 분류된 암석으로 구성된다. 이 암설은 빙력토(till)라고 한다. 빙퇴석에는 일반적으로 세 가지 종류가 있다: 1)종퇴석(terminal or end moraine, 말단 빙퇴석)은 앞으로 이동할 때, 빙하의 앞으로 밀려나온 빙력토 더미이다. 2)측퇴석(lateral moraine)은 빙하가 이동할 때, 빙하의 측면으로 밀려난 암설이 만들어놓은 것이다. 3)저퇴석(ground moraine)은 빙하 아래에 생긴 것이다. 저퇴석은 일반적으로 거친 언덕 모양이다.
빙퇴석 내에서는 흔히 긁힌 암석이나 줄무늬 암석이 발견된다. 긁힌 자국과 홈은 암석과 암석이 마찰되거나, 빙하가 아래의 기반암을 긁을 때 암석에 새겨진다. 긁힌 자국은 빙하의 이동 방향을 나타낸다.
북아메리카의 평원과 미국 서부의 산 계곡뿐만 아니라, 유럽의 일부 지역에서 이러한 동일한 특성들이 발견되는데, 이것은 이들 지역이 한때 빙하로 덮였었다는 것을 가리킨다. 분명히 빙하기는 있었다. 그림 3.5는 세계에서 가장 독특한 측퇴석 및 종퇴석 중 하나를 보여준다. 그것은 해발 1,300m에 위치한 오레곤 북동부의 왈로와 산맥(Wallowa Mountains) 북쪽에 있다. 빙하기 동안에 빙하가 왈로와 산맥 북쪽에서 계곡 아래쪽 밖으로 약 3km 되는 오레곤 주 엔터프라이스 근처의 작은 평원으로 내려왔다. 종퇴석은 다소 작아서, 높이가 약 30m에 불과하다. 양쪽에 날카로운 정상부가 있는 측면 빙퇴석은 산 전면 근처에 약 210m 높이로 있다. 그 두 개의 빙퇴석은 말굽 모양을 형성하며, 이제는 아름다운 왈로와 호수(Wallowa Lake)가 그곳을 차지하고 있다. 그 호수는 피요르드( fjord)와 비슷하게 생긴 깊게 패인 계곡을 뒤덮고 있다. 피요르드란 해안을 따라 펼쳐진 바다의 길고 좁은 지류이다. 그것은 한때 빙하에 의해 깊게 파여진 해안의 계곡이었다. 왈로와 호수 주변의 종퇴석과 측퇴석은 가는 입자의 모암 내부에 여러 크기의 암석들이 혼합된 빙력토(till)로 이루어져 있다.
최근까지 빙하가 있었던 중위도, 고위도, 열대 지방의 산들
빙하작용(glaciation)에 대한 많은 흔적들을 관찰함으로써, 빙상(ice sheet)이 형성됐던 곳을 추정할 수 있다. 북미 대륙에는 두 개의 커다란 빙상이 뒤덮고 있었다. 하나는 코딜레란 빙상(Cordilleran Ice Sheet)이라는 것으로, 캐나다 서부 산악지역과 미국 북서부 지역을 차지하고 있었다. 다른 하나는 로렌타이드 빙상(Laurentide ice sheet)이라는 것으로, 캐나다의 나머지 지역과 미국 북부지역에 형성되어 있었다(그림 3.8을 보라). 북부 캐나다가 얼마나 많이 빙하로 덮였었는지는 여전히 불분명하다. 빙하기 초에 두 개의 빙상을 나누었던, 얼음 없는 지역이 로키산맥의 동쪽 경사면을 따라 놓여 있다.
그림 3.8. 북아메리카 지역의 빙상
미국 대륙에서는 빙상의 남쪽 가장자리가 워싱턴 주 북서쪽에서 미국 북부까지 뻗어 있었다. 중서부 지역에서는 그 가장자리가 북위 38°에 있는 미주리 주 세인트루이스만큼 멀리 남쪽까지 도달했던 것으로 여겨진다. 얼음은 아마도 세인트루이스 아래까지는 확장되지 않았을 것이다. 남쪽의 퇴적물은 빙상의 가장자리를 따라 형성된 빙하 호수 및 빙하가 녹으면서 만든 지형(meltwater features)의 잔해일 수 있다. 빙하기의 강과 호수에 의해 퇴적된 퇴적물은 뚜렷한 종퇴석이 없는 지역에서 빙상의 경계를 모호하게 했을 수 있다.
또한 빙하작용이 결코 없었던 두 지역이 있었다. 그곳은 로렌타이드 빙상 둘레의 안쪽에 있다. 이 지역을 표류가 없는(driftless) 지역이라고 한다. 첫 번째 지역은 위스콘신 주 남서부와 인접한 작은 영역인 미네소타 남동부, 아이오와 북동부, 일리노이 북서부를 포함하는 약 40,000 평방킬로미터에 해당된다.[1] 두 번째 지역은 몬타나 북동부와 중앙 서스캐처원(캐나다 남서부의 주) 남부에 위치하고 있으며, 약 15,000 평방킬로미터의 면적을 차지한다.[2]
미국 서부의 많은 산악지역에는 빙관(ice cap, 만년설)이 있었다. 이 지역은 로키산맥의 대부분과, 태평양 북서부의 캐스케이드 산맥, 캘리포니아의 시에라네바다 산맥이 있는 지역이다. 빙관은 오레곤 주 북동부에 있는 왈로와 산맥, 샌프란시스코 산맥, 아리조나 주의 그랜드 캐니언 남부와 같은 많은 작은 산악지역을 덮었었다.
유사한 빙상의 흔적이 북유럽과 북서아시아에서도 발견된다. 이 빙상을 스칸디나비아 빙상이라고 한다. 러시아 북서쪽에 있는 이 빙상과 노르웨이의 북쪽에 있는 얕은 바다의 정확한 경계는 여전히 논쟁이 되고 있다.[3] 미국에서와 마찬가지로 알프스, 코카서스, 피레네 산맥과 같은 유럽의 많은 산들이 빙관으로 덮여있었다.
그림 3.9 유럽과 아시아에 있는 빙상
빙하기는 북반구에서만 발생하지는 않았다. 그것은 남반구 고위도의 산에서도 있었다. 호주의 태즈메니아, 뉴질랜드, 칠레, 아르헨티나 남부의 산들과 심지어 호주 남동부의 작은 산악 지대에도 모두 빙하가 있었다. 남반구에서 빙하기의 얼음 대부분은 남극 대륙에까지 이른다. 남극 대륙뿐만 아니라, 그린란드의 현재 얼음 덩어리는 거대한 빙하기에 대한 증거물로 남아 있다.
열대지방도 예외가 아니었다. 시원했던 기후로 인해, 오늘날 가장 높은 산에 존재하는 빙관은 약 900m 더 낮은 곳까지 내려와 있었다. 킬리만자로, 케냐, 루웬조리 산맥, 사하라 사막의 높은 봉우리 여러 개 등을 포함하는 중앙아프리카 동부의 화산 봉우리들은 빙관으로 덮였었다.[4] 오늘날 빙하가 없는 많은 다른 열대 산맥에도 빙관이 존재했었다. 중위도와 고위도 지역에서와 마찬가지로 이 열대지역의 산악지역에 빙관이 있었다는 것은 빙력토, 빙퇴석, 긁힌 자국 있는 암석, 줄무늬가 있는 기반암 등으로부터 유추되고 있다.
빙하작용의 많은 특징들은 아직도 모양이 날카롭고, 침식이 아주 약간만 되었다는 것인데, 이것은 빙하기가 비교적 최근에 있었음을 가리킨다. 이에 대한 좋은 예는 왈로와 산맥에서 돌출된 편자 모양의 빙퇴석이다(그림 3.5). 크릭메이(Crickmay)[5]는 많은 빙하작용의 모습이 신선하다는 것에 주목했다:
대기의 영향이 비교적 적었다는 것은 홍적세(Pleistocene)에 빙하가 있었던 지역에서 강하게 보여지는데, 15,000~20,000년 동안에는 빙하작용이 없었다. 그 기간 동안에 많은 물의 흐름이 100m 이상의 깊은 계곡을 파내었음에도 불구하고, 대기는 빙하의 줄무늬(glacial striae)를 거의 지우지 못했다.
빙하작용은 15,000년에서 20,000년 전보다도 더 최근에 쉽게 가능했을 것이다. 크릭메이는 단순히 전통적인 지질학적 지식을 되풀이하고 있었다. 빙하 특성의 신선함은 훨씬 더 젊은 연대를 지지한다. 지질학자 조지 프레데릭 라이트(G. Frederick Wright)[6]는 위스콘신 주의 빙하작용은 거의 침식되지 않았으며, 유럽과 북아메리카 빙하 케임(glacial kames, 빙하가 운반해온 모래나 자갈로 된 언덕)도 약간만 침식되었다고 지적했다. 그는 허드슨 만(Hudson Bay)의 동부 해안에 있는 빙하 줄무늬(glacial striations)와 관련하여 다음과 같이 적고 있다:
허드슨의 만의 동해안에 있는 포틀랜드 곶에서, 위도 58o 되는 곳에 남쪽 방향으로, 높은 암석질의 언덕은 완전히 빙하작용이 일어나있고 민둥산이다. 그 줄무늬들은 얼음이 어제 막 만들어놓은 것처럼 신선해 보인다. 비에 젖었던 직후에 이 언덕 위에 태양이 작열하면, 몬트리올 시의 주석 지붕처럼 반짝이고 빛난다.[7]
줄무늬들은 일단 노출되고 난 후에는 비교적 빨리 제거되어야 한다. 15,000~20,000년 풍화를 겪고 나서도 모습이 매우 뚜렷하다는 것은 가능할 것 같아 보이지 않는다.
빙하기를 초래하는 데 얼마나 많은 기후 변화가 필요할까?
빙하기가 시작되기 위해서는 겨울에 내린 눈이 여름과 가을 동안에도 녹지 않고 지속되어서, 매년 축적되어야 한다. 따라서 중위도 및 고위도 대륙 지역에 빙상이나 빙하를 만들려면, 더 추운 여름과 더 많은 눈의 조합이 필요하다. 얼음이 쌓인 대부분의 지역에서 겨울은 이미 눈과 얼음을 유지하기에 충분히 추운 반면에, 여름에는 그것이 녹을 수 있다.
눈이 계속 쌓이는 경우, 두 가지 메커니즘에 의해 얼음으로 변한다. 하나는 여름에 부분적으로 녹은 눈이 아래쪽으로 침투한 다음, 다시 얼어서 얼음으로 되는 것이다. 두 번째 메커니즘은 추운 환경에서 눈이 충분한 깊이(최대 60m)가 된 후에 발생한다. 기본적으로 눈의 무게가 바닥에 있는 눈으로부터 대부분의 공기를 뽑아내면서, 눈을 얼음으로 바꾸는 것이다. 이것은 남극 및 그린란드 빙상 위에서 눈이 얼음으로 되는 방식이다.
더 추운 여름과 더 많은 강설의 조건은 어려운 요구사항이다. 미국에서 가장 추운 지역 중 하나인 미니애폴리스에서 빙상이 발달하기 위해서는 무엇이 필요했을지 생각해보자. 이 지역은 비교적 최근까지 두께가 약 300m에 이르는 빙상으로 덮여있었다.
6월에서 8월까지 미니애폴리스의 평균 기온은 21°C이다. 겨울의 눈이 녹지 않도록 하려면, 봄, 여름 및 가을의 기온은 적어도 빙점 이하로 유지되어야 한다. 이것은 여름 기온이 적어도 3.3°C 이하로 차가워야 함을 의미한다. 그러나 그때 햇빛의 강렬함은 대부분의 눈을 녹게 한다. 즉, 온도는 작은 요인이기는 하지만, 여전히 중요하다. 미니애폴리스는 여름에 햇빛을 많이 받기 때문에, 다음 겨울까지 평균기온은 1인치의 눈이 얼어붙는 것보다 훨씬 더 낮을 필요가 있다. 고위도의 남극 대륙에서는 여름 동안은 태양이 낮게 뜨지만, 24시간 동안 낮이 지속되며, 평균온도가 –10°C일 때 빙상의 가장자리를 따라 눈이 녹는 것이 관찰된다.[8] 미니애폴리스의 태양각(sun angle)은 남극 대륙의 가장자리보다 훨씬 높지만, 밤은 더 길기 때문에, 평균 여름 기온은 미니애폴리스에서의 여름 해빙과 유사할 것이다. 약간의 겨울눈도 사라지지 않는 보수적인 여름 평균 기온은 -6.7°C 이다. 따라서 여름 온도가 오늘날의 평균 온도인 21°C에서 -6.7°C로 떨어지는 것은, 무려 28°C에 달하는 엄청난 변화이다! 물론, 가을과 봄에는 태양으로부터 열을 적게 받고, 계절적으로 온도가 자연히 더 낮기 때문에, 더 적은 온도 강하가 필요하다.
위의 계산은 강설량이 현대 기후에서와 동일하다고 가정한 것이다. 다른 메커니즘에 따라 훨씬 더 많은 눈이 내렸다면, 지상에서 눈이 1인치 이상 유지되는데, 여름 냉각이 그렇게 많이 필요하지는 않았을 것이다.
나중에 증명하겠지만, 건조하고 시원한 빙하기 기후(여름 평균 온도인 10°C)에서 빙상의 가장자리 근처의 얼음이 녹는 양은 일 년에 약 400인치(10m)이다. 얼음 1인치는 평균 10인치의 눈가루에 해당한다. 따라서 이것을 미니애폴리스에 적용하면 연간 4,000인치(100m)의 강설이 내려야 하며, 이는 연 평균 강설량의 약 100배이다. 따라서 상대적으로 시원한 여름 동안에도 엄청난 강설량이 필요하다. 물론, 여름 평균 기온이 약 -1°C인 경우라면, 보통의 강설량의 20배만 내리면 될 것이다.
이 매우 특별한 상황이 수년 동안 지속되어야 할 것이다. 수년 동안 미니애폴리스에서 온도는 4.4C°로 냉각되고, 강설량은 20배가 되게 하는 기후 요인으로는 어떤 것들이 조합 되어야할까? 문제를 더 복잡하게 하는 것은, 많은 냉각을 야기하는 메커니즘이 발견될 수 있다하더라도, 대기 중의 습도(많은 강설에 필요)를 유지하는 능력이 떨어지게 된다는 것이다. 그러면 대기의 냉각은 대기를 더 건조하게 만들 것이므로, 필요한 많은 양의 눈을 생산하기 어려울 것이다. 이것은 모든 빙하기 이론들에 있어서 가장 큰 도전 중 하나이다.
얼음이 캐나다에서 미국까지 내려왔을까?
또 다른 가능성은, 실제로 빙상이 캐나다의 북동부와 서부 고지대와 스칸디나비아 산맥에 걸쳐 시작되었다는 것이다. 이 지역은 오늘날에도 아주 높은 지형에 빙하가 여전히 남아 있다. 캐나다는 미니애폴리스 보다 북극에 더 가깝기 때문에, 여름철 냉각뿐만 아니라, 강설량이 많이 증가하여, 북쪽 멀리까지 빙상이 조성되었을 것이다. 과학자들은 이 북쪽 지역에서 빙상이 생겨났으며, 수천 년에 걸쳐 조금씩 움직여서, 북미대륙에서는 미니애폴리스까지 남쪽으로, 심지어 미주리 주 세인트루이스에까지 이르렀다고 믿고 있다. 이런 식으로 과학자들은 북쪽에서부터 서서히 뻗어나가던 빙상이 세인트루이스까지 다다르는 데 필요한 기후변화를 야기했다고 생각하고 있다.
유럽에서는 얼음이 스칸디나비아 산맥에서 뻗어나가, 잠시 후 저지대로 내려온 것으로 추정된다. 그리고는 빙상이 지속적으로 뻗어나가 발트해를 가로 질러 조금씩 진출하여, 유럽 대륙의 북부와 러시아의 북서부에까지 이르렀다는 것이다.
그림 3.10. 여름 평균 기온이 현재보다 10°C와 12°C 더 차가울 때, 여름 해빙 이후 1인치의 눈이 남아 있을 지역을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 표시한 캐나다 지도.
그러한 시각에서 빙하기가 가능할까? 래리 윌리엄(Larry Williams)[9]는 이 질문에 답하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용했다. 그는 캐나다에서 한 여름 동안 눈이 덮여 있으려면, 얼마나 많은 여름철 냉각과 추가 강설량이 필요한지 알아보고자 했다. 빙하기가 시작되도록 하기 위해서, 그는 보통의 겨울 강설량을 두 배로 늘렸고, 여름 기온을 2°C만큼 낮췄다. 또한 윌리엄은 지표면을 120m 높여서 허드슨만의 영향을 차단했으며, 여름 햇살의 강도를 약간 줄였다. 이 모든 조건들은 여름철에 눈이 덮여 있도록 하는 데에 유리하다. 그는 캐나다 북동부에 빙하에 불리하게 나오는 그의 결과를 검토하여, 그가 세운 용융 방정식이 맞는지 확인했다. 그의 방정식은 현실적이었다. 그는 기온을 2°C씩 계속 낮춰가면서, 따뜻한 계절의 보다 많은 강우가 비대신 눈으로 내리게 했다. 결국 그는 실험에서 허드슨 만의 북서부와 동부에 영구적으로 눈이 덮이게 했다(그림 3.10). 그는 캐나다 북동부에서 여름 평균 기온이 -1°C까지 떨어져야 한다는 것을 발견했다! 이것은 캐나다 북동부에 1인치 두께의 눈이 남아있기 위해서는, 10°C인 여름 평균 기온이 11°C 더 냉각되는 것에 해당한다. 윌리엄스는 캐나다 북동부에 영구적으로 눈이 덮여 있으려면, 이전에 그가 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 여름철 냉각과 강설이 필요하다고 결론지었다. 이제 우리에게는 다시 온도의 하강과 강설의 증가를 일으키는 원인이 무엇인지에 대한 질문이 남는다.
기후 때문에 캐나다 북동부 지역을 빙하로 덮을 수 있었다 할지라도, 어떤 원인으로 더 냉각되고 더 강설이 많아져서, 얼음이 미네소타 주 미니애폴리스, 또는 미주리 주 세인트루이스까지 남쪽으로 확장되게 할 수 있었을까? 1인치만큼이라도 남쪽으로 확장되려면, 그런 개념에는 미니애폴리스의 대폭적인 기후 변화가 여전히 필수적이다. 유럽 북부와 아시아 북서부뿐만 아니라, 남반구와 열대지역의 산맥에서도 비슷한 문제가 발생한다.
과학자들은 당혹해하고 있다.
일부 과학자들이 말하는 것처럼, 빙하기가 쉽게 일어날 수 있다고 생각할 수도 있을 것이다. 그런데 다른 많은 과학자들은 빙하기 자체의 어려움 외에도, 빙하기의 원인을 알 수 없다는 것을 인정하고 있다.
빙하기를 처음으로 가정했던 1800년대 중반에, 대부분의 과학자들은 그러한 일이 일어날 수 있다는 것을 거의 믿지 못했다:
그 광대한 대륙 빙상의 개념은 지질학자들이 믿기 어려운 것이었다... 1850년경의 빙하기 이론의 상황은 앞의 빙하기라기보다 간빙기에 더 가까웠다. 버클랜드(Buckland)를 제외한 대부분의 나이든 지질학자들은 여전히 빙하기 이론을 거의 사용하지 않는 것으로 보였고, 그것을 받아들이더라도 거의 내키지 않게, 그리고 많은 단서 조항을 붙여서 였다.[10]
빙하기 이론은 너무나 지나친 것으로 보였다. 기후 변화는 대부분의 사람들이 받아들이기에는 너무 급진적이었다. 그러나 빙하기에 대한 증거들은 강력했다. 그래서 결국, 대부분의 과학자들은 어쩔 수 없이, 그 가능성을 인정했다.
그렇다면 그 다음 큰 질문은 ”어떻게?”이다. 과학자들은 1800년대 중반 이래로 이 문제에 대해 의문을 제기해왔다. 그것은 여전히 과학의 주요한 미해결 미스터리이다. 미국 News & World Report 지는 1997년 8월 18일부터 25일까지, 과학의 18가지 커다란 미스터리에 관한 기사를 연재했다. 그 미스터리 중 하나가 ”무엇이 빙하기를 일으켰는가?”[11]이었다. 1996년 6월, Earth라는 유명한 과학 잡지는 빙하기의 새로운 이론에 관한 기사를 발표했다. 다니엘 펜딕(Daniel Pendick)[12]은 이런 말로 기사를 시작했다: ”빙하기가 실제로 일어나지 않았다면, 그것은 공상과학처럼 들렸을 것이다.” 워싱턴 동부를 휩쓸었던 미졸라 호수의 홍수(Lake Missoula flood)에 관한 책에서, 데이비드 알트(David Alt)[13]는 다음과 같이 말하고 있다: ”많은 이론들이 있지만, 무엇이 빙하기를 일으켰는지에 대해서는 실제로 아무도 모른다.” 아주 먼 선사시대가 아니라, 최근에 끝난 빙하기의 원인을 오늘날의 과학자들이 알지 못한다는 것이 놀랍지 않은가? 몇 사람이 제안하듯이, 우리의 기후는 근본적으로 불안정하여, 조만간 또 다른 빙하기를 맞이함으로, 세계의 여러 나라들이 큰 타격을 입게 될 것인가? 아니면 빙하기가 특수한 조건에서 일어났으므로, 매우 희귀하여, 결코 다시 반복되지 않을 것인가?
빙하기 동안 축축했던 사막?
빙하기의 원인이 큰 미스터리 일뿐만 아니라, 이 시대와 관련된 다른 많은 수수께끼 같은 특징들도 미스터리이다.
그림 3.11. 지구 대기의 일반적인 순환. 위도 30°에서 아래쪽으로 흐르는 공기는 공기를 건조시킨다. (지도를 전체 크기로 보라.)
사막이나 반건조 지역은 오늘날 지구상에서 흔하다. 그런 지역은 특히 남위 30도와 북위 30도 주위에 널려 있는데, 그 부근에서 건조한 공기가 순환하기 때문이다(그림 3.11을 보라). 이 건조 및 반건조 지역을 연구하는 과학자들은 특별한 발견을 했는데, 한때는 많은 지역들이 축축한 습식 사막이었다는 것이었다!
미국 남서부의 그레이트 베이슨(Great Basin)에는 네바다, 유타 서부, 캘리포니아 남동부, 오레곤 남동부가 포함된다. 이 지역의 모든 강들은 안쪽으로 물이 배수된다. 그레이트 베이슨에서는 물이 흘러나가지 않는다. 그레이트 솔트 레이크(Great Salt Lake)는 유입과 증발이 균형을 이루어 거의 같은 수준으로 유지된다. 그레이트 베이슨 내에 있는 많은 작은 호수들은 말라 있다. 그 유역의 수직범위는 해수면 아래 86m인 데스 밸리(Death Valley)에서부터, 해수면 위 약 1,200m에 이르는 유역까지이다. 3,000m가 훌쩍 넘는 많은 높은 산들이 낮은 지역과 구분된다. 캘리포니아의 시에라 네바다 산맥이 바다로부터의 습한 서풍을 차단하기 때문에, 그레이트 베이슨은 여름에 습기가 있는 반건조 지역이다. 데스 벨리는 여름 평균 기온이 최고 44°C의 기록을 갖고 있으며, 연간 60mm의 비만 내린다. 실제로 세계에서 두 번째로 뜨거운 기온인 56.7°C의 기록을 데스 벨리는 갖고 있다.[14]
그레이트 베이슨이 한때 물이 풍부하고 신록이 우거졌다는 증거들은 풍부하다. 호수의 해안선은 산이나 언덕의 측면에 높이 새겨져 있다. 해안선 중 일부는 날카롭고 드러나게 침식되어 있어서, 아주 짧은 시간 동안 호수가 존재했음을 나타낸다. 빙하기 후반, 그레이트 베이슨은 120개의 호수들을 가지고 있었는데, 그 중 일부는 상당히 컸다(그림 3.12). 그레이트 솔트 레이크는 현재 크기의 약 6배였고, 깊이가 240m 더 깊었다.[15] 보네빌 호수(Lake Bonneville)라고 불렸던 이 호수는 미시간 호와 비슷한 크기였다. 고대 보네빌 호수의 해안선은 주변 언덕을 따라 매우 두드러지게 나타난다. 네바다 북서부의 라호탄 호수(Lahontan Lake)는 시에라 네바다 산맥의 동쪽에 일련의 상호 연결된 계곡으로 이어져 있었다. 그것은 이리 호수(Lake Erie)와 같은 크기였다. 피라미드 호수, 워커 호수(Walker Lake) 및 여러 다른 염호들은 모두 한때 거대한 라호탄 호수에 들어 있었다. 데스 밸리의 측면을 따라 눈에 띄는 경계는, 한때는 맨리 호수(Lake Manly)라고 불리는 약 180m 깊이의 호수를 보유했던 매우 뜨거운 분지였음을 나타낸다.[16] 캘리포니아 남동부에 있는 여러 호수들은 빙하기에 데스 밸리로 흘러들었다. 빙하기 동안에는 기후가 훨씬 더 시원하고, 더 습했던 것이 분명하다.
그림 3.12. 빙하기 동안 미국 남서부에 있었던 호수들.
두 번째 예는 사하라 사막이다. 지질학자들은 사하라 사막에서 코끼리, 기린, 버팔로, 영양, 코뿔소 및 다른 동물의 화석들이 발견되는 것에 놀라고 있다. 오늘날 이런 종류의 동물 다양성은 아프리카 사바나에서 볼 수 있다. 다양한 양서류, 하마, 악어, 물고기, 대합조개, 다른 수생생물 화석들은 그 사막이 한때 습한 환경이었던 것임을 증명한다.[17] 난쟁이악어(dwarf crocodile)는 20세기까지 살아남았으며, 사하라 서부 고지대의 여러 와디를 따라 고립되었던 호수 또는 웅덩이에서 살았었다.[18]
얕은 모래를 관통할 수 있는 레이더를 가진 위성[19]으로부터, 사하라 동부의 오래된 배수망(drainage network)이 관측되었다. 이 배수망은 대형 담수호와 나일강 계곡 크기의 여러 수로들로 구성되어 있었다. 오늘날, 사하라 사막 동부는 단지 30년에서 50년마다 한 번 정도 모든 지역에 비가 내린다! 사하라[20]와 중동의 다른 지역에서도 대형 배수망이 발견되었다.
한때 사람들은 동물과 함께 사하라 사막에 살았었다. 그들은 수많은 석기 도구, 도기류, 바위에 새겨진 동물의 그림 등을 남겼다.[21] 심지어 탐험가들은 낚싯대와 작살도 발견했다![22] 이 예술품 중 일부는 장관이다(그림 3.13). 사하라 탐험가인 제임스 웰라드(James Wellard)[23]는 암석 작품에 대해 이렇게 기술하고 있었다:
사하라 사막은 선사시대 회화의 진정한 미술 갤러리이다. ... 그 증거는 사하라 사막이 선사시대 세상에서 인구밀집 지역 중 하나라는 것을 보여주기에 충분하다... 그러나 사막 중 가장 접근하기 어려운 구석진 곳에는 문자 그대로 수천 마리의 열대어와 수생 동물, 거대한 소떼, 활과 부메랑으로 무장한 사냥꾼, 심지어는 여성과 어린이가 그들이 함께 살았던 오두막집과 함께 있는 '가정”의 모습들이 그려져 있다.
그림 3.13. 사하라의 빙하시대 작품(사진: Corbis)
습한 사하라와 최근에 사막 지역이 되어버린 모든 호수들은 빙하기를 둘러싼 또 다른 많은 기후 미스터리들 중 하나이다. 과학자들은 과거 사막 지역에 풍부한 강우가 있었던 이 ”다우기(多雨期)”가 빙하기 사이의 따뜻한 기간인 간빙기와 관련이 있을 것이라고 추측하고 있다. 우리는 지금 그러한 ”간빙기”에 살고 있는 것으로 보여진다. 그러나 우리가 간빙기에 있다면, 지금의 사막은 왜 건조할까? 다우기는 현재 사람들이 생각하는 시기가 아니라, 더 시원하고 더 습한 빙하기 동안에 발생했다는 설명이 더 합리적이다. 어쨌든, 이 ”습한” 사막을 어떻게 설명할 수 있을까?
온대동물과 한대동물이 공존했던 수수께끼
빙하기 화석은 종종 공존했을 것으로 예상되지 않았던 이상한 조합의 동물들을 보여준다. 추위에 적응된 동물의 화석이 예상보다 훨씬 더 남쪽에서 발견된다. 따뜻한 것을 좋아하는 동물들은 오늘날 그들이 위험을 무릅쓰고 가는 지역보다 훨씬 더 북쪽에서 화석으로 발견된다. 그러나 그들은 분명히 빙하기 환경에서 번창했던 것으로 보인다. 이 독특한 동물의 조합에 특별한 이름이 붙어있다 – ”부조화의 조합(disharmonious associations)”.
이들 부조화의 조합은 예외가 아니라, 규칙이 되고 있다. 추운 날씨를 잘 견디는 동물과 더운 날씨를 잘 견디는 동물의 혼합은 시베리아, 알래스카, 유콘 준주를 포함하여 북반구 전체에 걸쳐[24] 발견된다.[25] 부조화의 조합은 남반구에서도 발견된다.[26]
부조화의 조합은 대형 포유류뿐만 아니라, 작은 포유류, 식물, 곤충, 새, 양서류, 파충류에도 적용된다! 그라함(Graham)과 룬델리우스(Lundelius)는 이렇게 말한다[27]:
홍적세 후기의 사회는 오늘날 이소(異所)성의(기후와 연관되지 않은) 생물 종들이, 그리고 아마도 생태학적으로 조화성이 없는 생물 종들이 공존했던 것이 특징이다... 이런 부조화의 조합은 홍적세 후기(빙하기)의 생물상... 육지 무척추동물... 하등한 척추동물... 새들... 그리고 포유류에서도 나타난다.
가장 특별한 사례 중 하나는 영국, 프랑스, 독일에서 하마(hippopotamus)의 화석이 순록(reindeer), 사향소(musk oxen), 털북숭이 매머드 등의 화석과 함께 존재한다는 사실이다.[28] 서트클리프(Sutcliffe)는 이렇게 말했다[29]:
(현재는 적도 지역에 사는) 하마가 살기 좋은 환경을 찾아가다보니까, 영국과 웨일즈의 대부분 지역을 가로질러, 현재는 황무지인 요크셔 광야에까지 퍼지게 되었다.
게다가, 하마 화석은 희귀한 것이 아니라, 영국에서 흔히 볼 수 있다:
하마 화석은 영국과 웨일즈 지방의 약 100개 지역에서 발견되었다.[30]
북아메리카에서도 대부분의 홍적세 말기의 동물군과 식물상은 부조화의 조합을 보여준다.[31] 순록은 알라바마와 그루지아처럼 먼 남쪽의 따뜻함을 좋아하는 동물들과 섞여있었다. 온화한 기후를 선호하는 오소리, 검은 발의 흰 족제비, 땅 나무늘보, 낙타, 거대한 비버 등은 털북숭이 매머드 및 추위를 견디는 다른 동물들과 섞여서, 알래스카에서 훨씬 더 먼 북쪽에서까지 발견된다.[32]
부조화의 조합은 많은 논란을 불러 일으켜왔다. 설명하기는 어렵지만, 대부분의 과학자들은 이제 빙하기의 부조화의 조합이 사실임을 인정하고 있다.[33] 이것이 딜레마인 이유는 빙하기의 기후가 현재의 기후보다 훨씬 추웠을 것으로 추정되고 있기 때문이다. 그러나 빙하기의 화석에서 얻은 증거들은 온화했던 겨울과 시원했던 여름으로, 균등화된 기후를 의미한다. 케네스 콜(Kenneth Cole)[34]이 매우 추운 빙하기(very cold Ice Age) 컴퓨터 시뮬레이션을 실시했을 때 실감했듯이, 관측된 화석 증거로부터 추론한 기후는 당혹스러웠다:
고생물학자들은 과거의 기후가 균등했다고 종종 결론을 내리기는 하지만, 기후순환 모델을 사용하여 대륙 내부에 균등한 기후를 만들어내는 것은 어렵다.
빙하기 동안의 부조화의 조합에 대한 설명은 150년이 넘는 논쟁을 불러왔다. 콜[35]은 또 다음과 같이 말한다[35]:
고생물학적 해석에서 가장 오랫동안 진행되고 있는 철학적 논쟁 중 하나는, 과거의 사회가 지금과 전혀 닮지 않았다는 것을 나타내는, 혼합 또는 부조화의 조합이다. 이러한 혼합된 조합은 우리의 세계관에 도전한다... 부조화의 조합은 일반적으로 과거의 기후가 오늘날의 기후보다 훨씬 더 ”균등”했다는 것으로 설명된다.
사실, 이런 부조화의 조합은 빙하기 세계관의 본 줄거리에 도전하고 있다. 이런 수수께끼에 대해 어떤 가능한 해결책도 나타나지 않은 것으로 보인다.
빙하기 말의 대량 멸종
과학자들은 빙하기 동안에 동물 및 식물과 곤충들이 부조화의 조합을 이루고 있다는 사실을 받아들이기 매우 어려워하고 있다. 그런데 거기에다가, 기후가 온난해지기 시작하고, 생물들이 살 수 있는 지역이 넓어지기 시작했던 빙하기 말기에, 혼합되어 살아가던 동물들이 대량 멸종과 함께 갑자기 끝나버린 이유를 설명해야 하는 문제에 직면해 있는 것이다.
빙하기 말에 시베리아에 살던 털북숭이 매머드들만 죽은 것이 아니라, 다른 모든 곳에서도 죽었다. 톨마초프(Tolmachoff)[36]는 털북숭이 매머드들이 사라진 문제를 다음과 같이 요약하고 있다:
우리는 한때 변화무쌍한 물리지리학적 조건에서 넓은 지역에 걸쳐 명백히 매우 번성했던 많은 수의 동물들이 지질학적으로 매우 짧은 시간 안에 죽었다는 그 멸종에 대해 설명해야만 한다.
최근에 예상치 못했던 약간의 사건적 변화가 일어났다. 과학자들은 털북숭이 매머드가 빙하기의 거의 마지막에 멸종됐다고 믿었었는데, 시베리아 북쪽 북극해의 랑겔 섬에서 발견된 매머드 화석의 탄소-14 연대는 기원전 2000년 전으로 확인되었다.[37] 즉 털북숭이 매머드는 빙하기 말기를 넘어서, 비교적 최근까지 고립된 섬에 살아남았었다는 것이다. 여기에는 두 가지 가능성이 있는데, 탄소-14의 연대가 잘못되었거나, 또는 빙하기가 기원전 2000년(약 4,000년 전)에 끝났다는 것이다.
매머드 스텝지대의 다른 많은 동물들이 털북숭이 매머드와 함께 동시에 대륙 전체에서 멸종되거나 사라졌다. 북아메리카 하나에서만도 33개 속 135개 종의 대형 포유류들이 사라졌다.[38] 빙하기 말에 북아메리카에서 22개 속의 새들이 멸종했다.[39] 남아메리카와 호주를 포함한 다른 대륙들에서는 빙하기와 그 직후에 멸종 위기에 처했다. 전체 대륙에서 45kg 이상 되는 대형 포유류 167개 속이 사라졌다.[40] 그 이유는 무엇일까?
과학자들은 왜 멸종이 일어났는지 모른다. 그리고 그 질문은 200년 이상 동안 그들을 괴롭혀왔다! 기후와 환경이 개선되고 있던 시점인, 빙하기 말에 대량 멸종이 일어난 이유는 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 와드(Ward)[41]는 다음과 같이 말하고 있다:
이 거대한 멸종은 진정한 대량 멸종으로, 고생물학의 가장 근본적인 미스터리 중 하나이다.
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번역 - 강기태
링크 - https://answersingenesis.org/environmental-science/ice-age/the-mystery-of-the-ice-age/
출처 - Frozen in Time
빙하기 탐구 - 멈춰버린 시간. 3장
: 빙하기의 미스터리
(Frozen in Time, Chapter 3. The Mystery of the Ice Age)
by Michael J. Oard, Ph.D.
대부분의 과학자들은 털북숭이 매머드(woolly mammoths)가 빙하기(ice ages)에 살았고, 빙하기 말에 멸종했다고 믿고 있다. 매머드들에게 일어났던 일을 이해하기 위해서는, 빙하기를 더 잘 이해해야 한다. 빙하기가 있었다는 것은 분명하지만, 과학자들이 그 원인을 제시하고자할 때는 막다른 벽에 부딪힌다. 그들은 연이은 미스터리에 빠져든다.
정말로 빙하기가 있었는가?
오늘날의 세계를 보면 한때 빙하기가 있었다고 상상하기 어렵다. 얼음이 한때 지구 표면의 30%를 덮었다는 것은 상상할 수 없는 것 같다. 빙하기가 있었다는 것을 어떻게 알 수 있는가?
빙하기에 대한 많은 증거들은 현대 빙하 연구들에서 비롯된 것이다. 빙하는 오늘날 빙퇴석(moraines)이라 불리는 암설(debris) 더미를 남겨놓았다. 암설은 모래, 이토, 또는 심지어 점토 모암(matrix) 내에서 다양한 크기의 무작위로 분류된 암석으로 구성된다. 이 암설은 빙력토(till)라고 한다. 빙퇴석에는 일반적으로 세 가지 종류가 있다: 1)종퇴석(terminal or end moraine, 말단 빙퇴석)은 앞으로 이동할 때, 빙하의 앞으로 밀려나온 빙력토 더미이다. 2)측퇴석(lateral moraine)은 빙하가 이동할 때, 빙하의 측면으로 밀려난 암설이 만들어놓은 것이다. 3)저퇴석(ground moraine)은 빙하 아래에 생긴 것이다. 저퇴석은 일반적으로 거친 언덕 모양이다.
빙퇴석 내에서는 흔히 긁힌 암석이나 줄무늬 암석이 발견된다. 긁힌 자국과 홈은 암석과 암석이 마찰되거나, 빙하가 아래의 기반암을 긁을 때 암석에 새겨진다. 긁힌 자국은 빙하의 이동 방향을 나타낸다.
북아메리카의 평원과 미국 서부의 산 계곡뿐만 아니라, 유럽의 일부 지역에서 이러한 동일한 특성들이 발견되는데, 이것은 이들 지역이 한때 빙하로 덮였었다는 것을 가리킨다. 분명히 빙하기는 있었다. 그림 3.5는 세계에서 가장 독특한 측퇴석 및 종퇴석 중 하나를 보여준다. 그것은 해발 1,300m에 위치한 오레곤 북동부의 왈로와 산맥(Wallowa Mountains) 북쪽에 있다. 빙하기 동안에 빙하가 왈로와 산맥 북쪽에서 계곡 아래쪽 밖으로 약 3km 되는 오레곤 주 엔터프라이스 근처의 작은 평원으로 내려왔다. 종퇴석은 다소 작아서, 높이가 약 30m에 불과하다. 양쪽에 날카로운 정상부가 있는 측면 빙퇴석은 산 전면 근처에 약 210m 높이로 있다. 그 두 개의 빙퇴석은 말굽 모양을 형성하며, 이제는 아름다운 왈로와 호수(Wallowa Lake)가 그곳을 차지하고 있다. 그 호수는 피요르드( fjord)와 비슷하게 생긴 깊게 패인 계곡을 뒤덮고 있다. 피요르드란 해안을 따라 펼쳐진 바다의 길고 좁은 지류이다. 그것은 한때 빙하에 의해 깊게 파여진 해안의 계곡이었다. 왈로와 호수 주변의 종퇴석과 측퇴석은 가는 입자의 모암 내부에 여러 크기의 암석들이 혼합된 빙력토(till)로 이루어져 있다.
최근까지 빙하가 있었던 중위도, 고위도, 열대 지방의 산들
빙하작용(glaciation)에 대한 많은 흔적들을 관찰함으로써, 빙상(ice sheet)이 형성됐던 곳을 추정할 수 있다. 북미 대륙에는 두 개의 커다란 빙상이 뒤덮고 있었다. 하나는 코딜레란 빙상(Cordilleran Ice Sheet)이라는 것으로, 캐나다 서부 산악지역과 미국 북서부 지역을 차지하고 있었다. 다른 하나는 로렌타이드 빙상(Laurentide ice sheet)이라는 것으로, 캐나다의 나머지 지역과 미국 북부지역에 형성되어 있었다(그림 3.8을 보라). 북부 캐나다가 얼마나 많이 빙하로 덮였었는지는 여전히 불분명하다. 빙하기 초에 두 개의 빙상을 나누었던, 얼음 없는 지역이 로키산맥의 동쪽 경사면을 따라 놓여 있다.
그림 3.8. 북아메리카 지역의 빙상
미국 대륙에서는 빙상의 남쪽 가장자리가 워싱턴 주 북서쪽에서 미국 북부까지 뻗어 있었다. 중서부 지역에서는 그 가장자리가 북위 38°에 있는 미주리 주 세인트루이스만큼 멀리 남쪽까지 도달했던 것으로 여겨진다. 얼음은 아마도 세인트루이스 아래까지는 확장되지 않았을 것이다. 남쪽의 퇴적물은 빙상의 가장자리를 따라 형성된 빙하 호수 및 빙하가 녹으면서 만든 지형(meltwater features)의 잔해일 수 있다. 빙하기의 강과 호수에 의해 퇴적된 퇴적물은 뚜렷한 종퇴석이 없는 지역에서 빙상의 경계를 모호하게 했을 수 있다.
또한 빙하작용이 결코 없었던 두 지역이 있었다. 그곳은 로렌타이드 빙상 둘레의 안쪽에 있다. 이 지역을 표류가 없는(driftless) 지역이라고 한다. 첫 번째 지역은 위스콘신 주 남서부와 인접한 작은 영역인 미네소타 남동부, 아이오와 북동부, 일리노이 북서부를 포함하는 약 40,000 평방킬로미터에 해당된다.[1] 두 번째 지역은 몬타나 북동부와 중앙 서스캐처원(캐나다 남서부의 주) 남부에 위치하고 있으며, 약 15,000 평방킬로미터의 면적을 차지한다.[2]
미국 서부의 많은 산악지역에는 빙관(ice cap, 만년설)이 있었다. 이 지역은 로키산맥의 대부분과, 태평양 북서부의 캐스케이드 산맥, 캘리포니아의 시에라네바다 산맥이 있는 지역이다. 빙관은 오레곤 주 북동부에 있는 왈로와 산맥, 샌프란시스코 산맥, 아리조나 주의 그랜드 캐니언 남부와 같은 많은 작은 산악지역을 덮었었다.
유사한 빙상의 흔적이 북유럽과 북서아시아에서도 발견된다. 이 빙상을 스칸디나비아 빙상이라고 한다. 러시아 북서쪽에 있는 이 빙상과 노르웨이의 북쪽에 있는 얕은 바다의 정확한 경계는 여전히 논쟁이 되고 있다.[3] 미국에서와 마찬가지로 알프스, 코카서스, 피레네 산맥과 같은 유럽의 많은 산들이 빙관으로 덮여있었다.
그림 3.9 유럽과 아시아에 있는 빙상
빙하기는 북반구에서만 발생하지는 않았다. 그것은 남반구 고위도의 산에서도 있었다. 호주의 태즈메니아, 뉴질랜드, 칠레, 아르헨티나 남부의 산들과 심지어 호주 남동부의 작은 산악 지대에도 모두 빙하가 있었다. 남반구에서 빙하기의 얼음 대부분은 남극 대륙에까지 이른다. 남극 대륙뿐만 아니라, 그린란드의 현재 얼음 덩어리는 거대한 빙하기에 대한 증거물로 남아 있다.
열대지방도 예외가 아니었다. 시원했던 기후로 인해, 오늘날 가장 높은 산에 존재하는 빙관은 약 900m 더 낮은 곳까지 내려와 있었다. 킬리만자로, 케냐, 루웬조리 산맥, 사하라 사막의 높은 봉우리 여러 개 등을 포함하는 중앙아프리카 동부의 화산 봉우리들은 빙관으로 덮였었다.[4] 오늘날 빙하가 없는 많은 다른 열대 산맥에도 빙관이 존재했었다. 중위도와 고위도 지역에서와 마찬가지로 이 열대지역의 산악지역에 빙관이 있었다는 것은 빙력토, 빙퇴석, 긁힌 자국 있는 암석, 줄무늬가 있는 기반암 등으로부터 유추되고 있다.
빙하작용의 많은 특징들은 아직도 모양이 날카롭고, 침식이 아주 약간만 되었다는 것인데, 이것은 빙하기가 비교적 최근에 있었음을 가리킨다. 이에 대한 좋은 예는 왈로와 산맥에서 돌출된 편자 모양의 빙퇴석이다(그림 3.5). 크릭메이(Crickmay)[5]는 많은 빙하작용의 모습이 신선하다는 것에 주목했다:
빙하작용은 15,000년에서 20,000년 전보다도 더 최근에 쉽게 가능했을 것이다. 크릭메이는 단순히 전통적인 지질학적 지식을 되풀이하고 있었다. 빙하 특성의 신선함은 훨씬 더 젊은 연대를 지지한다. 지질학자 조지 프레데릭 라이트(G. Frederick Wright)[6]는 위스콘신 주의 빙하작용은 거의 침식되지 않았으며, 유럽과 북아메리카 빙하 케임(glacial kames, 빙하가 운반해온 모래나 자갈로 된 언덕)도 약간만 침식되었다고 지적했다. 그는 허드슨 만(Hudson Bay)의 동부 해안에 있는 빙하 줄무늬(glacial striations)와 관련하여 다음과 같이 적고 있다:
줄무늬들은 일단 노출되고 난 후에는 비교적 빨리 제거되어야 한다. 15,000~20,000년 풍화를 겪고 나서도 모습이 매우 뚜렷하다는 것은 가능할 것 같아 보이지 않는다.
빙하기를 초래하는 데 얼마나 많은 기후 변화가 필요할까?
빙하기가 시작되기 위해서는 겨울에 내린 눈이 여름과 가을 동안에도 녹지 않고 지속되어서, 매년 축적되어야 한다. 따라서 중위도 및 고위도 대륙 지역에 빙상이나 빙하를 만들려면, 더 추운 여름과 더 많은 눈의 조합이 필요하다. 얼음이 쌓인 대부분의 지역에서 겨울은 이미 눈과 얼음을 유지하기에 충분히 추운 반면에, 여름에는 그것이 녹을 수 있다.
눈이 계속 쌓이는 경우, 두 가지 메커니즘에 의해 얼음으로 변한다. 하나는 여름에 부분적으로 녹은 눈이 아래쪽으로 침투한 다음, 다시 얼어서 얼음으로 되는 것이다. 두 번째 메커니즘은 추운 환경에서 눈이 충분한 깊이(최대 60m)가 된 후에 발생한다. 기본적으로 눈의 무게가 바닥에 있는 눈으로부터 대부분의 공기를 뽑아내면서, 눈을 얼음으로 바꾸는 것이다. 이것은 남극 및 그린란드 빙상 위에서 눈이 얼음으로 되는 방식이다.
더 추운 여름과 더 많은 강설의 조건은 어려운 요구사항이다. 미국에서 가장 추운 지역 중 하나인 미니애폴리스에서 빙상이 발달하기 위해서는 무엇이 필요했을지 생각해보자. 이 지역은 비교적 최근까지 두께가 약 300m에 이르는 빙상으로 덮여있었다.
6월에서 8월까지 미니애폴리스의 평균 기온은 21°C이다. 겨울의 눈이 녹지 않도록 하려면, 봄, 여름 및 가을의 기온은 적어도 빙점 이하로 유지되어야 한다. 이것은 여름 기온이 적어도 3.3°C 이하로 차가워야 함을 의미한다. 그러나 그때 햇빛의 강렬함은 대부분의 눈을 녹게 한다. 즉, 온도는 작은 요인이기는 하지만, 여전히 중요하다. 미니애폴리스는 여름에 햇빛을 많이 받기 때문에, 다음 겨울까지 평균기온은 1인치의 눈이 얼어붙는 것보다 훨씬 더 낮을 필요가 있다. 고위도의 남극 대륙에서는 여름 동안은 태양이 낮게 뜨지만, 24시간 동안 낮이 지속되며, 평균온도가 –10°C일 때 빙상의 가장자리를 따라 눈이 녹는 것이 관찰된다.[8] 미니애폴리스의 태양각(sun angle)은 남극 대륙의 가장자리보다 훨씬 높지만, 밤은 더 길기 때문에, 평균 여름 기온은 미니애폴리스에서의 여름 해빙과 유사할 것이다. 약간의 겨울눈도 사라지지 않는 보수적인 여름 평균 기온은 -6.7°C 이다. 따라서 여름 온도가 오늘날의 평균 온도인 21°C에서 -6.7°C로 떨어지는 것은, 무려 28°C에 달하는 엄청난 변화이다! 물론, 가을과 봄에는 태양으로부터 열을 적게 받고, 계절적으로 온도가 자연히 더 낮기 때문에, 더 적은 온도 강하가 필요하다.
위의 계산은 강설량이 현대 기후에서와 동일하다고 가정한 것이다. 다른 메커니즘에 따라 훨씬 더 많은 눈이 내렸다면, 지상에서 눈이 1인치 이상 유지되는데, 여름 냉각이 그렇게 많이 필요하지는 않았을 것이다.
나중에 증명하겠지만, 건조하고 시원한 빙하기 기후(여름 평균 온도인 10°C)에서 빙상의 가장자리 근처의 얼음이 녹는 양은 일 년에 약 400인치(10m)이다. 얼음 1인치는 평균 10인치의 눈가루에 해당한다. 따라서 이것을 미니애폴리스에 적용하면 연간 4,000인치(100m)의 강설이 내려야 하며, 이는 연 평균 강설량의 약 100배이다. 따라서 상대적으로 시원한 여름 동안에도 엄청난 강설량이 필요하다. 물론, 여름 평균 기온이 약 -1°C인 경우라면, 보통의 강설량의 20배만 내리면 될 것이다.
이 매우 특별한 상황이 수년 동안 지속되어야 할 것이다. 수년 동안 미니애폴리스에서 온도는 4.4C°로 냉각되고, 강설량은 20배가 되게 하는 기후 요인으로는 어떤 것들이 조합 되어야할까? 문제를 더 복잡하게 하는 것은, 많은 냉각을 야기하는 메커니즘이 발견될 수 있다하더라도, 대기 중의 습도(많은 강설에 필요)를 유지하는 능력이 떨어지게 된다는 것이다. 그러면 대기의 냉각은 대기를 더 건조하게 만들 것이므로, 필요한 많은 양의 눈을 생산하기 어려울 것이다. 이것은 모든 빙하기 이론들에 있어서 가장 큰 도전 중 하나이다.
얼음이 캐나다에서 미국까지 내려왔을까?
또 다른 가능성은, 실제로 빙상이 캐나다의 북동부와 서부 고지대와 스칸디나비아 산맥에 걸쳐 시작되었다는 것이다. 이 지역은 오늘날에도 아주 높은 지형에 빙하가 여전히 남아 있다. 캐나다는 미니애폴리스 보다 북극에 더 가깝기 때문에, 여름철 냉각뿐만 아니라, 강설량이 많이 증가하여, 북쪽 멀리까지 빙상이 조성되었을 것이다. 과학자들은 이 북쪽 지역에서 빙상이 생겨났으며, 수천 년에 걸쳐 조금씩 움직여서, 북미대륙에서는 미니애폴리스까지 남쪽으로, 심지어 미주리 주 세인트루이스에까지 이르렀다고 믿고 있다. 이런 식으로 과학자들은 북쪽에서부터 서서히 뻗어나가던 빙상이 세인트루이스까지 다다르는 데 필요한 기후변화를 야기했다고 생각하고 있다.
유럽에서는 얼음이 스칸디나비아 산맥에서 뻗어나가, 잠시 후 저지대로 내려온 것으로 추정된다. 그리고는 빙상이 지속적으로 뻗어나가 발트해를 가로 질러 조금씩 진출하여, 유럽 대륙의 북부와 러시아의 북서부에까지 이르렀다는 것이다.
그림 3.10. 여름 평균 기온이 현재보다 10°C와 12°C 더 차가울 때, 여름 해빙 이후 1인치의 눈이 남아 있을 지역을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 표시한 캐나다 지도.
그러한 시각에서 빙하기가 가능할까? 래리 윌리엄(Larry Williams)[9]는 이 질문에 답하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용했다. 그는 캐나다에서 한 여름 동안 눈이 덮여 있으려면, 얼마나 많은 여름철 냉각과 추가 강설량이 필요한지 알아보고자 했다. 빙하기가 시작되도록 하기 위해서, 그는 보통의 겨울 강설량을 두 배로 늘렸고, 여름 기온을 2°C만큼 낮췄다. 또한 윌리엄은 지표면을 120m 높여서 허드슨만의 영향을 차단했으며, 여름 햇살의 강도를 약간 줄였다. 이 모든 조건들은 여름철에 눈이 덮여 있도록 하는 데에 유리하다. 그는 캐나다 북동부에 빙하에 불리하게 나오는 그의 결과를 검토하여, 그가 세운 용융 방정식이 맞는지 확인했다. 그의 방정식은 현실적이었다. 그는 기온을 2°C씩 계속 낮춰가면서, 따뜻한 계절의 보다 많은 강우가 비대신 눈으로 내리게 했다. 결국 그는 실험에서 허드슨 만의 북서부와 동부에 영구적으로 눈이 덮이게 했다(그림 3.10). 그는 캐나다 북동부에서 여름 평균 기온이 -1°C까지 떨어져야 한다는 것을 발견했다! 이것은 캐나다 북동부에 1인치 두께의 눈이 남아있기 위해서는, 10°C인 여름 평균 기온이 11°C 더 냉각되는 것에 해당한다. 윌리엄스는 캐나다 북동부에 영구적으로 눈이 덮여 있으려면, 이전에 그가 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 여름철 냉각과 강설이 필요하다고 결론지었다. 이제 우리에게는 다시 온도의 하강과 강설의 증가를 일으키는 원인이 무엇인지에 대한 질문이 남는다.
기후 때문에 캐나다 북동부 지역을 빙하로 덮을 수 있었다 할지라도, 어떤 원인으로 더 냉각되고 더 강설이 많아져서, 얼음이 미네소타 주 미니애폴리스, 또는 미주리 주 세인트루이스까지 남쪽으로 확장되게 할 수 있었을까? 1인치만큼이라도 남쪽으로 확장되려면, 그런 개념에는 미니애폴리스의 대폭적인 기후 변화가 여전히 필수적이다. 유럽 북부와 아시아 북서부뿐만 아니라, 남반구와 열대지역의 산맥에서도 비슷한 문제가 발생한다.
과학자들은 당혹해하고 있다.
일부 과학자들이 말하는 것처럼, 빙하기가 쉽게 일어날 수 있다고 생각할 수도 있을 것이다. 그런데 다른 많은 과학자들은 빙하기 자체의 어려움 외에도, 빙하기의 원인을 알 수 없다는 것을 인정하고 있다.
빙하기를 처음으로 가정했던 1800년대 중반에, 대부분의 과학자들은 그러한 일이 일어날 수 있다는 것을 거의 믿지 못했다:
빙하기 이론은 너무나 지나친 것으로 보였다. 기후 변화는 대부분의 사람들이 받아들이기에는 너무 급진적이었다. 그러나 빙하기에 대한 증거들은 강력했다. 그래서 결국, 대부분의 과학자들은 어쩔 수 없이, 그 가능성을 인정했다.
그렇다면 그 다음 큰 질문은 ”어떻게?”이다. 과학자들은 1800년대 중반 이래로 이 문제에 대해 의문을 제기해왔다. 그것은 여전히 과학의 주요한 미해결 미스터리이다. 미국 News & World Report 지는 1997년 8월 18일부터 25일까지, 과학의 18가지 커다란 미스터리에 관한 기사를 연재했다. 그 미스터리 중 하나가 ”무엇이 빙하기를 일으켰는가?”[11]이었다. 1996년 6월, Earth라는 유명한 과학 잡지는 빙하기의 새로운 이론에 관한 기사를 발표했다. 다니엘 펜딕(Daniel Pendick)[12]은 이런 말로 기사를 시작했다: ”빙하기가 실제로 일어나지 않았다면, 그것은 공상과학처럼 들렸을 것이다.” 워싱턴 동부를 휩쓸었던 미졸라 호수의 홍수(Lake Missoula flood)에 관한 책에서, 데이비드 알트(David Alt)[13]는 다음과 같이 말하고 있다: ”많은 이론들이 있지만, 무엇이 빙하기를 일으켰는지에 대해서는 실제로 아무도 모른다.” 아주 먼 선사시대가 아니라, 최근에 끝난 빙하기의 원인을 오늘날의 과학자들이 알지 못한다는 것이 놀랍지 않은가? 몇 사람이 제안하듯이, 우리의 기후는 근본적으로 불안정하여, 조만간 또 다른 빙하기를 맞이함으로, 세계의 여러 나라들이 큰 타격을 입게 될 것인가? 아니면 빙하기가 특수한 조건에서 일어났으므로, 매우 희귀하여, 결코 다시 반복되지 않을 것인가?
빙하기 동안 축축했던 사막?
빙하기의 원인이 큰 미스터리 일뿐만 아니라, 이 시대와 관련된 다른 많은 수수께끼 같은 특징들도 미스터리이다.
그림 3.11. 지구 대기의 일반적인 순환. 위도 30°에서 아래쪽으로 흐르는 공기는 공기를 건조시킨다. (지도를 전체 크기로 보라.)
사막이나 반건조 지역은 오늘날 지구상에서 흔하다. 그런 지역은 특히 남위 30도와 북위 30도 주위에 널려 있는데, 그 부근에서 건조한 공기가 순환하기 때문이다(그림 3.11을 보라). 이 건조 및 반건조 지역을 연구하는 과학자들은 특별한 발견을 했는데, 한때는 많은 지역들이 축축한 습식 사막이었다는 것이었다!
미국 남서부의 그레이트 베이슨(Great Basin)에는 네바다, 유타 서부, 캘리포니아 남동부, 오레곤 남동부가 포함된다. 이 지역의 모든 강들은 안쪽으로 물이 배수된다. 그레이트 베이슨에서는 물이 흘러나가지 않는다. 그레이트 솔트 레이크(Great Salt Lake)는 유입과 증발이 균형을 이루어 거의 같은 수준으로 유지된다. 그레이트 베이슨 내에 있는 많은 작은 호수들은 말라 있다. 그 유역의 수직범위는 해수면 아래 86m인 데스 밸리(Death Valley)에서부터, 해수면 위 약 1,200m에 이르는 유역까지이다. 3,000m가 훌쩍 넘는 많은 높은 산들이 낮은 지역과 구분된다. 캘리포니아의 시에라 네바다 산맥이 바다로부터의 습한 서풍을 차단하기 때문에, 그레이트 베이슨은 여름에 습기가 있는 반건조 지역이다. 데스 벨리는 여름 평균 기온이 최고 44°C의 기록을 갖고 있으며, 연간 60mm의 비만 내린다. 실제로 세계에서 두 번째로 뜨거운 기온인 56.7°C의 기록을 데스 벨리는 갖고 있다.[14]
그레이트 베이슨이 한때 물이 풍부하고 신록이 우거졌다는 증거들은 풍부하다. 호수의 해안선은 산이나 언덕의 측면에 높이 새겨져 있다. 해안선 중 일부는 날카롭고 드러나게 침식되어 있어서, 아주 짧은 시간 동안 호수가 존재했음을 나타낸다. 빙하기 후반, 그레이트 베이슨은 120개의 호수들을 가지고 있었는데, 그 중 일부는 상당히 컸다(그림 3.12). 그레이트 솔트 레이크는 현재 크기의 약 6배였고, 깊이가 240m 더 깊었다.[15] 보네빌 호수(Lake Bonneville)라고 불렸던 이 호수는 미시간 호와 비슷한 크기였다. 고대 보네빌 호수의 해안선은 주변 언덕을 따라 매우 두드러지게 나타난다. 네바다 북서부의 라호탄 호수(Lahontan Lake)는 시에라 네바다 산맥의 동쪽에 일련의 상호 연결된 계곡으로 이어져 있었다. 그것은 이리 호수(Lake Erie)와 같은 크기였다. 피라미드 호수, 워커 호수(Walker Lake) 및 여러 다른 염호들은 모두 한때 거대한 라호탄 호수에 들어 있었다. 데스 밸리의 측면을 따라 눈에 띄는 경계는, 한때는 맨리 호수(Lake Manly)라고 불리는 약 180m 깊이의 호수를 보유했던 매우 뜨거운 분지였음을 나타낸다.[16] 캘리포니아 남동부에 있는 여러 호수들은 빙하기에 데스 밸리로 흘러들었다. 빙하기 동안에는 기후가 훨씬 더 시원하고, 더 습했던 것이 분명하다.
그림 3.12. 빙하기 동안 미국 남서부에 있었던 호수들.
두 번째 예는 사하라 사막이다. 지질학자들은 사하라 사막에서 코끼리, 기린, 버팔로, 영양, 코뿔소 및 다른 동물의 화석들이 발견되는 것에 놀라고 있다. 오늘날 이런 종류의 동물 다양성은 아프리카 사바나에서 볼 수 있다. 다양한 양서류, 하마, 악어, 물고기, 대합조개, 다른 수생생물 화석들은 그 사막이 한때 습한 환경이었던 것임을 증명한다.[17] 난쟁이악어(dwarf crocodile)는 20세기까지 살아남았으며, 사하라 서부 고지대의 여러 와디를 따라 고립되었던 호수 또는 웅덩이에서 살았었다.[18]
얕은 모래를 관통할 수 있는 레이더를 가진 위성[19]으로부터, 사하라 동부의 오래된 배수망(drainage network)이 관측되었다. 이 배수망은 대형 담수호와 나일강 계곡 크기의 여러 수로들로 구성되어 있었다. 오늘날, 사하라 사막 동부는 단지 30년에서 50년마다 한 번 정도 모든 지역에 비가 내린다! 사하라[20]와 중동의 다른 지역에서도 대형 배수망이 발견되었다.
한때 사람들은 동물과 함께 사하라 사막에 살았었다. 그들은 수많은 석기 도구, 도기류, 바위에 새겨진 동물의 그림 등을 남겼다.[21] 심지어 탐험가들은 낚싯대와 작살도 발견했다![22] 이 예술품 중 일부는 장관이다(그림 3.13). 사하라 탐험가인 제임스 웰라드(James Wellard)[23]는 암석 작품에 대해 이렇게 기술하고 있었다:
그림 3.13. 사하라의 빙하시대 작품(사진: Corbis)
습한 사하라와 최근에 사막 지역이 되어버린 모든 호수들은 빙하기를 둘러싼 또 다른 많은 기후 미스터리들 중 하나이다. 과학자들은 과거 사막 지역에 풍부한 강우가 있었던 이 ”다우기(多雨期)”가 빙하기 사이의 따뜻한 기간인 간빙기와 관련이 있을 것이라고 추측하고 있다. 우리는 지금 그러한 ”간빙기”에 살고 있는 것으로 보여진다. 그러나 우리가 간빙기에 있다면, 지금의 사막은 왜 건조할까? 다우기는 현재 사람들이 생각하는 시기가 아니라, 더 시원하고 더 습한 빙하기 동안에 발생했다는 설명이 더 합리적이다. 어쨌든, 이 ”습한” 사막을 어떻게 설명할 수 있을까?
온대동물과 한대동물이 공존했던 수수께끼
빙하기 화석은 종종 공존했을 것으로 예상되지 않았던 이상한 조합의 동물들을 보여준다. 추위에 적응된 동물의 화석이 예상보다 훨씬 더 남쪽에서 발견된다. 따뜻한 것을 좋아하는 동물들은 오늘날 그들이 위험을 무릅쓰고 가는 지역보다 훨씬 더 북쪽에서 화석으로 발견된다. 그러나 그들은 분명히 빙하기 환경에서 번창했던 것으로 보인다. 이 독특한 동물의 조합에 특별한 이름이 붙어있다 – ”부조화의 조합(disharmonious associations)”.
이들 부조화의 조합은 예외가 아니라, 규칙이 되고 있다. 추운 날씨를 잘 견디는 동물과 더운 날씨를 잘 견디는 동물의 혼합은 시베리아, 알래스카, 유콘 준주를 포함하여 북반구 전체에 걸쳐[24] 발견된다.[25] 부조화의 조합은 남반구에서도 발견된다.[26]
부조화의 조합은 대형 포유류뿐만 아니라, 작은 포유류, 식물, 곤충, 새, 양서류, 파충류에도 적용된다! 그라함(Graham)과 룬델리우스(Lundelius)는 이렇게 말한다[27]:
가장 특별한 사례 중 하나는 영국, 프랑스, 독일에서 하마(hippopotamus)의 화석이 순록(reindeer), 사향소(musk oxen), 털북숭이 매머드 등의 화석과 함께 존재한다는 사실이다.[28] 서트클리프(Sutcliffe)는 이렇게 말했다[29]:
게다가, 하마 화석은 희귀한 것이 아니라, 영국에서 흔히 볼 수 있다:
북아메리카에서도 대부분의 홍적세 말기의 동물군과 식물상은 부조화의 조합을 보여준다.[31] 순록은 알라바마와 그루지아처럼 먼 남쪽의 따뜻함을 좋아하는 동물들과 섞여있었다. 온화한 기후를 선호하는 오소리, 검은 발의 흰 족제비, 땅 나무늘보, 낙타, 거대한 비버 등은 털북숭이 매머드 및 추위를 견디는 다른 동물들과 섞여서, 알래스카에서 훨씬 더 먼 북쪽에서까지 발견된다.[32]
부조화의 조합은 많은 논란을 불러 일으켜왔다. 설명하기는 어렵지만, 대부분의 과학자들은 이제 빙하기의 부조화의 조합이 사실임을 인정하고 있다.[33] 이것이 딜레마인 이유는 빙하기의 기후가 현재의 기후보다 훨씬 추웠을 것으로 추정되고 있기 때문이다. 그러나 빙하기의 화석에서 얻은 증거들은 온화했던 겨울과 시원했던 여름으로, 균등화된 기후를 의미한다. 케네스 콜(Kenneth Cole)[34]이 매우 추운 빙하기(very cold Ice Age) 컴퓨터 시뮬레이션을 실시했을 때 실감했듯이, 관측된 화석 증거로부터 추론한 기후는 당혹스러웠다:
빙하기 동안의 부조화의 조합에 대한 설명은 150년이 넘는 논쟁을 불러왔다. 콜[35]은 또 다음과 같이 말한다[35]:
사실, 이런 부조화의 조합은 빙하기 세계관의 본 줄거리에 도전하고 있다. 이런 수수께끼에 대해 어떤 가능한 해결책도 나타나지 않은 것으로 보인다.
빙하기 말의 대량 멸종
과학자들은 빙하기 동안에 동물 및 식물과 곤충들이 부조화의 조합을 이루고 있다는 사실을 받아들이기 매우 어려워하고 있다. 그런데 거기에다가, 기후가 온난해지기 시작하고, 생물들이 살 수 있는 지역이 넓어지기 시작했던 빙하기 말기에, 혼합되어 살아가던 동물들이 대량 멸종과 함께 갑자기 끝나버린 이유를 설명해야 하는 문제에 직면해 있는 것이다.
빙하기 말에 시베리아에 살던 털북숭이 매머드들만 죽은 것이 아니라, 다른 모든 곳에서도 죽었다. 톨마초프(Tolmachoff)[36]는 털북숭이 매머드들이 사라진 문제를 다음과 같이 요약하고 있다:
최근에 예상치 못했던 약간의 사건적 변화가 일어났다. 과학자들은 털북숭이 매머드가 빙하기의 거의 마지막에 멸종됐다고 믿었었는데, 시베리아 북쪽 북극해의 랑겔 섬에서 발견된 매머드 화석의 탄소-14 연대는 기원전 2000년 전으로 확인되었다.[37] 즉 털북숭이 매머드는 빙하기 말기를 넘어서, 비교적 최근까지 고립된 섬에 살아남았었다는 것이다. 여기에는 두 가지 가능성이 있는데, 탄소-14의 연대가 잘못되었거나, 또는 빙하기가 기원전 2000년(약 4,000년 전)에 끝났다는 것이다.
매머드 스텝지대의 다른 많은 동물들이 털북숭이 매머드와 함께 동시에 대륙 전체에서 멸종되거나 사라졌다. 북아메리카 하나에서만도 33개 속 135개 종의 대형 포유류들이 사라졌다.[38] 빙하기 말에 북아메리카에서 22개 속의 새들이 멸종했다.[39] 남아메리카와 호주를 포함한 다른 대륙들에서는 빙하기와 그 직후에 멸종 위기에 처했다. 전체 대륙에서 45kg 이상 되는 대형 포유류 167개 속이 사라졌다.[40] 그 이유는 무엇일까?
과학자들은 왜 멸종이 일어났는지 모른다. 그리고 그 질문은 200년 이상 동안 그들을 괴롭혀왔다! 기후와 환경이 개선되고 있던 시점인, 빙하기 말에 대량 멸종이 일어난 이유는 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 와드(Ward)[41]는 다음과 같이 말하고 있다:
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번역 - 강기태
링크 - https://answersingenesis.org/environmental-science/ice-age/the-mystery-of-the-ice-age/
출처 - Frozen in Time