수십억 년 전의 지구는 차가운 얼음 행성이어야만 했다
: ‘희미한 젊은 태양 역설’의 구조장치로서 메탄의 실패
(If Earth Is Old, It Should Have Frozen)
진화 과학자들에 의하면, 지구(Earth)는 40억 년 이상 전에 우주 가스들로부터 지금과 같은 상태로 뭉쳐졌다는 것이다. 이 경우에 하나의 커다란 문제가 생겨나는데, 그것은 그 당시의 태양은 젊었기 때문에(young sun) 매우 희미했을 것이고, 따라서 지구는 얼어붙었을 것이라는 것이다. 세속적 천문학자들은 ”희미한 젊은 태양 역설(faint young sun paradox)”으로 불려지는 이 딜레마를 해결하기 위해서, 오랫동안 메탄(methane) 가스에 호소해 왔다. 최근의 한 연구는 이 딜레마의 한 구조장치인 메탄가스가 완전히 틀렸음을 가리키는 새로운 두 가지 이유를 밝혀냈다.
캘리포니아 리버사이드(UCR) 대학의 보도 자료는 이렇게 보도하고 있었다 :
”먼 과거에 적어도 10억 년 동안 지구 행성은 얼어붙어 있어야만 했다. 그러나 그렇지 않았다. 사람들은 온실가스(greenhouse gases)를 걱정하고 있다. 그러나 8억~18억 년 사이에 바다에 살던 미생물들은 온실가스들을 정말로 필요로 했다. 당시의 태양은 오늘날보다 10~15% 더 희미했다. 이러한 태양은 너무도 약해서 지구 행성을 따뜻하게 덥힐 수 없었다. 지구는 액체 상태의 바다와 단세포 생물들을 유지하기 위해서, 열을 가두는 강력한 온실가스들의 혼합을 필요로 했다. 수십 년 동안 대기과학자들은 이산화탄소(carbon dioxide)에 비해 열을 가두는 능력이 34배나 큰 메탄(methane)이 선도적 역할을 했을 것으로 추정했었다. 산소가 없었고 이후 약간 생겨났던 시기인 초기 지구에서, 메탄은 지구 역사의 최초 35억 년 전까지 매우 많았던 기체로 생각되어 왔었다. (오늘날 산소는 지구 대기의 1/5을 차지하고 있는데, 산소는 대략 수 년 정도에 메탄을 파괴한다)”[1]
이들 시기에 남겨진 화석들로부터, 지구는 얼어붙지 않았음을 보여준다. 가장 초기의 암석에 들어있는 그 당시의 생명체들은 생명체가 존재하기에 완벽하게 적절했음을 가리키고 있다. 당시 지구를 뒤덮고 있던 농축된 메탄가스의 대기는 절연체가 되어 온실효과(greenhouse effect)를 유발했고, 행성 지구에는 생명체가 생존할 수 있었다는 것이다.
PNAS 지에 게재된 논문에서, NASA의 우주생물학 연구소와 협력하고 있는 세 명의 연구자들은 수십 년 동안 말해져왔던 메탄가스 모델이 간과하여 놓치고 있었던 한 가지 중요한 사실을 밝혀냈다.[2] 초기 지구의 생물지화학적 주기(biogeochemical cycles)에 관한 그들의 새롭고 더 현실적인 모델에 의하면, 초기 지구의 바다에는 메탄을 파괴하는 황산염(sulfate)이 매우 풍부했었다는 것이다.
연구의 선임 저자이며 리버사이드 대학의 대학원생 스테파니 올슨(Stephanie Olson)은 UCR Today에서 말했다 : ”한때 황산염이 있던 바다 밖에서는 메탄이 상당한 량으로 존재할 수 없다.”[1]
초기 지구에 산소가 없었다면, 지구에 오존(ozone) 층은 없었을 것이고, 희미한 태양이 내보내는 자외선(UV radiation)일지라도 지구는 차단시키지 못했을 것이다. 자외선은 메탄 분자를 파괴시키고, DNA에 손상을 입힌다. 지구상에 화석 생물이 존재했던 시기 이후로, 생물에 필수적인 산소(oxygen)는 주변에 있었음이 확실하다.
산소가 존재한다는 것은 산화반응이 발생하고 있었음을 의미한다. 대륙에서 이러한 산화반응은 철을 녹슬게 만들고, 황철광(pyrite)을 황산염(sulfate)으로 변하게 만든다. 강우에 의한 침식은 바다로 황산염들을 운반해 날랐고, 그곳에서 약간의 황산염도 메탄을 직접적으로 파괴했을 것이다. 그리고 대양에서의 불충분한 메탄은 대기 중에서도 매우 적은 농도의 메탄을 의미하며, 이것은 온실효과를 유발하지 못했을 것이라는 것이다.
이 연구에 의하면, ”초기 지구 10억 년 동안, 바다의 황산염은 대기 중의 메탄 농도를 단지 1~10ppm 정도로 매우 낮게 제한했을 것임을 밝혀냈다. 이 농도는 이전 모델에서 제안됐던 300ppm에 비해 극히 낮은 농도이다”라고 UCR의 보고자료는 썼다.[1]
희미한 젊은 태양 역설을 구조하기 위해서는, 적어도 300ppm의 메탄가스가 필요했었다. 그러나 최대 10ppm의 메탄가스는 너무도 부족한 수치이다. 여기에 덧붙여서, 그 연구는 메탄이 얼어붙었을 초기 지구를 구조할 수 없는 두 번째 이유를 밝혀냈다.
그 당시에 단세포 해양생물은 주변에 풍부했고, 메탄을 만들었을 것으로 추정했다. 그러나 오늘날의 바다에서, 작은 단세포 생물들은 메탄을 만들기 위해 복잡한 유기물 처리과정에 의한 것보다, 황산염으로부터 에너지를 훨씬 더 효율적으로 추출할 수 있다.[3] 고대의 단세포 생물들도 황산염을 선호했을 것이고, 따라서 메탄은 매우 적게 생성됐을 것이다.
메탄이 ”희미한 젊은 태양 역설”의 구조장치가 될 수 있는가? 될 수 없다. 이 최근의 세속적 연구자들에 의한 결과에 의하면, 이제 더 이상은 아니라는 것이다.
오랫동안, 세속적 과학자들은 ”희미한 젊은 태양 역설” 문제를 해결해보려고, 여러 시나리오들을 말해왔다. 그러나 어떤 것도 만족스럽지 못했다. 2012년의 한 연구는 지구를 충분히 따뜻하게 만들 수 있는, 오늘날의 관측보다 약 1,000배나 더 빠른 속도로 흘렀던 고대 태양풍(solar wind)의 존재를 상상해보았다.[4] 하지만 그 시나리오는 ”희미한 젊은 태양 역설”을 해결하기 위해서, 새로운 의문스러운 역설로 대체하는 것에 불과했다. 지구상에 생명체가 존재하기에 딱 맞는 온도로, 딱 맞는 시점에, 딱 맞는 기간 동안, 딱 맞는 강도로 태양풍이 불도록 했던 원인은 무엇인가?
”희미한 젊은 태양 역설”이 지금까지도 해결되지 않고 있는 것은, 기본적인 가정에 오류가 있음을 가리킨다. 수십억 년으로 추정하는 연대 말이다. 초기 지구 역사의 10억 년을 설명하기 위해서, 초기 지구와 태양에 대한 극도로 가능성 없어 보이는 시나리오들을 만들어내는 대신에, 그 10억 년이라는 연대를 의심할 수는 없는 것인가? 최근 창조된 젊은 지구는 그러한 괴로운 역설로부터 조금도 고통당하지 않는다.
References
1. Nealon, S. Methane Muted: How Did Early Earth Stay Warm? UCR Today. Posted on ucrtoday.ucr.edu September 26, 2016, accessed October 8, 2016.
2. Olson, S., C. T. Reinhard, and T. W. Lyons. 2016. Limited role for methane in the mid-Proterozoic Greenhouse. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (41): 11447-11452.
3. Deppenmeier, U. 2002. The unique biochemistry of methanogenesis. Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. 71: 223-283.
4. Schirber, M. 'Baby Fat' on the Young Sun? Astrobiology Magazine News. Posted on astrobio.net February 13, 2012, accessed October 11, 2016.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/9646 ,
출처 - ICR News, 2016. 10. 24.
수십억 년 전의 지구는 차가운 얼음 행성이어야만 했다
: ‘희미한 젊은 태양 역설’의 구조장치로서 메탄의 실패
(If Earth Is Old, It Should Have Frozen)
진화 과학자들에 의하면, 지구(Earth)는 40억 년 이상 전에 우주 가스들로부터 지금과 같은 상태로 뭉쳐졌다는 것이다. 이 경우에 하나의 커다란 문제가 생겨나는데, 그것은 그 당시의 태양은 젊었기 때문에(young sun) 매우 희미했을 것이고, 따라서 지구는 얼어붙었을 것이라는 것이다. 세속적 천문학자들은 ”희미한 젊은 태양 역설(faint young sun paradox)”으로 불려지는 이 딜레마를 해결하기 위해서, 오랫동안 메탄(methane) 가스에 호소해 왔다. 최근의 한 연구는 이 딜레마의 한 구조장치인 메탄가스가 완전히 틀렸음을 가리키는 새로운 두 가지 이유를 밝혀냈다.
캘리포니아 리버사이드(UCR) 대학의 보도 자료는 이렇게 보도하고 있었다 :
이들 시기에 남겨진 화석들로부터, 지구는 얼어붙지 않았음을 보여준다. 가장 초기의 암석에 들어있는 그 당시의 생명체들은 생명체가 존재하기에 완벽하게 적절했음을 가리키고 있다. 당시 지구를 뒤덮고 있던 농축된 메탄가스의 대기는 절연체가 되어 온실효과(greenhouse effect)를 유발했고, 행성 지구에는 생명체가 생존할 수 있었다는 것이다.
PNAS 지에 게재된 논문에서, NASA의 우주생물학 연구소와 협력하고 있는 세 명의 연구자들은 수십 년 동안 말해져왔던 메탄가스 모델이 간과하여 놓치고 있었던 한 가지 중요한 사실을 밝혀냈다.[2] 초기 지구의 생물지화학적 주기(biogeochemical cycles)에 관한 그들의 새롭고 더 현실적인 모델에 의하면, 초기 지구의 바다에는 메탄을 파괴하는 황산염(sulfate)이 매우 풍부했었다는 것이다.
연구의 선임 저자이며 리버사이드 대학의 대학원생 스테파니 올슨(Stephanie Olson)은 UCR Today에서 말했다 : ”한때 황산염이 있던 바다 밖에서는 메탄이 상당한 량으로 존재할 수 없다.”[1]
초기 지구에 산소가 없었다면, 지구에 오존(ozone) 층은 없었을 것이고, 희미한 태양이 내보내는 자외선(UV radiation)일지라도 지구는 차단시키지 못했을 것이다. 자외선은 메탄 분자를 파괴시키고, DNA에 손상을 입힌다. 지구상에 화석 생물이 존재했던 시기 이후로, 생물에 필수적인 산소(oxygen)는 주변에 있었음이 확실하다.
산소가 존재한다는 것은 산화반응이 발생하고 있었음을 의미한다. 대륙에서 이러한 산화반응은 철을 녹슬게 만들고, 황철광(pyrite)을 황산염(sulfate)으로 변하게 만든다. 강우에 의한 침식은 바다로 황산염들을 운반해 날랐고, 그곳에서 약간의 황산염도 메탄을 직접적으로 파괴했을 것이다. 그리고 대양에서의 불충분한 메탄은 대기 중에서도 매우 적은 농도의 메탄을 의미하며, 이것은 온실효과를 유발하지 못했을 것이라는 것이다.
이 연구에 의하면, ”초기 지구 10억 년 동안, 바다의 황산염은 대기 중의 메탄 농도를 단지 1~10ppm 정도로 매우 낮게 제한했을 것임을 밝혀냈다. 이 농도는 이전 모델에서 제안됐던 300ppm에 비해 극히 낮은 농도이다”라고 UCR의 보고자료는 썼다.[1]
희미한 젊은 태양 역설을 구조하기 위해서는, 적어도 300ppm의 메탄가스가 필요했었다. 그러나 최대 10ppm의 메탄가스는 너무도 부족한 수치이다. 여기에 덧붙여서, 그 연구는 메탄이 얼어붙었을 초기 지구를 구조할 수 없는 두 번째 이유를 밝혀냈다.
그 당시에 단세포 해양생물은 주변에 풍부했고, 메탄을 만들었을 것으로 추정했다. 그러나 오늘날의 바다에서, 작은 단세포 생물들은 메탄을 만들기 위해 복잡한 유기물 처리과정에 의한 것보다, 황산염으로부터 에너지를 훨씬 더 효율적으로 추출할 수 있다.[3] 고대의 단세포 생물들도 황산염을 선호했을 것이고, 따라서 메탄은 매우 적게 생성됐을 것이다.
메탄이 ”희미한 젊은 태양 역설”의 구조장치가 될 수 있는가? 될 수 없다. 이 최근의 세속적 연구자들에 의한 결과에 의하면, 이제 더 이상은 아니라는 것이다.
오랫동안, 세속적 과학자들은 ”희미한 젊은 태양 역설” 문제를 해결해보려고, 여러 시나리오들을 말해왔다. 그러나 어떤 것도 만족스럽지 못했다. 2012년의 한 연구는 지구를 충분히 따뜻하게 만들 수 있는, 오늘날의 관측보다 약 1,000배나 더 빠른 속도로 흘렀던 고대 태양풍(solar wind)의 존재를 상상해보았다.[4] 하지만 그 시나리오는 ”희미한 젊은 태양 역설”을 해결하기 위해서, 새로운 의문스러운 역설로 대체하는 것에 불과했다. 지구상에 생명체가 존재하기에 딱 맞는 온도로, 딱 맞는 시점에, 딱 맞는 기간 동안, 딱 맞는 강도로 태양풍이 불도록 했던 원인은 무엇인가?
”희미한 젊은 태양 역설”이 지금까지도 해결되지 않고 있는 것은, 기본적인 가정에 오류가 있음을 가리킨다. 수십억 년으로 추정하는 연대 말이다. 초기 지구 역사의 10억 년을 설명하기 위해서, 초기 지구와 태양에 대한 극도로 가능성 없어 보이는 시나리오들을 만들어내는 대신에, 그 10억 년이라는 연대를 의심할 수는 없는 것인가? 최근 창조된 젊은 지구는 그러한 괴로운 역설로부터 조금도 고통당하지 않는다.
References
1. Nealon, S. Methane Muted: How Did Early Earth Stay Warm? UCR Today. Posted on ucrtoday.ucr.edu September 26, 2016, accessed October 8, 2016.
2. Olson, S., C. T. Reinhard, and T. W. Lyons. 2016. Limited role for methane in the mid-Proterozoic Greenhouse. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (41): 11447-11452.
3. Deppenmeier, U. 2002. The unique biochemistry of methanogenesis. Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. 71: 223-283.
4. Schirber, M. 'Baby Fat' on the Young Sun? Astrobiology Magazine News. Posted on astrobio.net February 13, 2012, accessed October 11, 2016.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/9646 ,
출처 - ICR News, 2016. 10. 24.