캄브리아기 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-22 (금)

검색

[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조

핀란드와 영국, 미국 등 국제 연구팀이 태양에서 발생하는 강력한 입자 폭발 현상이 지구의 오존층을 심각하게 파괴해 장기간 지구 표면에 방사선 노출량을 증가시킬 수 있음을 밝혔다고 PHYS.org가 2일(현지시간) 보도했다. 올해 5월초 발생한 강력한 오로라는 태양 폭풍이 방출하는 방사선 에너지를 보여주는 사례였다. 태양은 때때로 더 파괴적인 현상을 일으키기도 한다. '태양 입자 방출(solar particle events)'이라고 알려진 이 현상은 태양 표면에서 직접 방출되는 양성자 폭발로, 마치 탐조등처럼 우주 공간으로 뻗어 나갈 수 있다. 연구에 따르면, 지구는 약 1000년마다 극심한 태양 입자 방출 현상에 노출되며, 이는 오존층에 심각한 손상을 입히고 지표면의 자외선(UV) 복사량을 증가시킬 수 있다. 지난 7월 1일 미국 국립과학원 아카데미 회보에 게재된 논문에서 연구팀은 이러한 극한 상황이 발생했을 때 나타나는 현상을 분석했다. 또한 지구 자기장이 약화되었을 때 이러한 현상이 지구 생명체에 미치는 영향이 매우 클 수 있음을 보여줬다. 이 논문의 주저자는 판란드 오울루대학교(University of Oulu)의 프레이드리그 아르세노비치(Predrag Arsenovic)이며, 공동 저자는 영국 레딩대학교(University of Reading)의 매튜 오웬스(Mathew Owens), 미국 콜로라도대학교 볼더(University of Colorado Boulder)의 마이크 록우드(Mike Lockwood), 오울루대학교의 일리야 우소스킨(Ilya Usoskin), 레딩대학교의 루크 바나드(Luke Barnard) 등이다. 극지방 자기장, 오로라 형성 지구 자기장은 태양에서 방출되는 전하를 띤 방사선을 막아주는 중요한 보호막 역할을 한다. 일반적인 상태에서 지구 자기장은 거대한 막대 자석처럼 기능하며, 한쪽 극에서 나온 자기장 선이 다른 극으로 돌아가는 형태를 띠고 있다. 극지방에서는 자기장 선이 수직으로 배열되어 일부 이온화된 우주 방사선이 상층 대기까지 침투해 공기 분자와 상호작용하며 오로라를 생성한다. 그러나 지구 자기장은 시간이 지남에 따라 크게 변화한다. 지난 세기 동안 북극 자기는 연간 약 40km 속도로 캐나다 북부를 가로질러 이동했으며, 자기장 강도는 6% 이상 약화됐다. 지질학적 기록에 따르면, 지구 자기장이 매우 약하거나 완전히 사라진 시기가 수백년 또는 수천 년 지속된 경우도 있었다. 고대에 자기장을 잃고 그 결과 대기의 대부분을 잃은 화성을 살펴보면 지구 자기장이 없다면 어떤 일이 일어날지 알 수 있다. 지난 5월 지구에 오로라 발생 직후 강력한 태양 입자 방출 현상이 화성을 강타했다. 이로 인해 화성 탐사선 오디세이의 작동이 중단됐고, 화성 표면의 방사선 수치가 흉부 X선 촬영시 받는 방사션보다 약 30배나 높은 수준을 기록했다. 태양의 외기는 '태영풍'이라고 알려진 전자와 양성자의 끊임없이 변동하는 흐름을 방출한다. 그러나 태양 표면은 태양 입자 방출 현상에서 에너지, 주로 양성자인 에너지 폭발을 산발적으로 방출한다. 이는 종종 태양 플레어와 관련 있다. 오존 감소, 방사선 증가 양성자는 전자보다 훨씬 무겁고 더 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 지구 대기의 더 낮은 고도애 도달해 공기 중의 기체 분자를 들뜨게 자극한다. 그러나 이러한 들뜬 분자는 육안으로 볼 수 없는 X선만 방출한다. 매 태양 주기(약 11년)미디 수 백건의 약한 태양 입자 방출 현상이 발생하지만, 과학자들은 지구 역사 전체에 걸쳐 훨씬 더 강력한 사건의 흔적을 발견했다. 가장 극단적인 것 중 일부는 현대 장비로 기록된 것보다 수전 배 더 강했다. 이러한 극단적인 태양 압자 방출 현상은 대략 수천 년마다 발생한다. 가장 최근의 사건은 993년 경에 발생했다. 즉각적인 영향 외에도 태양 입자 방출 현상은 상층 대기에서 오존을 고갈시킬 수 있는 일련의 화학 반응을 일으킬 수도 있다. 오존은 유해한 태양 자외선을 흡수해 시력과 DNA를 손상시킬 수 있으며, 피부암 위험을 증가시키고 기후에도 영향을 미친다. 새로운 연구에서 연구팀은 극심한 태양 입자 방출 현상의 영향을 조사하기 위해 대규모 컴퓨터 모델을 사용했다. 연구팀은 이러한 사건이 1년 정도 오존층을 고갈시켜 지표면의 자외선 수치를 높이고 DNA 손상을 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 지구 자기장이 매우 약한 시기에 태양 양성자 사건이 발생하면 오존 손상이 6년 동안 지속되어 자외선 수치가 25% 증가하고 태양에 의한 DNA 손상률이 최대 50%까지 증가할 수 있다. 진화와 자가장과의 상관관계 그렇다면 약한 자기장과 극심한 태양 양성자 사건의 이러한 치명적인 조합은 얼마나 자주 일어날까. 이 두 현상은 상대적으로 자주 함께 발생할 가능성이 크다. 실제로 이러한 사건의 조합은 과거 지구의 여러 가지 미스터리한 사건을 설명할 수 있다. 가장 최근의 약한 자기장 기간(북극과 남극의 일시적인 전환 포함)은 4만2000년 전에 시작되어 약 1000년 동안 지속됐다. 유럽에서 마지막 네안데르탈인의 멸종과 호주에서 거대 웜뱃과 캥거루를 포함한 유대류 거대 동물군의 멸종과 같은 몇가지 주요 진화 사건이 이 시기에 발생했다. 훨씬 더 큰 진화적 사건 또한 지구의 자기장과 관련이 있다. 남호주 플린더스 산맥의 화석에 기록된 에디아카라기 말(약 5억6500만년) 다세포 동물의 기원은 2600만 년 동안 자기장이 약하거나 없는 시기 이후에 발생했다. 마찬가지로 캄브리아기 대폭발(약 5억3900만년 전)에서 다양한 동물 그룹의 급속한 진화는 지자기 및 높은 자외선 수준과 관련이 있다. 관련 없는 여러 그룹에서 눈과 단단한 몸 껍질의 동시 진화는 '빛으로부터의 도피'에서 유해한 자외선 유입을 감지하고 피하는 가장 좋은 수단으로 설명됐다. 이제 막 첫발을 뗀 진화와 자기장과의 연구는 지구 생명체의 역사와 미래에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 영향을 미칠 수 있다. 아울러 지구 온난화로 인한 자기장 변화가 생태계에 미칠 영향을 예측하고 대비하는 데 도움을 줄 수 있다.
- IT/바이오
2024-07-03
북극서 5억년 전 '거대 화살벌레' 화석 발견

그린란드 북부에서 길이 30cm에 달하는 거대한 벌레 화석이 발견됐다. 미국 과학 전문매체 퓨처라(FUTURA)에 의하면 과학자들은 이 벌레를 '티모르베스티아(Timorbestia)'로 명명하고, 5억1800만년 전 캄브리아기 초기에 존재했던 최상위 포식자로 추정했다. 티모르베스티아는 몸 측면에 지느러미와 긴 더듬이가 달린 뚜렷한 머리, 입 안에 거대한 턱을 가지고 있다. 벌레 중에서는 매우 큰 크기로, 초기 캄브리아기의 가장 큰 수영 동물 중 하나로 꼽힌다. 영국 브리스톨 대학(University of Bristol)의 야콥 빈터(Jakob Vinther) 교수는 "티모르베스티아는 당시 해양 생태계의 먹이 사슬 상위에 위치했던 거대한 포식자였다"며 "그린란드의 극한 환경 속에서 잘 보존된 화석을 통해 캄브리아기 초기 해양 생태계의 모습을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다. 캄브리아기 초기 바다 지배 북극에서 발견된 거대한 벌레 티모레스티아 코프리(Timorebestia koprii)의 화석은 알려진 가장 큰 표본으로 길이가 약 30cm에 이른다 캄브리아기는 5억 4200만 년 전에 시작하여 4억 8830만 년 전까지를 의미한다. 캄브리아기의 시작은 고생대가 시작되는 시기이며 캄브리아기의 끝은 오르도비스기로 이어진다. 또한 캄브리아기는 해면이나 히드라종류보다 복잡한 다세포생물의 화석이 많이 발견되기 시작하는 첫 번째 시기이다. 이 시기 동안 약 15종류의 문(門·phylum)이 갑자기 생겨났다. 이러한 갑작스런 생물 문의 증가는 '캄브리아기의 대폭발'이라고 부르며, 진화의 역사에서 최대 수수께끼다. 티모르베스티아는 몸 측면에 지느러미와 긴 더듬이가 달린 뚜렷한 머리, 입 안에 거대한 턱을 가지고 있다. 벌레 중에서는 매우 큰 크기로, 초기 캄브리아기의 가장 큰 수영 동물 중 하나로 꼽힌다. 이 곤충의 화석화된 소화계에서는 당시 흔했던 쌍각류 절지동물인 이속시(Isoxys) 종의 뼈가 다량 발견됐다. 이속시의 긴 보호 가시도 티모르베스티아의 공격을 막지 못했다는 것을 보여준다. 티모르베스티아의 발견은 캄브리아기 초기 해양 생태계가 매우 복잡했다는 것을 시사한다. 당시 해양 생태계에는 티모르베스티아와 같은 거대한 포식자가 존재했을 뿐만 아니라, 이속시와 같은 다양한 먹잇감이 존재했기 때문이다. 또한, 티모르베스티아의 발견은 궁수자리 벌인 채토그나타(Chaetognatha)의 진화에 대한 중요한 단서를 제공한다. 채토그나타는 현재 작은 해양 동물성 플랑크톤을 잡기 위해 바깥쪽 갈고리를 사용하지만, 티모르베스티아는 입에 턱을 사용했다는 점에서 차이가 있다. 이번 연구는 「사이언스 어드밴스(Science Advances)」에 게재됐다. 티모르베스티아의 발견은 캄브리아기 초기 해양 생태계의 모습을 이해하는 데 새로운 단서를 제공했다는 점에서 큰 의미를 가진다.
- 생활경제
2024-01-15
빙하 침식으로 사라진 지구 지각, 깊은 바다에서 재발견

"지구는 어떻게 형성되었을까", "지구에는 물이 얼마나 있었을까"와 같은 질문들은 전 세계 과학자들에게 끊임없이 제기되는 수수께끼 같은 문제들이다. 이러한 질문들은 지구의 과거에 대한 깊은 탐구와 이해를 요구한다. 우주 영상과 같은 첨단 기술은 지구 표면에 남아 있는 물의 흔적과 같은 미스터리를 해결하는 데 큰 도움을 주고 있다. 이러한 기술을 통해 과학자들은 지구의 역사와 진화에 대한 새로운 정보를 발견하고 있다. 그런데 한 세기가 넘도록 전문가들을 당혹스럽게 만들었던 또 다른 미스터리는 ‘대부정합’으로 알려졌으며 지질학적 기록에서 누락 된 지각의 큰 판을 언급했다. 지질학적 기록에서 누락된 지각의 큰 판을 언급하는 ‘대부정합’은 한 세기 이상 전문가들을 혼란스럽게 만들었던 또 다른 수수께끼다. 영국의 인디펜던트 온라인 뉴스판 인디100(indy100)은 대부정합이 사라진 것이 '눈덩이 지구'로 알려진 시기에 발생한 심각한 빙하 침식 때문일 수 있다는 새로운 연구 결과를 보도했다. 이 시기는 행성 전체가 거의 얼음으로 뒤덮였던 고대 지구의 상태를 나타낸다. 연구 결과에 따르면, 이전에 형성된 암석이 침식되면서 그 나이가 급격하게 변하고, 이 과정에서 더 젊은 암석으로 대체될 때 퇴적 기록에서 발생하는 공백이 생기게 된다. 이 현상은 암석층의 연속성이 끊어진 것으로 볼 수 있으며, 지질학적 기록의 중요한 부분이다. 이러한 현상은 1869년 애리조나주의 그랜드캐니언에서 처음 관찰됐다. 전문가들은 암석층 사이에 나타나는 연대의 급격한 변화에 주목했고, 이러한 현상이 전 세계 여러 곳에서 반복적으로 나타나는 것을 발견했다. 이러한 현상을 '대부정합(The Great Unconformity)'이라고 명명했다. 한 연구의 저자는 빙하 침식으로 인해 전 세계적으로 평균 3~5km(2~3마일) 두께의 암석이 벗겨져 지질학적 기록에서 누락된 것으로 추정할 수 있다고 주장했다. 이러한 발견은 지구의 과거를 이해하는 데 있어 중요한 단서를 제공하며, 지질학적 연구에 있어 중대한 의미를 가지고 있다. 이를 통해 과학자들은 지구의 역사와 지질학적 변화를 더욱 정확하게 파악할 수 있게 됐다. 이번 연구의 주요 저자인 버클리 지구연대학 센터의 브렌힌 켈러(Brenhin Keller) 박사는 암석 손실의 규모가 엄청나다고 설명하며 동료들과 함께 10억㎢(2억 입방 마일)의 선캄브리아기 물질이 누락되었거나 존재할 것으로 예상했다. 그들의 이론은 전문가들이 원래 생각했던 것보다 현생대가 시작되기 전에 훨씬 더 많은 침식이 발생했음을 시사한다. 연구팀은 그 시대의 결정이 하프늄과 산소의 동위원소(아이소타입)를 가지고 있음을 증거로 제시했다. 이러한 동위원소는 오래된 암석에서 침식되어 저온에서 퇴적된 것과 일치한다. 또한, 7억 년 미만의 소행성 분화구가 많고 그보다 오래된 소행성 분화구는 두 개만 존재하는 이유임을 시사한다. 암석의 현재 위치에 관해서는 퇴적암을 침식한 빙하가 바다로 휩쓸어 갔다는 주장도 있다.
- 산업
2023-12-27