바보의 금: 숨겨진 기후 안정제

지구에서 탄소 저장소 간 순환과 균형은 생사의 문제입니다. 탄소는 대기에서 바다로, 탄소 기반 생명체로, 암석이나 퇴적물로 이동하며, 그 과정 전반에 걸쳐 이러한 저장소 중 어디에든 갇힐 수 있습니다.

순환 내의 불균형은 지구에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 대기 중 탄소가 너무 많으면 온실 효과와 지구 온난화가 발생하고, 해양에 탄소가 너무 많으면 해양 산성화가 발생하여 해양 생물의 생존 조건을 위협합니다. 지구는 대규모 화산 폭발과 같은 재앙적인 상황에서 어떻게 회복할까요?

연구자들은 과거의 극단적인 사례를 통해 시스템이 불균형에 어떻게 반응하는지 연구합니다. 코네티컷 대학교, 빅토리아 대학교, 예일 대학교, 브리티시컬럼비아 대학교, 조지아 공과대학교의 연구진은 Nature Geoscience 에 발표한 논문에서 화산 폭발 후 대기 중으로 대량의 탄소 방출을 안정화하는 데 해양이 어떻게 도움을 줄 수 있는지에 대한 간과되었던 메커니즘을 자세히 설명합니다.

코네티컷 대학교 지구과학과 조교수이자 이 논문의 주저자인 모즈타바 파크라에(Mojtaba Fakhraee)는 지구 탄소 순환을 단순화하여 상상하는 방법은 대기 중으로 탄소를 방출하는 화산 가스의 분출에서 시작된다고 말합니다. 이산화탄소와 같은 탄소는 대기 에 남아 있을 수 있지만, 일부는 다른 원소와 반응하여 용존 무기 탄소와 같은 화학 물질을 생성하고, 이는 강을 통해 바다로 이동하게 됩니다.

"해양 탄소가 대기 중 CO2 양과 균형을 이루면 평형 상태에 도달하게 되는데, 이때 대기 중 CO2 양은 해양에 용해된 탄소 종의 양에 비례하게 됩니다."라고 Fakhraee는 말합니다.

그러나 기후 재앙이나 엄청난 양의 CO 2가 대기 중으로 방출되는 등 극심한 불균형이 발생하는 경우, 연구자들은 다른 유형의 피드백이 작용한다는 것을 발견했습니다.

"바닷물이 산소를 잃으면 피드백이 발생하고, 더 염기성으로 변하며, 저산소 또는 무산소 조건에서는 또 다른 유형의 반응이 더욱 우세해집니다. 바로 이 반응이 황을 생성하는 무산소 호흡입니다."라고 파크라이는 말합니다.

이 반응으로 생성되는 황은 황화철 또는 황철석으로, "바보의 금"으로도 알려져 있습니다. 이 과정은 물의 알칼리도를 유지하여 산성화되는 것을 방지하는 전반적인 완충 효과를 제공합니다.

연구진은 지난 수억 년 동안의 지구화학적 과정들을 모의한 지구 탄소-황 순환 결합 모델을 이용하여 이러한 발견을 이루었습니다. 이 모델에는 여러 차례의 해양 무산소 현상(OAE)과 대기 중으로 다량의 탄소를 방출한 대규모 화산 폭발이 포함됩니다. 연구진은 OAE 발생 시 황철석의 생성과 매몰이 화산 활동이 증가하는 시기에 상당한 안정화 효과를 가져왔으며, 이를 통해 해양을 완충하고 수백만 년 동안 중요한 안정화 역할을 수행했음을 발견했습니다.

"이것은 완충 작용 물질이 더 많이 존재할수록 해양이 pH 변화와 해양 산성화에 더 강하게 저항하게 된다는 것을 의미합니다. 이 반응은 해양이 산성화와 pH 변화에 어떻게 저항하게 되는지에 있어서 중요합니다."라고 Fakhraee는 말합니다.

파크라이에 따르면, 이러한 반응은 오랜 시간에 걸쳐 일어나는데, 과거 바다는 주기적으로 화산 가스의 대량 유입을 경험했고, 이로 인해 산소 결핍과 무산소 상태가 발생했으며, 모델은 그때 황화철 반응이 증가하고 알칼리도가 증가하며 기후가 안정화되는 모습을 보였다고 합니다.

"과거 해양 무산소 현상 중 일부가 어떻게 지금처럼 회복될 수 있었는지를 이해하는 것은 매우 설득력이 있었습니다."라고 파크라이는 말합니다. "무산소 상태는 항상 해양의 큰 문제로 여겨졌지만, 더 장기적인 관점에서 보면 이 큰 문제는 실제로 해양과 지구 전체의 생존에 도움이 될 수 있습니다. 무산소 상태와 산소 손실이 지구 시스템에 해로운 것은 아닙니다."

파크라이는 대기 중 CO2 농도가 증가함에 따라 바다에서 산소가 감소하는 현상이 나타나는데, 이는 오늘날의 탄소 순환에 중요한 의미를 갖는다고 말합니다. 하지만 단서가 하나 있습니다. 바로 시간입니다.

"우리는 해양의 탈산소화 속도를 증가시킴으로써 대기 중 이산화탄소를 조절하고 안정화하는 데 도움이 될 황화철 형성 과정이 중요할 것으로 예상합니다 . 하지만 이것이 현재의 기후 변화에 도움이 될 것이라고 생각하는 것은 잘못된 생각입니다. 이러한 피드백은 더 긴 시간 단위로 발생하기 때문입니다. 인간은 기후 변화의 영향을 크게 받겠지만, 지구 시스템은 이러한 흥미로운 피드백을 통해 회복할 수 있습니다."라고 Fakhraee는 말합니다.

오늘날 일부 무산소 해양 환경에서 황철석이 생성되고 있지만, 현재 상황에서는 해양 알칼리도와 탄소 격리에 미치는 전 지구적 영향은 미미합니다. 이러한 완충 메커니즘이 크게 활성화되려면 전 지구 해양의 광범위하고 지속적인 탈산소화가 필요하며, 이는 대부분의 해양 생물에 재앙을 초래하고 지구 생물권에 심각한 교란을 초래할 것입니다.

"기후 변화를 겪는 인간과 다른 생명체들은 매우 짧은 시간 안에 심각한 영향을 받을 것입니다. 중요한 것은 시간 규모와 산소 손실량이 얼마나 되느냐입니다."라고 파크라이는 말합니다.

파크라가 이 연구에서 얻은 또 다른 중요한 결론은 지구 탄소 순환의 놀라운 회복력입니다.

"이 모든 상호 연결된 과정들은 이 전체 시스템의 한 부분에서 작은 변화가 시스템의 다른 부분에서 큰 변화를 가져올 수 있음을 보여줍니다. 지구가 과거 생명을 앗아간 매우 심각한 경험에서 어떻게 회복할 수 있는지 보는 것은 매우 흥미롭습니다."라고 파크레이는 말합니다.

"지구가 생명의 측면에서 그토록 많은 부침을 겪었던 이유 중 하나이자, 희망이 있는 이유 중 하나는 지구가 회복하고 다른 생명체가 존재하고 진화할 수 있도록 돕는 피드백이 있었기 때문입니다. 지구는 나름의 생존 방식을 가지고 있지만, 우리는 생존 방법을 찾아야 합니다. 기후 변화와 관련하여 무슨 일이 일어나고 있는지 충분히 주의를 기울이지 않으면 위험에 처하게 될 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250521124433.htm