‘눈덩이 지구’ 가설의 파산

저자: Edward Isaacs
번역자: 한국창조과학회 (creation.kr)

Rafael Moura Sb/Pixabay

과거 한때 지구에 오늘날보다 훨씬 더 큰 규모의 빙하들이 있었다는 사실이 발견된 이래로, 빙하기(Ice Age)는 세속적 지질학의 상징적 특징이 되었다. 최근에 ‘한 번의 빙하기(a single ice age)’라는 주장이 지구의 동일과정설적 개념에 도전하고 있지만, 한 번의 빙하기를 지지하는 많은 증거들이 있음에도 불구하고, 빙하기가 여러 번 있었다는 동일과정설적 개념이 고대 지구에 대한 논쟁에서 여지없이 승리하고 있다.¹ 이후 수십 년 동안 지질학자들은 다섯 번의 주요 지구역사 시기에 수십 번의 빙하기가 있었다고 추론해 왔다.(표 1) 그중 가장 오래된 것이 초기 원생대(Early Proterozoic)에 있었던 휴로니안 빙하기(Huronian glaciations, 24.5억~22.2억 년)이다.² 많은 빙하기들 중에서 휴로니안 빙하기는 적도 지역까지 포함해서 지표면의 대부분을 뒤덮을 정도로 매우 광범위했던 것으로 추정되고 있다. 대중적으로 알려진 ‘눈덩이 지구(snowball Earth)’ 가설은 세속적 지질학에서 합의(consensus)를 거의 얻었고, 각종 언론 매체에서 커다란 호응을 받았다. 이러한 인기에도 불구하고, 많은 도전들이 이 동일과정설적 개념을 곤란하게 만들고 있다. 그중 최고는 이러한 전 지구적으로 지속되던 빙하기를 끝낼 수 있었던, 빙하를 용융시킨 메커니즘 없다는 것이다. 최근 한 연구는 동일과정설적 패러다임을 지키기 위한 필사적인 시도로서, 휴로니안 빙하기를 끝낸 것은 소행성 충돌(asteroid impact)이라고 주장하고 있었다(그림 1).

오래된 이야기

19세기 중반부터 지질학자들은 최근의 지구역사에 현재의 빙하 규모를 훨씬 초과하는 대규모의 빙하작용이 있었다는 증거들을 인식하기 시작했다. 창세기 홍수의 영향을 최소화하려는 경향에 따라, 일부 지질학자들은 홍수지질학의 필요성을 배제했다고 주장하면서, 이전에 소규모의 창세기 홍수로 분류했던 지표 퇴적(홍적층, diluvium)에 대한 설명으로, 빙하기의 발견을 보고했었다. 빙하기의 존재는 동일과정설적 신조(‘현재는 과거의 열쇠이다’)에 도전하는 것이지만, 지질학자들은 점진론적 지질학의 순환성과 적절하게 일치되는, 지구역사 전반에 걸쳐 다른 빙하기들을 곧 추론해냈다.

빙하기와 간빙기의 주기적 교대는 지구 역사에서 다섯 번의 주요 빙하기로 확립되었고, 가장 초기의 빙하기는 초기 원생대(Early Proterozoic)의 빙하기로 추론되었다. 이 초기 빙하기들은(24.5억~23.2억 년 사이의 세 번의 빙하기와 아마도 22억 년 전에 끝난 4번째 빙하기(Makganyene Glaciation)^3,4를 포함하여) ‘휴로니안 빙하기(Huronian glaciations)’라는 이름 붙여졌는데, 캐나다 남부에서 ‘빙력암(tillites, 암석화 된 빙하퇴적물)’이 처음 확인된 것에 기초한 것이다.² 고대의 대륙을 재구성해보면, 이들 추정되는 빙력암들은 적도를 따라 형성됐음을 보여주는데, 이는 초기 원생대에 빙하가 지구 표면의 대부분을 지배했음을 시사한다. 이들 빙하와 다른 유사한 널리 퍼져있던 빙하들로 인해, 대중적인 별칭인 ‘눈덩이 지구(Snowball Earth)’가 생겨났다.⁵

압도적인 합의에도 불구하고, 수많은 도전들이 이들 주장되는 고대 빙하기들을 귀찮게 하고 있다. 고대 빙하기를 식별하는 데 사용되는 많은 진단 기준들은 매스 웨이스팅(mass wasting, 중력작용에 의해 물질이 낮은 사면을 따라 이동하는 과정)에 의해서 설명될 수 있다.⁶ 심지어 빙하기의 시작과 이에 수반된 주기성도 세속적 지질학에서는 완전히 설명할 수 없다.⁷ ‘눈덩이 지구’ 가설은 특히 빙하기를 끝내는 데 필요했던 설득력 있는 메커니즘이 부족하다. 그러한 광범위한 빙하는 (태양빛의) 높은 반사율(albedo)을 초래했을 것이고, 그것은 빙하기를 벗어나도록 지구를 가열하는 것이 거의 불가능하게 했을 것이며, 특히 태양의 복사조도(solar irradiance, 일조강도)가 크게 감소하는 시기에는 더욱 그러했을 것이다.⁸ 이러한 도전들을 설명하기 위해서, 온실가스 유입을 동반한 화산활동의 증가 등을 포함하여, 많은 구원 메커니즘들이 제안되었지만, 이들 또한 많은 난점들로 인해 큰 어려움을 겪고 있다.⁹

한 새로운 왜곡

이러한 극복할 수 없는 도전에 직면한 세속적 지질학자들은 무엇을 할 수 있을까? 최근 수십 년 동안 자연주의적 신격변주의(naturalistic neocatstrophism)가 부활하면서 Nature Communications 지에 실린 골드슈미트(Goldschmidt) 요약문¹⁰과 한 논문¹¹에서, 에릭슨 (Ericson) 등과 많은 세속적 지질학자들은 외계로부터 온 설득력 있는 메커니즘에 의존하기 시작했다. 에릭슨 등은 호주 아웃백(Outback)의 야라부바 분화구(Yarrabubba Crater)를 조사한 후, 소행성 충돌이 전 지구적 휴로니안 빙하기의 종말을 강화시켰다고 제안했다(그림 1).

호주 서부에 있는 시생대의 일간 대륙괴(Yilgarn Craton)에 위치하고 있는 야라부바 크레이터는 섀터콘(shatter cones, 운석 충돌구 바닥에서만 드물게 발견되는 암석 조각), 슈도타킬라이트(pseudotachylytes, 단층면 상에서 마찰에 의해 용융물이 형성된 후 빠르게 냉각되어 굳어진 단층암)들이 풍부하며¹², 세계 최고는 아니지만¹¹ 그 지역에서 가장 큰 충돌분화구 중 하나로 확인되고 있으며, 대륙괴(craton, 강괴)에서 가장 오랜 연대의 분화구 중 하나로 분류되고 있다.¹³ 충돌의 증거에도 불구하고, 이 충돌 구조에 있는 화강암류(granitoid)와 녹색편암(greenschists)은 이 장소의 연대를 비정상(anomalous)으로 만들어왔었다. 맥도날드(McDonald) 등이 수행한 초기 연구는 호주의 바랑지 문상반암(Barlangi Granophyre)이 ‘충돌에 의해 용융된 것’¹⁴이라는 해석에 따라, 상한선을 26.5억 년 전으로 제안했다. 그러나 이후의 연구자들은 슈도타킬라이트 암맥(pseudotachylyte dikes)에 근거해서 11억 년 전으로 평가했다.¹³ 이러한 연구들에 기초하여, 에릭슨(Ericson) 등은 맥도날드 등이 계산했던 것처럼, 그 충돌은 약 26억 년 이상이 될 수 없다고 추정했다. 그러면서 22억 년을 선호했다. 이러한 젊은 연대는 대략 막가니엔 빙하기(Makganyene Glaciation)의 끝과 일치하는 데, 이는 휴로니안 빙하기의 끝 무렵인 22.2억 년 전에 해당된다.² 에릭슨 등은 이 충돌이 많은 양의 얼음을 녹여 대기 중으로 분출시켰다고 주장했다. 이것은 육지 빙권(cryosphere)의 누적 반사율(albedo)을 낮추었고, 반면에 대기 중의 수증기 수준을 증가시켰고, 온실효과를 유발하여, 휴로니안 빙하기를 종료시켰다는 것이다. 에릭슨 등의 제안은 얼마 되지 않아 Science 지에 게재된 한 논문과 함께, ‘눈덩이 지구’에 대한 새로운 해결책으로 대중 언론의 주목을 받기 시작했다.¹⁵

많은 도전들

특별히 백악기 말의 대량멸종을 일으킨 소행성 충돌에¹⁶ 회의적인 사람들이 갖고 있는 하나의 공통된 생각은 ‘우연은 인과 관계를 필요로 하지 않는다는 것’이다. 그러나 26.5억 년에서 11억 년에 이르는 한 지역적 지질학의 연대 추정들은, 야라부바 충돌(Yarrabubba impact)이 휴로니안 빙하기의 중단과 일치한다는 것을 보여준다 하더라도, 곤란하기는 마찬가지이다. 가능한 연대의 범위가 그렇게 넓다면, 연구자들에게 숫자를 강요하지 말라고 경고해야 한다. 그렇다 하더라도, 휴로니안 빙하기의 종료는 많은 논란이 되고 있고¹⁷, 그것이 동시에 일어났다는 것을 입증하기는 불가능하다.

야라부바 충돌이 휴로니안 빙하기의 끝과 실제로 일치하더라도, 그 충돌은 단지 휴로니안 빙하기의 4개 빙하기 중의 마지막인 막가니엔 빙하기(Makganyene Glaciation)와 관련이 있을 뿐이다. 만약 선행된 3개의 빙하기가 충돌 없이도 종료될 수 있었다면, 왜 4번째 빙하기를 종료하는데 한 충돌이 필요한가? 그렇다 하더라도 막가니엔 빙하기는 남아프리카에서만 발견되었기 때문에¹⁸ (중국에서도 약간의 가능성¹⁹), 4개의 빙하기 중 가장 보잘 것 없는 논쟁거리가 되고 있는 빙하기이다.¹⁸ 이 ‘빙하기’에 대해서는 알려진 것이 거의 없기 때문에, 세속적 지질학자들은 최소 22억 년 전이라는 연대를 추론해야만 했다. 이는 부정합으로 위에 놓여있는 빙력암(tillites)으로 주장되는 범람 현무암(flood basalts)의 방사성동위원소 연대측정에 근거한 것으로^3,20, 22억 년 보다 더 큰 연대도 허용한다. 연대가 알려지지 않은 두 사건이 동시에 발생했다는 것을 증명하는 일은 극히 어려운 일이다!

에릭슨 등이 논문에서 제시한 컴퓨터 시뮬레이션은 소행성 충돌에 대한 다양한 기후 반응들로서, 대부분은 최소한의 반응만을 가리켰다. 에릭슨 등의 낙관론과는 달리, 일부 과학자들은 충분한 얼음이 녹아 대기로 분출되는 것으로, 필요한 온실효과가 유발될 수 있었는지는 의심스럽다고 말하고 있다.¹⁵ 야라부바 충돌이 적절한 양의 액상의 물을 대기 중으로 유입시킬 수 있었다 하더라도, 성층권에 에어로졸 농도를 상승시키는 광범위한 분출물을 생성시켰을 것이다. 자체적으로 높은 반사율을 갖는 이 에어로졸들은 대기 중에서 빠르게 새로이 녹은 물에 대한 응결핵이 될 수 있었을 것이다. 왜냐하면 찬 공기는 이슬점에 도달하기 전에 물을 거의 보유할 수 없기 때문에, 새롭게 녹은 물은 응축되기 전에 ‘눈덩이 지구’ 기후의 차갑고 건조한 대기에서 오래 유지될 수 없었다. 이러한 결과에 의한 구름들은(기상학자들에게 대기 중 가장 영향력 있는 온도조절자의 일부로 알려져 있음) 태양빛을 반사하므로서, 온실효과를 감소시켜 상쇄시켰을 것이며, ‘희미한 젊은 태양 역설(faint young sun paradox, 젊은 태양은 희미했다는 문제)’에 기인해 태양 복사열은 더 낮았을 것이다.⁸ 이 요인들은 온실효과가 일어나도록 시작하는 대신에, 음성 피드백(negative feedback) 메커니즘을 야기시키고, 즉시 야라부바 충돌에 의해 유입된 모든 순 가열(net heating)을 곧 종료시켰을 것이다.

결론

빙하기의 발견 이후, 동일과정설 지질학은 이러한 특이한 현상을 이해시키기 위해 헛수고를 지속하고 있다. 주기적 빙하기(cyclic glaciations)는 동일과정설과 잘 일치될 수는 있지만, 반복적인 빙하기들은 단지 도전을 증폭시킬 뿐이다. 동일과정론자들은 다양한 어려움에도 불구하고, 그들이 적용하는 진단 기준에 내부적으로 일치시키기 위해, 전 지구적 빙하기를 추정할 수밖에 없었다. 아주 이상하게도, 세속적 지질학자들은 전 지구적 얼음의 범람을 쉽게 제안하고 있지만, 전 지구적 홍수에 대해서는 어떠한 제안도 극도로 혐오하고 있다!

‘눈덩이 지구’를 종료시킨 설득력있는 메커니즘의 부재는 납득이 안 되는 화산활동의 증가나 대기 중 온실가스의 미스터리한 유입과 같은 임시변통의 제안들을 낳고 있다. 에릭슨 등의 소행성 충돌도 비슷한 운명을 겪고 있다. 인과관계를 설명할 수 없을 뿐만 아니라, 그 충돌이 마지막 휴로니안 빙하기의 종료와 일치됐다는 것도 의심스럽다. 충돌은 빙하기를 종료시키기보다, 오히려 대기 중에 태양빛을 잘 반사하는 분출물과 에어로졸을 추가시키고, 높은 반사율(albedo)의 구름을 생성하여, 빙하기를 강화시킬 수 있다. 또한 에릭슨 등의 연구는 ‘희미한 젊은 태양 역설’에 기인한, 낮은 수준의(희미한) 태양빛 효과도 무시했다. 사실, 에릭슨 등은 수수께끼를 푸는 대신에, 단지 여러 번의 빙하기 패러다임을 의심케 하는 이유들을 강화시켰을 뿐이다. 동일과정설적 가정은 처음부터 잘못되었기 때문에, 일부 세속적 연구자들은 휴로니안 ‘눈덩이 지구’ 빙하기를 종료시켰던 설득력 있는 인과적 메커니즘을 계속 찾고 있는 것이다. 우리 행성에서 창세기 홍수의 영향을 무시하는 한, 세속적 연구자들에게 빙하기는 당황스러운 수수께끼로 남아있는 것이다.