Frozen in Time(제6장) 수많은 빙하기 이론들 - Michael J. Oard 글

Frozen in Time

Chapter 6 The Multiplication of Ice Age Theories

(수많은 빙하기 이론들)

 

출처: https://answersingenesis.org/environmental-science/ice-age/the-multiplication-of-ice-age-theories/

 

 

연구자들은 매머드를 둘러싼 신비를 설명하기 위해 많은 이론을 만들었지만, 빙하기의 원인에 대한 질문은 또다시 수많은 아이디어들을 만들어 냈다. 빙하기 이론은 크게 두 가지 그룹으로 나눌 수 있다. 한 그룹은 천체와 관련된 빙하기 이론(Extraterrestrial theories)이다. 우리 태양계나 은하계 은하에서 또는 태양에서 발생한 사건에 의해 빙하기가 시작되었다는 것이다. 이론의 두 번째 그룹은 지구적인 환경 변화에 의한 빙하기 이론(Terrestrial theories)이다. 이 그룹의 연구자들은 지구의 기후 환경이 복잡하게 바뀌었고 그로 인해 빙하기가 시작되었다고 제안한다.

 

 

Extraterrestrial theories(천체와 관련된 빙하기 이론들)

 

1800년대 중반이 되어서야 과학계가 마침내 빙하기가 실제로 일어났었다는 것을 받아들였다. 그 당시에 빙하기의 원인은 태양으로부터의 빛의 상실에 의한 것으로 추정되었다. 지구의 온도는 지구에 도달하는 햇빛의 양에 의해 제어된다. 햇빛의 차이로 인해 추운 북극 지방과 따뜻한 열대 지방이 생긴다. 이러한 온도 차이는 지구의 바람 체계와 태풍의 이동에 영향을 미친다. 이 이론은 태양의 힘이 어떻게든 감소 될 수 있다면, 고위도 지역의 기온이 내려가고 빙하기로 이어질 것이라는 견해를 가지고 있다.

 

그러나 과거에 태양 빛의 양이 바뀌었었는지는 알 수 없다. 그러한 변화를 관찰한 사람은 아무도 없었고, 어떤 아이디어가 과학적 이론으로 입증되기 위해서는 관찰이 필요하다. 흑점의 수에 따라 태양의 강도가 조금씩 변하는 것은 사실이지만 그 변화는 매우 작다. 모두가 알듯이, 태양은 지구 역사를 통틀어 거의 일정한 강도를 유지해 왔다. 기상 전문 용어에서 태양 출력의 가정된 신뢰도를 태양상수라고 말한다.

 

과거에 햇빛이 적었더라도 그것이 반드시 빙하기로 이어지지는 않았을 것이다. 기온이 추우면 수증기를 덜 담게 된다. 따라서 비나 눈이 증가하지 않고 감소 할 수 있다.

 

다른 과학자들은 태양계가 먼지 구름을 통과하며 이동하여 빙하기를 일으켰다고 제안했다. 그들은 이 먼지 구름이 은하수의 더러운 팔(a dirty arm of the Milky Way galaxy)이었을 것이라고 제안한다. 태양과 지구 사이의 먼지는 태양 광선 중 일부를 차단하여 얼음이 쌓이게 할 수 있다. 불행하게도, 이 이론은 증거가 부족하기도 하고 또한 빙하기를 만들기 위해 필요한 충분한 양의 눈을 제공하지 못한다.

 

 

Terrestrial theories(지구 환경에 의한 이론들)

 

오늘날 많은 과학자들은 이산화탄소가 많아지면 온실 효과를 가져 오기 때문에 대기 중에 이산화탄소가 축적되는 것에 대해 우려하고 있다. 대기 중 이산화탄소가 증가하면 지구에서 복사되는 적외선 양이 늘어나서 하부의 대기가 가열된다. 반대로, 과거에 이산화탄소가 적었을 때는 기후가 더 추웠을 것이다. 과학자들은 빙하기 동안에는 산업 혁명 초기에 비해 이산화탄소가 약 30% 가량 적었다고 믿고 있다. 이것은 그린랜드와 남극 빙상의 작은 기포에 갇힌 이산화탄소의 측정을 기반으로 한다.

 

기타 메탄과 같은 온실 가스는 이산화탄소보다 상당히 증가했지만 온실의 온난화에는 영향을 덜 미친다. 그런데 과학자들은 이 다른 온실 가스를 이산화탄소로 간주하는 것이 편리하기 때문에 이 다른 온실 가스를 동일한 양의 이산화탄소로 바꾸었다. 이러한 다른 온실 가스의 순 효과는 이산화탄소를 30% 더 증가시키는 것과 유사하다. 따라서 “온실” 가스는 산업 혁명 이후 60%가 증가했다. 그러나, 이것은 지구온도를 기껏해야 1°F(0.6°C)만큼만 상승시켰다. 온난화의 이 부분은 온실 가스의 증가에 기인한 것이 아니라 다른 원인으로 인한 것일 가능성이 있지만<1> 그냥 그렇다고 치자. 빙하기에 이산화탄소를 30% 줄이면 아마도 기온이 1도보다 작게 떨어지게 될 것이므로, 확실하게 빙하기가 시작되기에는 충분하지 않다.

 

한 지역의 추운 기후를 설명하는 데 조산운동(Mountain building)을 사용할 수 있다. 조산운동이 빙상(ice sheet)의 형성을 촉발 시켰을 가능성이 있다. 산을 오르면 온도가 낮아지는 것은 잘 알려져 있다. 또한 산들이 인접한 계곡보다 훨씬 더 많은 비와 눈을 받는다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 이론대로라면 땅이 더 높으면 온도가 더 낮아지고 강설량은 더 많을 것이다.

 

그러나 오늘날 북아메리카, 유럽 및 아시아의 산악 지대가 높지만 빙하가 거의 없으며 빙상이 덮여 있지 않다. 또 하나의 문제는 북아메리카 지역의 빙상이 캐나다 북동부의 낮은 지역에서 발생했다는 것이다. 또 다른 결함은 미국의 North Dakota 주에서 Maine 주까지의 고도가 그리 높지 않다는 것이다. 과거의 조산 운동이 빙하기를 야기했다는 가정은 전혀 도움이 되지 않는다. 게다가 높은 산들은 여전히 ​​우리와 함께 있으며 북아메리카, 유럽 및 아시아를 덮는 빙상이 없다.

 

또 하나의 독창적인 빙하기 이론은 북극해에서 바다 얼음이 녹으면 증발량이 증가하여 고위도에 필요한 수분을 제공한다는 이론이다. 눈과 얼음이 쌓이면 기후가 차가워지고 북극해가 다시 얼고 얼음이 쌓이게 된다. 주기가 계속 반복되었을 것이다. 이 이론은 지난 250만 년의 지질학적 시간에 과학자들이 주장한 많은 빙하기에 대한 설명을 제공한다<2>.

 

이 이론은 대부분의 이론에서 무시한 빙하기에 필수적인 수분에 초점을 맞추고 있다는 점에서 장점이 있다. 그러나 추가된 수분은 빙하기를 시작하기에 충분하지 않을 수 있다. 얼음이 없는 북극해에서의 증발이 증가하면 캐나다 북부와 유라시아에서 더 많은 눈이 내릴 것이다. 그러나 겨울 동안 물에서 대기로 전달되는 열은 여름 동안 대륙을 너무 따뜻하게 유지해서 눈과 얼음이 쌓이지 않을 수 있다. 이 이론은 빙하기에 요구되는 엄청난 여름의 냉각을 설명하지 못한다. 또한, 북극해 얼음이 어떻게 녹을 수 있는지, 혹은 최근에 그러한 일이 일어난 증거가 있는지에 대해 언급한 사람은 없다. 표준보기(the standard view)에서, 북극해의 얼음은 지질학적 시간으로 적어도 과거의 수백만 년 동안 녹지 않았다.

 

다른 이론은, 화산 먼지가 증가하여 상층 대기에 머물면서 햇빛을 차단하여 기온을 냉각시켜 빙하기를 일으킨다는 것이다(그림 6.1). 이 이론은 화산 먼지와 가스가 기온을 냉각시키기 때문에 장점이 있다. 문제는 각각의 빙하기가 10 만년을 지속한다는 것이다. 반면에 화산 먼지와 가스는 1 년에서 몇 년 사이에 성층권에서 떨어진다. 그런 긴 빙하기에 걸쳐 추운 여름 기온을 유지하려면 과도한 화산작용이 필요하다.

 

그림 6.1. 화산 먼지와 에어로졸은 햇빛을 우주로 반사시켜 땅을 냉각시킨다.

 

절망적인 이론 중 하나는 해저에 계류되어 있는 남극의 서쪽 빙상이 깊은 바다로 빠져 나간다는 것이다. 그것이 남쪽 바다에 떠다닐 때, 더 많은 햇빛이 우주로 되돌아가서 지구를 냉각시킨다. 그러나 남극 서쪽 빙상이 현재의 위치를 바꾸는 것은 이미 우주로 되돌아 간 햇빛의 양만큼 많은 변화를 가져올 수 없다. 더욱이 이 메커니즘에 의해 남반구에서 어떻게든 눈과 얼음이 증가했다면 북반구에는 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 북반구와 남반구는 일반적으로 서로 열이나 습기를 거의 교환하지 않고 독립적으로 작용한다.

 

대부분의 다른 이론이 틀렸다고 말하는 한가지 이론은 빙하기가 단순히 기후의 우연한 요동에 기인한다는 것이다. 단기간의 규모에서 작은 기후 변화가 발생하기 때문에 장기간에 걸쳐 큰 기후 변화가 일어난다고 추측한다. 이 주장은 복잡한 수학으로 뒷받침된다. 그러나 이 이론의 타당성은 심각한 질문을 야기한다. 일반적으로 빙하기에 대해 믿고 있는 바에 따르면, 10개의 빙하기가 10만년을 주기로 규칙적으로 강해지고 약해졌다. 이것은 우연의 규칙을 허용하지 않는다. 그 이론은 검증될 수 없기 때문에 과학 이론으로는 적합하지 않다.

 

 

Summary(요약)

 

과학자들은 이론의 공백을 싫어한다. 한 번의 빙하기조차도 그럴듯하게 설명할 수 있는 이론을 찾기가 어렵다. 그 어려움에 덧붙여, 지질학자들은 여러 번의 빙하기가 있었음을 일찌감치 확신하고 있었다. 그래서, 하나 이상의 빙하기를 설명할 수 있는 메커니즘을 필요로 했다. 많은 이론들 중에서 한 가지 특별한 이론이 최근 1970 년대 이래 대중화되었다. 그것은 빙하기의 천문학적 이론 또는 밀란코비치(Milankovitch)이론이라고 한다. 그것은 새로운 것이 아니다. 기상학자들은 이전에 그것을 한 번 이상 거부했었다(아래의 빙하기의 천문학적 이론 참조).

 

어떤 현상이 기존의 데이터로 설명 될 수 없는 경우, 이론들이 늘어난다. 1968년 Erik Eriksson은 기후 변화의 원인에 관한 책에서 빙하기의 원인에 관한 이론이 60​​가지가 넘는다고 집계했다. 많은 이론들이 장점이 있지만, 각각 치명적인 결함을 가지고 있다. 빙하기를 평생 공부 한 후에, J.K. Charlesworth<3>은 천문학적인 이론을 포함하여 이 모든 이론의 상태에 대해 다음과 같이 논평했다:

 

홍적세[빙하기] 현상에 대한 “상호 모순되고 명백하게 부적절하며 조금도 가능성이 없어 보이는” 이론들로 가득하다.

 

그것은 빙하기 이론에 대해서는 별로 말하지 않고 있다. Charlesworth는 본질적으로 이 모든 이론들이 거대한 실패라고 말하고 있다. 22년 후, 1979년 Brian John은 Charlesworth의 말을 회상하면서 상황이 개선되지 않았다고 말한다. 실제로, 그는 더 나쁘다고 말한다: “상황은 그때 이래로 더욱 혼란스러워졌다 ...”.<4>

 

 

The astronomical theory of the ice ages(빙하기의 천문학적 이론)

 

많은 사람들은 지구가 시계장치처럼 태양 주위를 돌며, 그 궤도는 절대 변화하지 않는다고 생각한다. 그러나 태양 주위를 도는 지구의 궤도가 조금 변하는 것을 발견했다. 그 경로는 원에서 타원이라고 하는 약간 평평한 원으로 변형되었다가 다시 원으로 돌아온다. 매 사이클마다 10 만년 정도 걸릴 것이다.

 

진화 과학자들은 이심률을 과거 수백만 년으로 외삽했다(그림 6.2 참조). 원 궤도에서 타원 궤도로의 차이를 이심률이라고 한다. 이심률 0는 원이다.

    

 그림 6.2. 지난 2백만 년 동안 가정된 지구 이심률의 변화. 단위는 천년<5>. (이 그림은 미국기상학회에서 가져온 것이다.)

 

지구의 궤도 자체가 태양 주위를 공전한다. 이것은 궤도가 타원 일 때 특히 두드러진다. 이러한 사이클은 시각화하기가 어렵다. 그것을 태양 주위의 타원형 경로로 생각하고, 그 경로가 태양 주위를 천천히 회전한다고 생각하라. 궤도 경로는 대략 22,000년마다 1회전을 하며 그것을 춘분점 세차(precession of the equinoxes)라고 한다. 지구의 현재 궤도에서 태양은 1월에 가장 가깝고 7월에 가장 멀다(그림 6.3). 약 11,000년 후에, 태양은 7월에 지구에 더 가까워지고 1월에는 가장 멀게 될 것이다.

 

그림 6.3. 지구 궤도의 이심률을 나타낸다(현상을 설명하기 위해 평평하게 했다). 계절은 북반구를 기준으로 한다.

 

많은 사람들은 태양에 대한 지구 궤도면에 대해 지축의 기울기 23.5도가 절대 변하지 않으며 그것이 계절을 일으킨다고 배워 왔다. 이 기울기가 계절을 초래한다는 것은 사실이다. 그러나 기울기는 시간이 지남에 따라 조금씩 변화한다. 그것은 22.1도에서 24.5도까지 그리고 다시 22.1도까지 앞뒤로 움직인다. 다른 힘이 없다고 가정 할 때 전체주기는 4 만년이 걸릴 것이다.

 

지구상의 달과 행성의 약간의 중력에 의한 끌어당김은 지구의 궤도의 이런 모든 주기적인 변화를 일으킨다. 그 변화는 작으며 지구상의 햇빛의 양에 상응하여 약간의 변화가 있다(그림 6.3). 3개의 궤도 변수 모두에 의한 일사량 변화는 그림 6.4와 같다. 과학자들은 지구의 궤도 기하학의 변화로 인한 여름 고위도의 햇빛 감소가 빙하기를 초래했을 것이라고 추정했다. 그와 반대로, 여름에 햇빛이 증가하면 빙상이 녹을 수 있다. 위의 햇빛량의 변화는 주기적인 과정이기 때문에 규칙적인 방식으로 반복되는 여러 빙하기를 설명하는 매력적인 개념이다.

 

그림 6.4. 과거 16만년과 미래 5만년으로 가정된 기간 동안 북반구와 남반구 여름의 상층 대기에서 받은 일별 태양 복사에너지의 순 변화량(랭를리 단위-1제곱센티미터당 1그램 칼로리), 마이너스 위도는 남반구를 의미한다. 시간의 단위는 천 년이다<9>.

 

James Croll은 1800 년대 후반에 천문학적 이론을 처음 제안했다. 그것은 과학자들이 단 한 번의 빙하기가 아니라 많은 빙하기를 믿도록 설득하는 데 도움을 주었다. 1880년대 후반의 이론에 따르면, 마지막 빙하기는 약 70,000년 전에 종료되었다. 이 종료시기가 사실이라는 것을 “입증”할 과학적 증거가 모아졌다. 그러나 천문학 이론은 세르비아의 기상학자 Milutin Milankovitch가 더 많은 세부 사항에 대해 더 세밀하게 연구한 1920년대와 1930년대까지는 잘 발달하지 못했다. 종종 천문학 이론이라고 불리는 개정된 밀란코비치(Milankovitch) 이론에 따르면, 빙하기는 약 1만 8천년 전에 정점에 이르렀다. 데이터는 다시 한번 이 시기가 빙하 시대 최대치임을 “입증”하도록 조정되었다. 밀란코비치(Milankovitch)가 이론을 정교히 가다듬은 직후, 주로 기상학자들로부터 비난이 쏟아지기 시작했다. 그것은 1950년대와 1960년대에 빠르게 폐기되었다.

 

과학의 역사에서는 버려진 이론이 다시 돌아오게 되는 것이 다소 일반적이다<6>. 이것은 밀란코비치 (Milankovitch) 이론에서 입증되었다. 해양 심층 퇴적물에 적용된 새로운 기술과 몇몇 저명한 과학자들의 끈기가 이 이론을 되살렸다. 해양 심층 퇴적물의 특성에 기초하여, 해양 학자들은 30개 이상의 서로 다른 빙하기가 규칙적으로 반복되었고, 각각은 간빙기라는 기간 동안 완전히 녹은 것으로 결론 내렸다. 어떤 이들은 심지어 빙하기의 신비를 해결했다고 생각했다<7>.

 

천문학 이론에 대한 대부분의 과학자들의 열의에도 불구하고, 그것은 심각하고 거의 치명적인 결함을 가지고 있다. 이론에 의해 가정된 고위도의 여름 햇빛의 변화는 빙하기를 생성하기에는 너무 작다. 고위도 지역에서 더워지는 것은 햇빛의 양에 부분적으로만 의존한다. 대기와 해류에 의한 북쪽으로의 열전달 또한 중요하지만, 이 이론의 지지자들에 의해 대부분 무시되고 있다. 열전달은 태양 광선의 감소로 인한 냉각 효과를 감소시킬 것이다. 열전달과 이미 감소된 일조량의 작은 영향 사이에서 냉각은 무시할 수 있다.

 

기상학자들은 이 이론의 약점을 오랫동안 알고 있었다. 그것은 그 이론의 더 이른 서거에 공헌했다. 유명한 천문학자인 Fred Hoyle<8>은 Milankovitch 이론에 대한 그의 감정을 다음과 같이 표현했다:

 

겨울철에 야간 저장 히터가 넉넉하게 공급되고 있는 실내로 단순히 아이스 큐브를 가져오는 것만으로 얼음 상태를 유도 할 수 있다고 주장한다면, 그 제안은 Milankovitch 이론 이상으로 있을 법하지 않을 것이다.

 

“야간 저장 히터”는 고위도에 열을 공급하는 다른 프로세스이며, 아이스 큐브는 천문학적인 이론으로 인해 생긴 약간의 냉각을 나타낸다.

 

해양 퇴적물의 자료에 따르면 10 만년 이심률 주기가 빙하기를 반복하는 가장 중요한 주기라고 한다. 그러나 이 특정주기는 3개의 궤도 변동 중 가장 작은 것이다. 그것은 고위도의 여름 햇살에 거의 변화를 일으키지 않는다. 과학자들은 크게 당혹스러워 하고 자기들의 이론을 돋구어줄만한 보조 메커니즘을 찾아다니고 있다.

 

또 다른 심각한 문제는 빙하기의 주기가 남반구와 북반구에서 같은 시기에 일어난다는 것이다. 그러나 춘분점의 세차운동에 의해 야기된 햇빛의 감소는 일반적으로 그림 6.4와 같이 반 구체 사이에서 번갈아 나타난다. 여름 동안 북반구의 햇빛 강도가 약간 낮으면, 남반구는 여름 햇빛의 강도가 증가한다. 두 반구는 일반적으로 기후학적으로 분리되어 있기 때문에, 가정된 빙하기와 간빙기가 동시에 일어나는 것에 대해 결코 답을 얻지 못했다.

 

천문학적 이론에 대한 수많은 과학적 반대가 있는 것을 보고 그것이 왜 그렇게 대중적인지를 물어볼 수 있다. 그것은 심해 코어의 겉으로 드러나는 통계적 일치가 대부분의 과학자들을 흔들어놨기 때문이라고 생각한다. 그러나 심해 코어의 성질을 천문학적 이론과 관련짓는 데에는 많은 문제가 있다.

정확한 연대가 필요하지만 연대 측정 방법이 정확하지 않다. 유감스럽게도 그 통계를 구성하는 숫자에는 높은 수준의 해석(고정관념 또는 신념)이 혼합된 것으로 보인다. 얼마나 많은 부분이 해석이고 얼마나 많은 부분이 사실인지 사람들은 결코 모른다. 그 이론이 인기가 있는 또 다른 이유는 최근의 빙하기와 같은 극적인 사건에 대한 설명이 요구되고 있으며, 그것이 약한 천문학적 이론 일지라도 아무 것도 없는 것보다는 낫다는 것이다.

 

 

참고문헌

 

1. Michaels, P.J., and R.C. Balling Jr., The satanic gases: Clearing the air about global warming, Cato Institute, Washington, DC, 2000.

2. Donn, W.L., and M. Ewing, The theory of an ice-free Arctic Ocean; in: The causes of climatic change, J.M. Mitchell Jr. (Ed.), Meteorological Monographs 8(30), American Meteorological Society, Boston, MA, p. 100–105, 1968.

3. Charlesworth, J.K., The Quaternary era, Edward Arnold, London, p. 1532, 1957.

4. John, B., Ice ages: A search for reasons; in: Winters of the world, B.S. John (Ed.), John Wiley & Sons, New York, p. 57, 1979.

5. Vernekar, A.D., Long-period global variations of incoming solar radiation, Meteorological Monographs 12(34), American Meteorological Society, Boston, MA, 1972.

6. Charlesworth, The Quaternary era, p. viii.

7. Imbrie, J., and K.P. Imbrie, Ice ages: Solving the mystery, Enslow Publishers, Short Hills, NJ, 1979.

8. Hoyle, F., Ice, the ultimate human catastrophe, Continuum, New York, p. 77, 1981.

9. Vernekar, A.D., Long-period global variations of incoming solar radiation, Meteorological Monographs 12(34), American Meteorological Society, Boston, MA, 1972.