지구의 기후는 일정하지 않습니다. 수만 년 주기로 추운 빙하기와 따뜻한 간빙기가 반복되어 왔습니다. 빙하기에는 거대한 얼음이 대륙을 뒤덮었고, 간빙기에는 얼음이 녹아 현재와 비슷한 기후가 되었습니다. 우리는 지금 간빙기에 살고 있으며, 마지막 빙하기는 약 1만 1700년 전에 끝났습니다. 당시 북아메리카와 유럽 북부는 두께 수 킬로미터의 얼음으로 덮여 있었고, 해수면은 현재보다 120미터 낮았습니다. 한반도와 일본은 육지로 연결되었고, 베링 해협도 육교가 되어 사람들이 아시아에서 아메리카로 건너갔습니다. 빙하기는 지구 역사에서 여러 번 있었습니다. 가장 극심했던 것은 약 7억 년 전 눈덩이 지구로, 적도까지 얼음이 뒤덮었습니다. 가장 최근 빙하기는 약 260만 년 전 시작된 제4기 빙하기로, 지금도 계속되고 있습니다. 다만 현재는 간빙기라서 따뜻한 것입니다. 빙하기와 간빙기가 반복되는 이유는 무엇일까요. 지구 궤도의 변화입니다. 세르비아 과학자 밀루틴 밀란코비치가 1920년대 제안한 이론으로, 지구 공전 궤도의 이심률, 자전축 기울기, 세차 운동이 수만 년 주기로 변하며 태양 복사량을 조절합니다. 이 변화가 빙하기를 일으키고 끝냅니다. 빙하기는 생명과 인류에 큰 영향을 미쳤습니다. 많은 종이 멸종하거나 이동했고, 인류는 빙하기 동안 진화하고 확산했습니다. 빙하기가 끝나며 농업이 시작되고 문명이 탄생했습니다. 이 글에서는 빙하기의 역사, 밀란코비치 주기, 빙하기의 영향, 그리고 미래를 상세히 알아보겠습니다.
빙하기의 역사
지구는 약 46억 년 역사에서 대부분 따뜻했습니다. 빙하기는 특별한 시기이며, 주로 다섯 번의 대빙하기가 있었습니다. 휴로니안 빙하기는 약 24억 년 전 일어났으며, 가장 오래된 빙하기 증거입니다. 당시 대기 산소가 증가하며 온실 효과가 약해져 빙하기가 왔을 가능성이 있습니다. 크리오제니안 빙하기는 약 7억 2000만~6억 3500만 년 전이며, 눈덩이 지구 시기입니다. 지구 전체가 얼음으로 덮였을 가능성이 있으며, 적도 바다도 얼었습니다. 어떻게 생명이 살아남았는지 수수께끼이지만, 화산 활동으로 이산화탄소가 축적되어 결국 녹았습니다. 이후 캄브리아기 폭발로 다세포 생물이 급증했으며, 빙하기가 진화를 촉진했을 수 있습니다. 안데스-사하라 빙하기는 약 4억 6000만~4억 3000만 년 전 오르도비스기-실루리아기에 일어났습니다. 남반구 곤드와나 대륙이 남극에 있어 얼음이 축적되었고, 해수면이 낮아져 많은 해양 생물이 멸종했습니다. 카루-페름 빙하기는 약 3억 6000만~2억 6000만 년 전 석탄기-페름기에 일어났습니다. 석탄기에는 거대한 숲이 이산화탄소를 흡수하여 온도가 낮아졌으며, 남극에 초대륙 판게아의 일부가 위치하여 빙하가 형성되었습니다. 제4기 빙하기는 약 260만 년 전 시작되어 현재까지 계속됩니다. 가장 최근이며 가장 잘 연구된 빙하기입니다. 빙하기와 간빙기가 약 10만 년 주기로 반복되며, 마지막 빙하 극대기는 약 2만 년 전이었습니다. 당시 북반구는 거대한 빙상으로 덮였고, 로렌타이드 빙상은 캐나다와 미국 북부를, 페노스칸디아 빙상은 스칸디나비아와 북유럽을 덮었습니다. 두께는 3~4킬로미터에 달했으며, 무게로 지각이 눌려 수백 미터 가라앉았습니다. 현재도 캐나다와 스칸디나비아는 빙하가 녹은 후 반등하며 융기 중입니다. 해수면은 현재보다 120미터 낮았으며, 대륙붕이 드러나 육지 면적이 넓어졌습니다. 동해는 호수가 되었고, 베링 해협은 베링기아라는 육교가 되어 동물과 인류가 건넜습니다. 약 1만 5000년 전부터 빙하가 녹기 시작하여, 1만 1700년 전 홀로세 간빙기가 시작되었습니다. 이것이 현재까지 이어지며, 인류 문명이 발달한 시기입니다.
밀란코비치 주기
빙하기와 간빙기가 반복되는 이유는 지구 궤도의 주기적 변화 때문입니다. 밀루틴 밀란코비치는 세 가지 천문학적 주기를 발견했습니다. 이심률 주기는 지구 궤도가 원에서 타원으로, 다시 원으로 변하는 것입니다. 주기는 약 10만 년과 41만 년입니다. 이심률이 클 때는 근일점과 원일점의 거리 차이가 커져 계절 차이가 극대화됩니다. 현재 이심률은 작아 거의 원형이지만, 점차 커지고 있습니다. 자전축 경사각 주기는 지구 자전축 기울기가 22.1도에서 24.5도 사이에서 변하는 것입니다. 주기는 약 4만 1000년입니다. 현재는 23.5도이며, 감소 중입니다. 경사각이 클수록 계절 차이가 심해지고, 작을수록 온화해집니다. 경사각이 작으면 여름이 시원하여 눈이 녹지 않고 쌓여 빙하가 성장합니다. 세차 운동 주기는 지구 자전축이 팽이처럼 흔들리는 것입니다. 주기는 약 2만 6000년이며, 자전축이 가리키는 방향이 바뀝니다. 현재는 북극성을 가리키지만, 1만 3000년 후에는 베가를 가리킬 것입니다. 세차 운동은 근일점과 계절의 관계를 바꿉니다. 현재 북반구는 겨울에 근일점에 있어 약간 따뜻하지만, 1만 년 후에는 여름에 근일점이 되어 더 뜨거워질 것입니다. 세 주기가 결합하여 여름 일사량을 변화시킵니다. 북반구 고위도 여름 일사량이 빙하기를 결정하는 핵심입니다. 여름이 시원하면 겨울 눈이 녹지 않고 쌓여 빙하가 성장합니다. 여름이 뜨거우면 눈이 녹아 빙하가 후퇴합니다. 밀란코비치 이론은 1976년 빙하 코어 분석으로 확인되었습니다. 남극과 그린란드 얼음을 시추하여 과거 기온과 이산화탄소를 측정했고, 10만 년, 4만 1000년, 2만 년 주기가 명확히 나타났습니다. 심해 퇴적물의 산소 동위원소 비율도 같은 주기를 보였습니다. 하지만 밀란코비치 주기만으로는 완전히 설명되지 않습니다. 일사량 변화는 작지만 빙하기는 극심합니다. 되먹임 효과가 증폭시킵니다. 얼음이 늘면 반사율이 높아져 더 많은 햇빛을 반사하고 더 추워집니다. 이산화탄소가 줄면 온실 효과가 약해져 더 추워지고, 얼음이 더 늘어납니다. 해류 변화도 영향을 줍니다. 빙하가 녹으며 담수가 대서양에 흘러들어 열염순환을 약화시키고, 유럽을 차갑게 만듭니다. 영거 드라이어스는 약 1만 2900년 전 급격한 한랭기로, 빙하가 녹다가 갑자기 다시 추워졌습니다. 빙하 호수의 담수가 대서양으로 대량 유입되어 열염순환이 멈췄기 때문입니다. 약 1000년 지속되다가 다시 따뜻해졌습니다.
빙하기의 영향과 미래
생명과 인류에 미친 영향
빙하기는 생명에 큰 영향을 미쳤습니다. 빙하가 확장하며 서식지가 사라지고, 많은 종이 멸종하거나 남쪽으로 이동했습니다. 매머드, 털코뿔소, 동굴곰, 검치호는 빙하기 동물들이었지만 대부분 멸종했습니다. 인류의 과도한 사냥과 기후 변화가 원인으로 추정됩니다. 반면 일부 종은 빙하기에 적응했습니다. 순록, 사향소, 북극여우는 추위에 강해 살아남았고, 인류도 빙하기 동안 진화했습니다. 호모 사피엔스는 약 30만 년 전 아프리카에서 출현했으며, 빙하기 동안 전 세계로 확산했습니다. 약 7만 년 전 아프리카를 떠나 중동, 유럽, 아시아로 퍼졌고, 약 1만 5000년 전 베링기아를 건너 아메리카에 도달했습니다. 빙하기의 낮은 해수면이 이동을 가능하게 했습니다. 네안데르탈인은 유럽과 서아시아에 살았으며 빙하기 환경에 잘 적응했습니다. 하지만 약 4만 년 전 멸종했고, 호모 사피엔스와의 경쟁과 기후 변화가 원인으로 여겨집니다. 빙하기가 끝나며 인류 문명이 시작되었습니다. 따뜻해지며 식물이 풍부해지고 동물이 늘어났습니다. 약 1만 2000년 전 비옥한 초승달 지대에서 농업이 시작되었고, 밀과 보리를 재배하며 정착 생활을 했습니다. 가축을 기르고 도시를 건설하며 문명이 발전했습니다. 만약 빙하기가 계속되었다면 인류는 여전히 수렵채집 생활을 했을 것입니다.
다음 빙하기
밀란코비치 주기로 보면 다음 빙하기는 수만 년 후 올 것입니다. 현재 간빙기는 약 1만 1700년 지속되었으며, 과거 간빙기는 1만~2만 년 지속되었습니다. 자연적으로는 앞으로 수천 년 더 따뜻하다가 천천히 추워질 것입니다. 하지만 인간 활동이 변수입니다. 화석 연료 연소로 이산화탄소가 급증하며 지구가 빠르게 따뜻해지고 있습니다. 현재 대기 이산화탄소는 420ppm으로 산업혁명 전 280ppm보다 50퍼센트 높습니다. 과거 80만 년간 최고치였으며, 300만 년 만에 처음입니다. 온실 효과가 강해져 빙하기가 지연되거나 오지 않을 수 있습니다. 2016년 연구는 인간이 배출한 이산화탄소가 다음 빙하기를 5만 년 이상 지연시킬 것이라 예측했습니다. 만약 배출이 계속되면 빙하기가 10만 년 이상 오지 않을 수도 있습니다. 아이러니하게도 지구 온난화가 빙하기를 막고 있습니다. 하지만 이것이 좋은 일은 아닙니다. 급격한 온난화는 해수면 상승, 극한 기후, 생태계 붕괴를 일으킵니다. 느린 자연 변화와 달리 빠른 인위적 변화에 생명이 적응하기 어렵습니다. 일부는 빙하기를 막기 위해 온난화가 필요하다고 주장하지만, 과학자들은 반박합니다. 자연 빙하기는 수만 년에 걸쳐 천천히 오지만, 온난화는 수십 년 만에 일어납니다. 속도가 문제이며, 생태계와 사회가 적응할 시간이 없습니다. 빙하 코어는 과거 기후를 보여줍니다. 남극 에픽카 프로젝트는 80만 년 기록을 담은 얼음을 시추했고, 유럽은 150만 년 된 얼음을 찾고 있습니다. 과거를 알면 미래를 예측할 수 있습니다. 빙하기는 지구 기후가 역동적임을 보여줍니다. 수만 년 주기로 극적으로 변하며, 생명은 적응하고 진화했습니다. 현재 인류는 지구 기후를 바꾸는 힘을 가졌고, 책임도 함께 갖게 되었습니다.