빙하기의 원인 (Causes of Ice Ages)

한 줄 정의: 지구가 태양 주위를 도는 궤도의 모양과 자전축의 기울기·방향이 수만 년 주기로 조금씩 바뀌면서 지구가 받는 햇빛의 양과 분포가 달라져 빙하기가 시작되고 끝난다는 밀란코비치 주기 이론입니다.

쉽게 풀면

지구는 완벽하게 똑같은 모양으로 태양 주위를 돌지 않습니다. 궤도가 원에 가까워졌다 타원에 가까워졌다 하는 변화(이심률, 약 10만 년 주기), 자전축이 기울어진 각도가 커졌다 작아졌다 하는 변화(자전축 기울기, 약 4만 년 주기), 그리고 팽이가 흔들리듯 자전축 방향 자체가 도는 변화(세차운동, 약 2만 6천 년 주기)가 겹쳐서 일어납니다. 이 세 가지가 어떻게 겹치느냐에 따라 북반구 고위도 지역이 여름에 받는 햇빛의 양이 줄어드는 시기가 오는데, 이때 여름에도 녹지 않은 눈이 계속 쌓이면서 빙하가 점점 확장해 빙하기가 시작된다는 것이 이 이론의 핵심입니다.

왜 중요한가

밀란코비치 주기는 지질학적 시간 규모의 기후 변화를 설명하는 핵심 이론이자, 과거 기후 기록으로부터 현재와 미래의 기후 변화를 이해하는 데 필요한 기준점을 제공하기 때문에 고기후학, 해양지질학, 기후모델링 연구 전반에서 중요하게 다뤄집니다. 인간이 일으키는 온실가스 증가로 인한 기후 변화와 자연적인 궤도 요인에 의한 기후 변화를 구분하는 데도 이 이론이 비교 기준으로 활용됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"해양 퇴적물 코어의 산소동위원소비 변동은 약 10만 년, 4만 년, 2만 3천 년 주기와 일치하여 밀란코비치 강제력이 제4기 빙하 순환의 주요 동인임을 뒷받침했다."

바다 밑 퇴적물에 기록된 과거 기후 변화의 주기가 지구 궤도 변화의 주기와 일치한다는 사실을 근거로, 궤도 변화가 빙하기를 일으키는 주요 원인이라는 주장을 뒷받침했다는 뜻입니다.

"남극 빙하코어의 이산화탄소 농도 기록은 밀란코비치 주기에 따른 일사량 변화와 밀접하게 동조하는 양상을 보였다."

남극 얼음 속에 갇혀 있던 과거 대기의 이산화탄소 농도가, 지구 궤도 변화로 달라지는 햇빛의 양 변화와 비슷한 주기로 함께 오르내렸다는 뜻입니다.

"기후모델 시뮬레이션은 궤도 강제력만으로는 관측된 빙하기-간빙기 진폭을 재현하지 못해 추가적인 되먹임 기작이 필요함을 시사하였다."

컴퓨터로 만든 기후 모형에 궤도 변화 요인만 넣었을 때는 실제 관측된 만큼 큰 기후 변동을 만들어내지 못해서, 다른 증폭 요인이 더 필요하다는 것을 보여주었다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

밀란코비치 주기의 세 요소(이심률, 자전축 기울기, 세차운동)는 각각 주기가 다르기 때문에, 퇴적물이나 빙하코어 기록에서 이 주기들이 겹쳐 나타나는지를 스펙트럼 분석으로 확인하는 것이 이론을 검증하는 대표적인 방법입니다. 다만 이심률 주기(10만 년)가 최근 수십만 년간의 빙하기 순환에서 특히 강하게 나타나는 이유는 이심률 자체가 일사량에 미치는 직접적인 영향이 크지 않음에도 불구하고, 빙하-이산화탄소-알베도 되먹임과 결합되면서 증폭되기 때문이라는 설명이 널리 받아들여지고 있습니다.

주의할 점

밀란코비치 주기는 지구가 받는 햇빛의 양과 분포를 바꾸는 "방아쇠" 역할을 할 뿐, 그 자체만으로는 빙하기의 크기를 다 설명하지 못합니다. 실제로는 이렇게 시작된 작은 변화가 빙하기와 간빙기의 반복 속에서 대기 중 이산화탄소 농도 변화나 빙하의 반사율(알베도) 변화 같은 되먹임 작용과 맞물려 크게 증폭됩니다.