(O2 build-up in the Earth's atmosphere. Red and green lines represent the range of the estimates while time is measured in billions of years ago (Ga). Stage 1 (3.85–2.45 Ga): Practically no O2 in the atmosphere. Stage 2 (2.45–1.85 Ga): O2 produced, but absorbed in oceans and seabed rock. Stage 3 (1.85–0.85 Ga): O2 starts to gas out of the oceans, but is absorbed by land surfaces and formation of ozone layer. Stages 4 and 5 (0.85 Ga–present): O2 sinks filled, the gas accumulates)
현재 대기 중 산소 농도는 20.8% 입니다. 하지만 과학자들은 대기 중 산소 농도가 역사적으로 다양하게 변해왔다는 사실을 알고 있습니다. 지구 초기에는 대기 중 산소 수준이 매우 낮고 이산화탄소 농도가 높았는데, 덕분에 지금보다 태양이 훨씬 어두웠지만, 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 만큼 지구가 따뜻했습니다.
지구 산소 농도가 크게 증가한 것은 지구 역사에는 비교적 최근의 일이라고 생각되고 있습니다. 캄브리아기와 그 직전에 다양한 다세포 생물이 등장하게 된 것은 이렇게 산소 농도가 올라간 것과 연관이 있어 보입니다. 지구 대기 중 산소 농도는 이후 15-35%사이에서 변동을 거듭했습니다. 일부 과학자들은 석탄기에는 지구 대기 중 산소 농도가 35%에 이르렀다고 생각하고 있습니다.
최근 프린스턴 대학의 과학자들은 그린란드의 빙핵(ice core) 분석 결과를 이용해서 지구 대기 중 산소 농도가 지난 80만년 동안 0.7%정도 감소한 것으로 보인다는 내용을 저널 사이언스에 발표했습니다.
대기 중 산소는 광합성을 통해 이산화탄소에서 생성됩니다. 이 산소를 다시 생물체가 호흡하면 이산화탄소로 바뀌게 되는 것입니다. 하지만 사실 지구 대기에서 산소 순환은 더 복잡합니다. 산소는 지구 지각에 대단히 풍부한 분자이기 때문입니다. 동시에 물을 분해하면 쉽게 생성될 수 있는 원자이기도 합니다. 따라서 대기 중 산소 농도는 지각으로 흡수되는 양과 방출되는 양이 균형을 맞춰야 유지됩니다.
연구팀은 지난 80만년간 최대 2%정도 흡수되는 양이 많았던 것 같다고 보고 있습니다. 물론 이런 경향이 앞으로 지속될지 여부는 알기 어렵지만 지구 대기의 산소 농도가 항상 일정하지 않다는 사실을 보여주기에는 충분한 것 같습니다.
우리는 종종 우리가 사는 지구 환경이 항상 일정하다는 착각에 빠져 살지만, 이것은 우리의 수명이 매우 짧기 때문입니다. 지구의 환경은 전체 시대를 통해서 매우 역동적으로 변해왔고 지금도 변하고 있습니다. 앞으로도 지구 환경은 계속 변하게 될 것입니다.
참고
D. A. Stolper et al. A Pleistocene ice core record of atmospheric O2 concentrations, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5445
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