11억년 후에는 지구 대기 중 산소가 거의 고갈된다?

(An artist's interpretation of the atmosphere of Archean Earth, prior to 2.4 billion years ago. A new study suggests it may return to this oxygen-poor, methane-rich atmosphere in about 1 billion years' time. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Francis Reddy)

지구 대기 중 산소가 지금처럼 많아진 것은 비교적 최근의 일입니다. 대략 24.5억년 전 일어난 대산소화 사건(Great Oxygenation Event) 이전까지는 지구 대기에 산소 농도가 매우 희박했으나 이 시기 이후 상당한 수준으로 증가해 진핵생물의 진화를 도운 것으로 생각됩니다. 그리고 산소의 농도가 이후 증감을 반복하다 캄브리아기 이후 상당히 증가해 다세포 동물의 폭발적인 진화를 촉진한 것으로 생각됩니다.

하지만 시작이 있다면 끝도 있는 것이 세상의 이치입니다. 과학자들은 지구 대기 중 산소가 지금처럼 20%대를 계속해서 유지하는 것이 아니라 결국 어느 순간에는 낮아져 다세포 생물이 살아가기에 적합하지 않은 환경이 될 것으로 예상하고 있습니다. 태양 에너지가 점진적으로 강해지고 있어 어느 시기가 되면 지구 대기 역시 바뀔 수밖에 없기 때문입니다.

조지아 공대와 토호 대학(Georgia Tech and Toho University)의 연구팀은 지구 대기 중 산소가 고갈되는 시점을 예측하는 모델을 만들었습니다. 연구팀의 시뮬레이션에 따르면 지금으로부터 11억년 후에는 지구 대기중 산소 농도가 1% 이하로 떨어져 사실상 무산소 환경이 됩니다. 가장 중요한 이유는 역시 태양입니다.

태양이 나이가 들면서 점점 뜨거워지고 방출하는 에너지가 많아지면 대기 중 이산화탄소가 자연적으로 분해되고 식물의 성장이 어려워집니다. 결과적으로 식물 광합성에 의한 산소 생성이 멈추면서 산소 공급이 사라지게 됩니다. 대기 중 산소는 지구의 토양 및 암석과 반응해 점차 소모되지만, 공급은 줄어들기 때문에 결국 산소가 고갈되는 것입니다.

물론 우리는 그렇게 먼 미래까지 생존할 수 없기 때문에 우리의 삶에 영향을 미치는 연구는 아니라고 할 수 있지만, 외계 생명체와 지적 문명을 탐사하는 과학자들에게는 흥미로운 연구입니다. 제 2의 지구라고 할 수 있는 행성이라도 사실 전체 수명의 20-30% 정도의 기간 동안만 검출이 가능한 상당량의 산소가 존재하고 나머지 기간은 산소가 매우 부족한 상태일 것입니다. 이는 외계 행성에서 생명체의 존재를 찾는 과학자들에게 시사하는 바가 큰 사실입니다.

참고

https://newatlas.com/environment/earth-atmosphere-oxygen-life-expectancy/

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00693-5

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