(Illustration showing carbon transformations between Earth’s exosphere (atmosphere, ocean, and biosphere) and interior (lithosphere, mantle, and core), regulated by subduction zones. Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2534056123)
지구는 초기에는 지금처럼 산소가 풍부한 행성이 아니었습니다. 오히려 초반 20억 년 이상 대기중 산소가 거의 없는 무산소 환경이었습니다. 지구 대기 중 산소가 의미 있게 높아진 것은 20-24억 년 전 대산소화 사건 (GOE) 이후입니다. 하지만 당시에도 산소 농도는 지금 정도로 높진 않았습니다.
지구 산소 농도는 대산소화 사건(GOE) 이후 지루한 10억 년이라는 정체기를 지나 약 8억 년 전부터 5억 4천만 년 전까지 지속된 신원생대 산소화 사건(NOE), 4억 5천만 년 전부터 2억 5천만 년 전까지 고생대 산소화 사건(POE)을 거쳐 지금처럼 높아졌습니다. 하지만 왜 3단계에 걸쳐 농도가 상승했는지는 아직 정확히 모릅니다.
중국 청두 공대의 웨이 쉬 (Wei Shi)와 동료들은 지각판이 가라앉는 방식인 섭입 (subduction) 양식의 변화가 그 원인일 수 있다는 연구 결과를 미국 국립과학원회보 (PNAS)에 발표했습니다.
연구팀은 차가운 해양판이 지구 맨틀 속으로 가라앉는 지각 변동 과정인 저온 섭입 (cool subduction) 증가가 유기 탄소와 황철석이 지구 맨틀로 가라앉는 것을 촉진했을 가능성이 높다고 주장했습니다. 탄소와 황철석은 산소와 쉽게 반응하기 때문에, 이들이 환원되면 궁극적으로 산소 흡수원이 줄어들게 됩니다. 이는 대기 중 산소 농도 증가로 이어졌습니다.
실제로 해양 지각 섭입 양식의 변화가 산소 수준에 영향을 미쳤는지 평가하기 위해 연구팀은 지난 40억 년 동안 전 세계에 분포된 암석을 사용하여 온도와 압력의 변성 비율 시계열을 구축했습니다. 그 결과 저온 섭입의 결과가 시기적으로 GOE, NOE 및 POE와 대체로 일치한다는 점을 발견했습니다.
물론 이 연구는 광합성 생물의 증가, 조류에서 관다발식물로의 주요 1차 생산자 교체, 해저 화산 활동의 급격한 감소, 그리고 상부 맨틀의 산화와 같은 요인들이 산소 농도에 미치는 영향을 부정하지 않습니다. 다만 지구가 3단계에 걸쳐 산소 농도가 상승하고 지금처럼 산소가 많은 행성이 된 이유를 좀 더 보강해서 설명하고 있습니다.
우리가 쉽게 생각하지 못했던 지구 지각과 해양 지각의 섭입의 효과인 셈입니다.
참고
https://phys.org/news/2026-05-earth-oxygen-rich-atmosphere-owe.html#google_vignette
Wei Shi et al, Subduction modulated the long-term oxygenation of Earth's surface, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2534056123
댓글
댓글 쓰기