기온이 인류 생존의 승패를 전적으로 결정한다

2억5200만년 전 페름기 화산 활동으로 온실가스 배출 해수면 온도 40도까지 오르며 해양 속 산소, 80%가량 유출 4%를 제외하고 생물 ‘대멸종’ 고위도 생물일수록 적응 못해

약 2억5200만년 전인 고생대 페름기 말기, 지구상의 초대륙 판게아에서는 화산활동과 지진활동이 극심하게 일어났다. 현재의 시베리아에 해당하는 지역 화산에서 나온 온실가스가 지구 평균기온을 상승시켰다. 약 100만년 동안 지속된 분화를 통해 100만~400만㎦에 달하는 용암이 지상에 흘러나왔다. 해수면 온도는 약 40도, 대기 중의 온도는 약 50~60도까지 치솟았다. 과학자들은 이 시기를 지구 역사상 가장 더웠던 때로 추정한다.

판게아란 대륙 이동설에서 현재의 대륙들이 아직 분화되기 전, 하나의 커다란 대륙을 이루고 있을 때의 이름이다. 독일의 지구물리학자인 알프레트 베게너가 붙인 이름이다.

기온이 올라가고, 온실가스 농도가 늘어남에 따라 산소 농도가 낮아졌다. 모든 생명체에게 생명활동을 유지하기 위해 필수적인 요소인 산소가 부족해지자 고생대 바다의 주역이었던 삼엽충, 산호, 방추충 등은 완전히 멸종했다. 지상에서는 많은 곤충류와 파충류들이 사라져버렸다. 바다와 해양의 식물들도 대부분 멸종을 피하지 못했다. 전체 생물종 가운데 화산활동으로 인한 극심한 기후변화를 견뎌내고 후손을 남긴 종은 단 4%. 96%의 생물종은 페름기 말기의 대멸종 때 지구상에서 완전히 사라져버렸다. 대멸종으로 인해 지구는 사실상 텅 빈 상태가 되었고, 새로운 종의 진화도 장기간 발생하지 않았다. 이른바 새로운 종이 나타나지 않는 ‘생명의 사각지대(Dead Zone)’가 약 500만년 동안이나 이어진 것이다.

학계에서는 페름기 말기의 대량멸종은 지구에서 생명체가 태어나 진화하는 과정에서 발생한 5번의 멸종 가운데서도 가장 극심한 피해를 입힌 것으로 보고 있다. 지구 사상 최대의 멸종 사건이라는 의미에서 ‘대멸종(Great dying)’이라고 부르기도 한다.

약 3억년 전부터 2억5200만년 전까지 이어진 페름기는 선캄브리아대, 고생대, 중생대, 신생대로 이어지는 지질시대 가운데 고생대의 마지막 시기로 이첩기(二疊紀)라고도 부른다. 바다에는 삼엽충, 산호, 원생동물인 방추충이 번성했고, 지상에는 양치식물과 원시 파충류들이 먹이사슬을 이뤘던 시기로 추정된다. 원생동물은 짚신벌레처럼 스스로 운동할 수 있는 단세포동물을 말한다. 진화의 단계에서 가장 초창기의 동물로 추정된다.

페름기가 끝나고 이어지는 시기가 공룡이 번성하기 시작한 중생대의 첫 시기인 트라이아스기(삼첩기·三疊紀)이다. 대멸종 시기에 살아남았던 원시 파충류들이 공룡으로 진화하면서 중생대의 주역이 될 기회를 잡게 됐다. 중생대 내내 공룡들을 피해다니기에 급급했던 포유류의 조상이 중생대 말 공룡들의 멸종 이후 신생대의 주역으로 떠오른 것과 비슷한 과정인 셈이다.

지구 사상 최악의 멸종 사태가 일어난 페름기의 대멸종에 대해 학계에서는 대체로 화산활동과 기온 상승, 산소 부족 등이 원인이 됐다는 데 의견이 일치한다. 다른 의견이 있다면 소행성의 지구 충돌이 멸종을 가속화시켰다는 주장 정도다.

그러나 당시 화산활동으로 인한 극심한 기후변화가 지역별로, 생물종별로 어떤 영향을 미쳤는지에 대한 연구는 아직까지 이뤄지지 않은 상태였다. 미국 워싱턴대 해양학과와 스탠퍼드대 연구진은 7일 국제학술지 사이언스에 페름기의 대멸종에서 주된 원인은 산소 부족 현상이었으며 고위도 지방의 생물들일수록 치명적인 영향을 받았다는 연구 결과를 발표했다. 연구진은 고생대 당시 판게아를 모사한 지구기후시스템 모델과 현재 생존해 있는 생물종들의 신진대사 모델 등을 통해 지구온난화와 저산소 현상이 생물들에게 미치는 영향을 분석했다.

시뮬레이션 결과 시베리아의 화산 분출 직전 지구 기온과 산소 농도는 현재와 비슷했지만 분출 이후 평균 해수면 온도는 10도 이상 치솟았다. 이로 인해 해양에 간직돼 있던 산소가 80%가량 유출돼 버렸다. 연구진에 따르면 당시 지구의 적도 부근 열대 지역에 살았던 해양동물들은 고위도 지역의 동물들에 비해 산소 농도가 낮아진 환경에 적응하는 것이 비교적 수월했다. 물은 온도가 올라갈수록 산소의 양이 줄어드는데 열대 지역에 서식했던 동물들은 기후변화 전에도 수온이 높고, 산소 농도가 낮은 환경에 적응한 상태였기 때문이다.

이에 비해 수온이 낮고, 산소 농도가 충분한 고위도 지역에 살던 동물들은 급변하는 환경에 적응하기가 어려웠다. 수온이 높아지면 해양동물의 신진대사가 활발해지고, 필요한 산소량도 늘어나기 때문에 고위도 지역의 동물들은 멸종을 피할 길이 없었을 것으로 추정된다.

연구진은 또 갑각류, 어류, 패류, 산호, 상어 등 현존하는 61종의 해양생물이 수온과 산소 농도에 얼마나 민감하게 반응하는지도 분석했다. 워싱턴대 해양학과 커티스 도이치 부교수는 수온과 산소 농도가 크게 변화했을 때 이들 생물의 반응에 대해 “원래 서식지에 그대로 서식할 수 있는 생물들은 거의 없었고, 대부분은 다른 지역으로 이동하거나 죽음을 맞았다”고 설명했다.

‘인류세’(人類世)라는 지금 페름기 말기 기후 상황과 비슷 동물 멸종 속도, 추정보다 빨라 “이대로라면 2300년 해수 온도 페름기 말기 상승분의 50% 수준”

문제는 페름기의 대멸종 때와 유사한 현상이 현재도 일어나고 있다는 점이다. 연구진은 특히 대기 중 온실가스가 증가한 페름기 말기의 기후 상황이 현재와 매우 비슷하다는 점에서 우려를 표했다. 해수 온도 변화가 대멸종의 방아쇠가 된 저산소 현상을 일으킨 것처럼 현재의 온실가스 증가와 해양 온도 상승이 6번째의 대멸종을 불러일으킬 수 있다는 얘기다.

학계에서는 이미 지구의 지질시대가 홀로세를 지나 인류세(人類世·anthropocene)에 접어들었으며 인류 때문에 대멸종이 진행 중이라는 주장을 제기하는 학자들도 있다. 인류세란 1995년 노벨 화학상을 수상한 대기화학자 파울 크뤼천이 2000년 제안한 개념이다. 자연계에 존재하지 않았던 플라스틱, 핵실험의 흔적, 대량생산·소비된 뒤 버려진 닭뼈 등이 인류세의 대표적인 지질학적 특징이 될 것이라는 내용을 담고 있다. 인류세는 학계에서 공인된 개념이 아니지만 생물종 멸종의 속도가 인류에 의해 가속화되고 있다는 것은 여러 연구 결과들에서 이미 정설로 받아들여지고 있다.

멕시코 국립자치대와 미국 스탠퍼드대 공동연구진은 지난해 7월 미국국립과학원회보(PNAS)에 기존에 학계에서 추정했던 것보다 동물의 멸종 속도가 훨씬 빠르다는 논문을 발표했다. 지금까지 알려져 있는 척추동물의 절반가량에 해당하는 약 2만7600종에 대한 국제자연보전연맹(IUCN)의 자료를 분석한 결과 3분의 1가량의 동물종에서 개체 수가 최고 절반까지 줄어들었다는 내용이었다. 1900~2015년 육식 포유류 177종은 개체 수가 80%가량 감소했다. 멸종위기종으로 분류돼 있지 않은 종에서도 개체 수 감소는 우려할 만한 수준이었다. 다른 연구들에서는 16세기 이후 척추동물 320종이 멸종했으며, 척추동물의 멸종 속도가 앞으로 100배 이상 빨라질 것이라는 비관적인 예측도 나온 바 있다.

이번 논문의 제1저자인 워싱턴대 해양학과 박사과정생 저스틴 펜은 “현재의 온실가스 배출 시나리오에서 2100년쯤 해수 온도는 페름기 말기에 상승했던 수준의 20% 정도 오를 것이고, 2300년에는 페름기 말기 상승분의 35~50% 수준에 달할 것”이라고 내다봤다. 그는 “이번 연구는 인류로 인한 기후변화로 페름기 말기의 대멸종과 같은 메커니즘의 대멸종이 일어날 수 있다는 점을 보여준다”고 지적했다.