안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
오랫 동안 쌓인 극지방의 얼음은 과거 지구의 대기 환경을 알 수 있는 증거입니다. 빙하 코어 연구는 얼음 결정의 산소 동위 원소 비율로 당시의 기온을 알아내고, 얼음 속 미세 기포를 통해 당시의 대기 성분을 직접 추출하여 복원합니다.
자연계의 산소는 대부분 가벼운 산소(질량 16) 이지만, 약 0.2%는 중성자가 2개 더 많아 무거운 산소(질량 18)로 존재합니다. 해수면에서 물이 증발할 때 가벼운 물 분자가 무거운 물 분자보다 더 쉽게 기체로 증발하기 때문에 수증기가 바람을 타고 적도에서 극지방으로 이동하는 동안, 무거운 수증기가 비나 눈이 되어 먼 저 중도에 먼저 내리는 성질이 있습니다.
따뜻한 기후는 지구 대기 온도가 높으면 에너지가 충분하여, 무거운 수증기가 도중에 다 떨어지지 않고 극지방까지 많이 이동해 눈으로 내립니다. 따라서 극지방 빙하 속 무거운 산소 비율이 높아집니다. 반대로, 추운 기후는 대기 온도가 낮으면 무거운 수증기가 극지방에 도달하기 전에 중간 위도에서 대부분 응결되어 떨어집니다. 극지방에는 가벼운 수증기 위주로 내리므로 극지방 빙하 속 무거운 산소의 비율이 낮아집니다. 눈이 계속 쌓여 밑에 깔린 눈이 압력을 받아 굳어질 때, 눈 입자 사이사이에 있던 당시 대기가 밀폐되어 미세한 공기 방울로 갇힙니다.
이처럼 빙하 코어를 분석하면 과거 수십만 년 동안 온실가스 농도가 높아질 때 산소 동위 원소 비율이 올라가며 지구 기온이 상승했다는 상호 연결 고리를 명확하게 증명할 수 있습니다.