MIT 연구원들은 판 구조론에 의해 형성된 점토 광물의 일종인 암모니아가 효과적으로 탄소를 격리하여 수천 년 동안 지구 기후에 영향을 미칠 수 있음을 발견했습니다. 그들의 발견은 현재 설사 치료에 자주 사용되는 몬모릴로나이트가 과거 빙하기를 촉발하는 데 중요한 역할을 했으며 미래의 기후 변화를 늦추는 잠재력을 제공한다는 것을 시사합니다.
스멕타이트라고 불리는 일종의 점토는 유기 탄소를 효과적으로 가두어 수백만 년에 걸쳐 지구 온난화를 완충하는 데 도움이 될 수 있습니다. MIT 지질학자들은 해저에 있는 스멕타이트라는 점토 광물이 수백만 년 동안 탄소를 격리하는 놀랍도록 강력한 능력을 가지고 있음을 발견했습니다. 현미경으로 보면 점토 알갱이가 아코디언의 접힌 부분과 비슷합니다. 이러한 접힘은 유기 탄소를 효율적으로 트랩하는 것으로 알려져 있습니다.
탄소 포집 점토의 구조적 기원
이제 MIT 연구팀은 탄소 포집 점토가 판 구조론의 산물임을 보여주었습니다. 해양 지각이 대륙 판에 압착될 때 암석이 표면으로 올라오며 시간이 지남에 따라 질질 점토를 포함한 광물이 풍화됩니다. 결국, 점토 퇴적물은 다시 바다로 가라앉고, 그곳의 광물은 죽은 유기체를 작은 주름 속에 가두게 됩니다. 이런 방식으로 유기 탄소는 미생물에 의해 소비되지 않고 이산화탄소로 대기 중으로 다시 방출됩니다.
수백만 년에 걸쳐 몬모릴로나이트는 전 세계적으로 영향을 미쳐 지구 전체를 냉각시키는 데 도움을 줄 것입니다. 일련의 분석을 통해 연구원들은 Emite 슬레이트가 지난 5억년 동안 여러 가지 주요 지각 변동 이후에 생성되었을 가능성이 있음을 발견했습니다. 각각의 지각 변동 동안 점토는 지구를 냉각시키고 후속 빙하기를 유발할 만큼 충분한 탄소를 가두었습니다.
이번 발견은 판 구조론이 탄소를 가두는 점토를 생성함으로써 빙하기를 촉발할 수 있다는 것을 처음으로 보여줍니다.
과학자들은 몬모릴로나이트가 계속해서 탄소를 격리하여 인간의 온난화에 대해 비록 느리기는 하지만 자연적으로 완충제를 제공할 수 있다고 믿습니다.
MIT 지구대기행성과학과 대학원생인 조슈아 머레이(Joshua Murray)는 “이런 소박한 점토 광물의 영향은 행성의 거주 가능성에 광범위한 영향을 미칩니다.”라고 말했습니다. "이 점토는 인간이 대기로 방출하는 탄소의 일부를 상쇄하기 위해 현대 응용 분야에 사용될 수도 있습니다."
Murray와 MIT 지질학 교수 Oliver Jagoz는 11월 30일 Nature Geoscience 저널에 그들의 연구 결과를 발표했습니다.
구조론과 기후 변화 사이의 연관성
새로운 연구는 팀의 이전 연구에 대한 후속 연구로, 지구의 대빙하기 각각이 열대 지역의 지각 변동에 의해 촉발되었을 가능성이 높다고 제안했습니다. 연구자들은 각 지각 사건으로 인해 오피올라이트라고 불리는 해양 암석이 대기에 노출된다는 사실을 발견했습니다. 그들이 제시한 아이디어는 열대 지방에서 지각 충돌이 발생했을 때 오피올라이트가 바람, 비, 화학 물질에 노출되는 등 특정 풍화 과정을 거쳐 암석이 점토를 포함한 다양한 광물로 변했다는 것입니다.
Murray는 “이러한 점토 광물은 어떤 종류를 생성하느냐에 따라 다양한 방식으로 기후에 영향을 미칩니다.”라고 설명했습니다.
당시에는 이러한 풍화로 인해 어떤 광물이 생성되었는지, 이러한 광물이 지구 냉각에 직접적으로 기여했는지 여부와 방법이 명확하지 않았습니다. 따라서 판구조론과 빙하작용 사이에 연관성이 있는 것처럼 보이지만 둘 사이의 정확한 유발 메커니즘은 여전히 의문으로 남아 있습니다.
새로운 연구에서 팀은 제안된 구조적 열대 풍화 과정이 지구 빙하기를 촉발하기에 충분한 양의 탄소 포집 광물을 생산할 수 있는지 확인하고 싶었습니다.
시뮬레이션 연구
팀은 지질학 문헌을 검토하고 시간이 지남에 따라 주요 마그마 광물이 어떻게 풍화되는지, 그리고 이러한 풍화가 생성할 수 있는 점토 광물의 유형에 대한 데이터를 수집하는 것으로 시작했습니다. 그런 다음 그들은 이러한 측정값을 지각 충돌로 인해 노출된 다양한 암석 유형의 풍화 시뮬레이션에 적용했습니다.
Jaguz는 "그런 다음 풍화 작용과 열대 환경의 영향으로 암석이 부서질 때 이러한 암석 유형에 어떤 일이 일어나는지, 그리고 결과적으로 어떤 광물이 형성되는지 조사했습니다."라고 말했습니다. 다음으로, 그들은 특정 광물이 유기 탄소(죽은 유기체의 찌꺼기 등) 또는 무기 탄소(대기 중 이산화탄소 형태)와 상호 작용할 때 가질 수 있는 영향을 이해하기 위해 풍화 작용의 각 "최종 생성물" 광물을 지구의 탄소 순환 시뮬레이션에 공급했습니다.
이러한 분석을 통해 하나의 광물, 즉 몬모릴로나이트의 존재와 영향이 분명해졌습니다. 이 점토는 열대 구조의 자연 풍화 산물일 뿐만 아니라 유기 탄소를 포집하는 데에도 매우 효과적입니다. 이론적으로 몬모릴로나이트는 지각 운동과 빙하 작용 사이의 확실한 연결고리인 것으로 보입니다.
하지만 처음 네 번의 빙하기를 촉발할 만큼 점토가 정말 충분했을까요? 이상적으로, 연구자들은 지구 냉각의 각 기간으로 거슬러 올라가는 고대 암석층에서 몬모릴로나이트를 발견함으로써 이를 확인해야 합니다.
"안타깝게도 점토가 다른 퇴적물에 묻힐 때 일부는 요리되어 직접 측정할 수 없습니다"라고 Murray는 말했습니다. "하지만 지문은 찾을 수 있어요."
연구팀은 몬모릴로나이트가 오피올라이트의 산물이기 때문에 이러한 해양 암석에는 고대 퇴적물에 보존되어 있었던 니켈, 크롬과 같은 특징적인 원소도 포함되어 있다는 이론을 세웠습니다. 과거에 이암이 존재했다면 니켈과 크롬도 존재해야 합니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해 팀은 지난 5억년 동안 퇴적된 수천 개의 해양 퇴적암 데이터베이스를 조사했습니다. 이 기간 동안 지구는 네 번의 빙하기를 경험했습니다. 연구자들은 각 빙하기 주변의 암석을 조사한 결과 니켈과 크롬 함량이 크게 증가한 것을 발견했으며, 이는 그 당시에 조장석도 존재했음이 틀림없다고 추론했습니다.
몬모릴로나이트의 중요한 장기 효과
그들은 이 점토 광물이 유기 탄소 보존을 10분의 1 미만으로 향상시킬 수 있다고 추정합니다. 절대적으로 보면 이는 무시할 수 있는 숫자이다. 그러나 수백만 년에 걸쳐 그들은 점토가 네 가지 주요 빙하기를 촉발할 만큼 충분한 탄소를 축적하고 격리했다고 계산했습니다.
Jaguz는 "우리가 발견한 것은 실제로 기후에 큰 영향을 미치기 위해 이러한 물질이 많이 필요하지 않다는 것입니다"라고 말했습니다. "이 점토는 인간이 개입하기 전인 지난 300만~500만 년 동안 지구 냉각의 일부를 담당했을 수도 있습니다. 인간이 없었다면 이 점토는 기후에 영향을 미쳤을 수도 있습니다. 이는 매우 느리게 일어났을 뿐입니다."
"Jagoz와 Murray의 연구는 지구 탄소 순환의 모든 생물학적, 물리적 구성 요소를 고려하는 것이 얼마나 중요한지를 보여주는 훌륭한 예입니다."라고 이번 연구에 참여하지 않은 Penn State의 지구과학 교수인 Lee Kump는 말했습니다. "이러한 모든 구성 요소 사이의 피드백은 대기 중 이산화탄소 수준의 연간 상승 및 하강부터 얼음 창고에서 온실까지 수백만 년의 변동에 이르기까지 모든 시간 규모에서 대기 온실 가스 농도를 제어합니다."
잠재적인 응용 및 향후 연구
전 세계 탄소 배출을 더욱 줄이기 위해 연암을 의식적으로 활용할 수 있을까요? Murray는 예를 들어 영구 동토층 지역과 같은 탄소 저장고를 안정화시키는 데 몇 가지 잠재력을 보고 있습니다. 기온 상승으로 인해 영구 동토층이 녹아 오랫동안 묻혀 있던 유기 탄소가 노출될 것으로 예상됩니다. 점토를 이러한 지역에 사용할 수 있다면 노출된 탄소가 대기로 빠져나가 더 따뜻해지는 것을 방지할 수 있을 것입니다.
Jaguz는 "자연이 어떻게 작동하는지 이해하려면 광물과 곡물의 측면에서 이해해야 합니다."라고 말했습니다. "이것이 바로 우리가 이번 기후 재난에 대한 해결책을 찾는 방법입니다. 이러한 자연 과정을 연구하면 정말 유용한 것을 찾을 가능성이 높습니다."
참고문헌 Joshua Murray와 Oliver Jagoutz는 2023년 11월 30일 Nature Geoscience 저널에 "유기 탄소 보존 오피올라이트 풍화에 의한 고생대 냉각 조절"이라는 제목의 기사를 게재했습니다.
DOI:10.1038/s41561-023-01342-9
컴파일된 소스: ScitechDaily