据最新一期《科学》杂志发表的研究显示，科学家们终于解开了为何南极洲在约3400万年前就已披上厚重冰层，而北极却在漫长岁月中保持无冰状态的科学谜团。研究指出，在北半球被广袤冰川覆盖的数百万年前，地球内部的地质力量就已将东南极洲抬升为连绵的山脉和高原。这种极高的地势使得该地区即使在全球气温比现在高出约5摄氏度的温暖时期，依然能够将降雪积存下来。
이러한 지질학적 변화 과정은 고대로 거슬러 올라갑니다. 쥐라기 시대(약 2억100만~1억4300만년 전)에는 고대 초대륙 곤드와나(Gondwana)가 점차 갈라지면서 남극 대륙과 아프리카가 분리되기 시작했다. 이러한 판의 분리는 지각 아래에서 뜨겁고 천천히 흐르는 맨틀 암석을 교란시켜 대륙의 깊은 뿌리에서 물질을 점차적으로 벗겨내는 맨틀 파동을 촉발합니다. 이 무거운 물질이 가라앉으면서 표면이 솟아올라 동남극의 고도가 수천만 년에 걸쳐 높아졌고, 결국 1~3km의 얼음으로 뒤덮인 오늘날의 감부르제프 산맥과 광대한 내부 고원, 가파른 해안 절벽이 형성되었습니다.
이번 연구의 주 저자이자 영국 사우샘프턴 대학의 지구과학 교수인 토마스 거논(Thomas Gernon)은 남극 대륙의 표면이 점차 임계 높이까지 올라갔고 빙하가 이곳에 영구적인 발판을 마련할 수 있게 되었다고 설명했습니다. 연구팀은 지각판 붕괴, 맨틀 변화, 표면 침식, 산악 성장 등의 변수를 포함하는 컴퓨터 모델을 구축함으로써 1억년 이상 지속된 지형 진화 과정을 재현했습니다. 모델에 따르면 약 4,500만 년 전에 남극 동부의 넓은 지역이 약 2km 고도의 임계점을 통과했습니다. 빙하 형성에는 지형이 중요하기 때문에(기온은 해발 100m마다 최대 1도씩 떨어진다), 이 높이는 고산 빙하가 여름을 견디고 해마다 성장하며 결국 하나가 되기에 충분하다. 약 3,400만 년 전 남극 대륙이 대규모 빙하작용을 시작했을 때 Gamburzew 산맥 봉우리의 거의 절반은 높이가 2km 이상이었습니다.
이 연구는 또한 북극과 남극 사이의 얼음이 없는 시간의 엄청난 차이를 완벽하게 설명합니다. 대기 중 이산화탄소와 같은 온실가스 농도가 감소하기 때문에 지구의 극은 대칭적인 냉각 반응을 생성해야 합니다. 그러나 남극 대륙은 지질 운동이 가져온 고도 이점에 의존하여 큰 진전을 이루었습니다. 빙상이 계속 확장됨에 따라 빙상의 밝은 표면은 더 많은 햇빛을 우주로 반사합니다. 이는 "얼음과 눈 알베도"로 알려진 효과로 지구 온도를 약 섭씨 1도 정도 더 낮춥니다. 동시에 냉각 과정은 대기를 더 건조하게 만들고, 수분 감소로 인해 대기 단열의 온실 효과가 약화됩니다. 이러한 피드백 메커니즘은 함께 작동하여 남극 빙상이 산에서 대륙 전체 가장자리로 퍼질 수 있도록 합니다. 대조적으로, 동일한 대규모 고지대 지형이 없기 때문에 남극의 대변화보다 거의 3천만년 늦은 약 500만년 전까지 북반구에서는 대규모 빙상이 형성되기 시작하지 않았습니다.
연구팀은 이번 발견이 중요한 사실을 보여준다고 지적했다. 빙하 시대의 시작은 단지 대기 환경의 변화에 의해서만 결정되는 것은 아니라는 점이다. 지구 내부의 심층 구조 활동은 대륙 지형을 재형성하고 기후 전환점을 결정하는 데에도 결정적인 역할을 합니다. 현재 이러한 고대의 지질학적 변화로 인해 발생한 남극 동빙상은 지구상에서 가장 큰 빙상이 되었다. 그 속에 담긴 얼어붙은 물이 모두 녹으면 전 세계 해수면이 약 52m 상승하게 된다.