지질 시대의 기후와 고기후 연구

climate of geologic time

1. 지질 시대의 환경

평가원 출제 코드와 지질 시대의 구분과 화석의 종류에 대한 기본적인 해석은 이전 포스팅에서 다루었습니다. 아래는 해당 포스팅으로 넘어가는 링크입니다.
(추후 업로드 예정입니다.)

1-3. 지질 시대의 기후와 고기후 연구 방법

1) 지질 시대의 기후

• 선캄브리아 시대
선캄브리아 시대는 대체로 온난했지만 중기와 말기에 큰 빙하기가 있었습니다.

• 고생대
고생대는 중기와 말기에 빙하기가 있었습니다.

• 중생대
중생대는 빙하기 없이 대체로 온난했습니다.

• 신생대
신생대 초기에는 온난했으나 점차 기온이 내려가 후기에는 여러 차례의 빙하기가 나타났습니다.

[ConFer]
• 선캄브리아 시대의 기후
선캄브리아 시대의 지층은 대부분 심한 변성 작용을 받아 발견되는 화석이 드물고 지질 구조도 잘 보존되어 있지 않습니다. 특히 시생 누대의 기록은 대부분 사라져 당시의 환경을 알 수 없습니다. 그러나 원생 누대의 환경은 그 시기에 퇴적된 암석이 발견되어 어느 정도 추정할 수 있습니다. 원생 누대의 초기와 후기에는 빙퇴석의 분포로 보아 빙하기가 있었을 것으로 추정되며, 원생 누대의 중기에는 석회암층의 분포로 보아 기후가 온난했을 것으로 추정됩니다.

• 고생대의 기후
고생대 전기인 캄브리아기에는 고위도에 위치한 지역에도 두꺼운 석회암층과 증발암층이 많이 분포하고 있는 것으로 보아 전반적으로 온난한 기후였을 것으로 추정됩니다. 오르도비스기 말부터 실루리아기 초에는 광범위한 빙하 퇴적층이 분포하는 것으로 보아 한랭한 기후였을 것으로 추정되고, 석탄기 말에서 페름기에 걸쳐 남반구 일대에서 빙하 퇴적층이 발견되는 것으로 보아 남반구는 빙하기였을 것으로 추정됩니다.

2) 고기후 연구 방법

• 산소 동위 원소비($ \frac{^{18} O}{^{16} O} $) 연구
빙하를 구성하는 물 분자, 유공충 화석, 석회 동굴의 석순 등에 포함된 산소 동위 원소비($ \frac{^{18} O}{^{16} O} $)를 연구하여 과거의 기후를 알 수 있습니다.

• 빙하 코어 연구
빙하 코어에 포함된 공기 방울을 분석하면 빙하 형성 당시의 대기 조성을 알 수 있습니다. 또한 빙하에 포함된 꽃가루를 분석하여 당시의 환경을 추정할 수 있습니다.

• 생물체 연구
나무 나이테의 폭과 밀도를 조사하여 기온과 강수량의 변화를 알 수 있습니다. 나이테의 간격이 넓으면 기온이 높고, 강수량이 많은 기후였음을 알려줍니다. 또한 나무 외에도 산호를 통해 기후를 알 수 있습니다. 수온이 높을수록 산호의 성장 속도가 빠르므로 산호의 성장률을 연구하면 과거의 수온을 알 수 있습니다. 그리고 꽃가루 화석에서 기온이 높은 시기에는 활엽수의 꽃가루가 많아지고, 기온이 낮은 시기에는 침엽수의 꽃가루가 많아집니다. 이외에도 빙하의 흔적, 퇴적 구조 등을 통한 연구가 있습니다.

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• 산소 동위 원소비
산소의 동위 원소인 $ ^{16} O $와 $ ^{18} O $의 비율인 ($ \frac{^{18} O}{^{16} O} $)를 산소 동위 원소비라고 합니다. 해수의 온도가 높으면 물 분자의 증발이 활발히 일어나는데 상대적으로 무거운 $ ^{18} O $의 물 분자도 많이 증발하므로, 빙하 속에는 산소 동위 원소비($ \frac{^{18} O}{^{16} O} $)가 커집니다. 반대로 해수의 온도가 낮으면 물 분자의 증발이 약해지므로, 빙하 속에는 산소 동위 원소비($ \frac{^{18} O}{^{16} O} $)가 작아집니다. 이러한 산소 동위 원소 측정법은 빙하뿐만 아니라 유공충 화석이나 석회암과 같은 암석의 분석에도 이용됩니다.

• 석회 동굴의 석순
동굴 내부의 기온은 그 지역의 평균 기온을 반영합니다. 석순은 동굴의 습도와 해당 지역의 강수량 등에 영향을 받습니다. 따라서 탄소 방사성 동위 원소를 분석하면 석순의 형성 시기를 계산할 수 있고, 산소 동위 원소비를 이용하면 당시의 기온을 추정할 수 있습니다. 석회 동굴의 석순에서는 평균 기온 정보를 얻을 수 있고 제4기 지질학에서 기후 연구 사례로 최근 제시되었습니다.

• 유공충 화석
유공충은 플랑크톤이 대부분이지만 저서성 유공충도 있습니다. 유공충 껍데기의 산소 동위 원소비를 이용해 해수 온도를 추정할 수 있습니다. 유공충은 해양의 수온을 잘 반영하고 지질 시대 기온 연구의 가장 기본이 되는 자료입니다.

• 빙하 시추 코어
지표에 내려 빙하가 된 눈 속에는 꽃가루가 포함될 수 있고 눈 결정 사이에 당시의 대기 성분이 포함될 수 있습니다. 빙하 내의 기포로 과거 대기 조성을 알 수 있습니다. 꽃가루로 당시 환경을 추정하며, 산소 동위 원소비를 이용해 기온을 추정할 수 있습니다. 빙하 시추 코어는 직접적으로 과거의 기체 정보를 얻을 수 있고 시추 코어의 기체 성분비나 들어 있는 꽃가루, 화산재 등을 연구하여 고기후를 연구합니다.