대기권에는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 오래 전부터 산소가 존재하고 있었다

[사이언스 데일리] 우리 행성에서 생명이 출현하고 진화해 온 과정을 재구성하는 것은 지구의 대기권에 언제, 그리고 어느 정도로 산소가 풍부해졌는가 하는 질문과 단단히 엮여 있다. 그린랜드 서부에서 얻은 자료에 기반한 새로운 지질학 연구에 따르면 38억 년 전 적은 양이긴 하지만 대기 중에는 이미 산소가 존재하고 있었다고 한다. 이것은 이전에 생각했던 것보다 7-8억 년 이른 것이다.

(2016년 2월 16일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 코펜하겐 대학

로베르트 프레이 교수가 코펜하겐 대학 지구과학 및 자연자원관리학과의 연구실에서 동위원소 분석을 준비하고 있다. Credit: Kent Pørksen

로베르트 프레이 교수가 코펜하겐 대학 지구과학 및 자연자원관리학과의 연구실에서 동위원소 분석을 준비하고 있다. Credit: Kent Pørksen

우리 행성에서 생명이 출현하고 진화해 온 과정을 재구성하는 것은 지구의 대기권에 언제, 그리고 어느 정도로 산소가 풍부해졌는가 하는 질문과 단단히 엮여 있다. 그린랜드 서부에서 얻은 자료에 기반한 새로운 지질학 연구에 따르면 38억 년 전 적은 양이긴 하지만 대기 중에는 이미 산소가 존재하고 있었다고 한다. 이것은 이전에 생각했던 것보다 7-8억 년 이른 것이다.

오늘날 대부분의 연구자들은 지구 대기권에 산소가 추가된 과정이 크게 두 단계로 일어났다는 것에 동의하고 있다. 첫번째 단계는 소위 25억 년에서 24억 년 전에 일어났던 산소급증사건(Great Oxidation Event)이며, 두번째 단계는 7억5천만 년에서 5억4천만 년 전의 후기 신원생대 (Late Neoproterozoic Era) 였다. 후자는 약 5억4천만 년에서 5억2천만 년 전에 있었던 이른바 ‘캄브리아기 대폭발’ 동안 있었던 동물들의 출현 원인이라고 생각되어 왔다.

코펜하겐 대학 지구과학 및 자연자원관리학과의 로베르트 프레이 교수가 주도하고 여러 나라의 연구자들이 참여한 연구팀에서 38억 년 전 지구 대기 중에 소량의 산소가 존재했다는 증거를 보여주는 연구를 발표했다. 연구자들은 그린랜드 서부에서 발견되는 구에서 가장 오래된 호상철광층 (Banded Iron Formations) 을 분석했다. 호상철광층은 해양에서 만들어진 화학적 퇴적층으로 원래는 실리카와 철수산화물이 번갈아서 이루는 층으로 구성되어 있으며 당시의 지화학적인 기록이 보관되어 있는 일종의 보관소로 널리 사용되고 있다. 호상철광층이 이렇게 이용되는 이유는 해수 전반은 물론 지구 표면에서 대기와 상호작용에서 일어나는 산화/환원 과정의 존재와 조성에 대한 정보가 여기에 보존되어 있기 때문이다.

연구팀은 호상철광층에 존재하는 크로뮴 (Cr) 과 우라늄 (U) 의 농도와 동위원소 구성, 즉 동일한 원소지만 서로 다른 원자량을 가지는 원소들의 편차를 이용했다. 크로뮴과 우라늄은 대륙 땅덩어리가 노출되고 산소 분자와 같은 활성산소에 노출되었을 때 빠른 속도로 풍화되기 때문에 이런 작업에 이용된다. 풍화 후에 이들 원소는 강을 거쳐 바다로 이동하며 바다에서 화학 퇴적물로 쌓이고 활성산소에 의한 풍화의 지화학적 신호 역할을 하게 된다.

그린랜드 서부 호상철광층에 대한 분석에서 대기 중 산소의 존재를 필요로 하는 원소를 보일 수 있었다는 사실은 광합성을 하는 원시적인 생명체가 38억 년 전에 최초로 진화했을 수 있다는 가능성을 열어주는 것이다. 로베르트 프레이의 설명이다. “초기 지구에 산소가 전혀 없었다는 것이 일반적인 생각입니다만 우리 연구에서는 이 시기 지구 표면의 대기에 소량이지만 이미 산소가 있었다는 것을 보여주고 있습니다. 이 결과는 우리 행성에서 생명의 진화의 속도 및 그 다양성을 어떻게 조사할 것인가에 대한 폭넓은 함의를 가지고 있는 것입니다.”

참고문헌

Robert Frei, Sean A. Crowe, Michael Bau, Ali Polat, David A. Fowle, Lasse N. Døssing. Oxidative elemental cycling under the low O2 Eoarchean atmosphere. Scientific Reports, 2016; 6: 21058 DOI: 10.1038/srep21058

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카테고리:번역, 사이언스 데일리, 선캄브리아시대, 지질학

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