예화로 배우는 우주변화의 원리 | 지구에 빙하기가 찾아오는 이유는 무엇일까?- 개벽론開闢論(3) -

지구에 1년이 있듯이, 우주에도 1년이 있습니다. 그리고 지구 1년에 사계절이 있듯이, 우주 1년에도 사계절이 있습니다. 지구에 사계절이 생기는 이유는 지구가 자전축이 기울어진 채로 타원형 공전궤도를 따라 태양을 공전하기 때문입니다. 그렇다면 우주의 사계절은 어떻게 생기는 것일까요? 이번 호에서는 우주 1년에서 사계절 개벽이 일어나는 자연 섭리와 그 주기를 알아보겠습니다.

빙하기가 오는 이유

지구 온난화와 행성 온난화

점점 더 강력해지는 태풍, 수개월간 불타 버린 산과 들, 그리고 가뭄과 홍수. 지금 인류는 지구 온난화로 인해 생존의 위협을 받고 있습니다. 특히 빙하가 급속히 녹으면서 수많은 지역이 바닷물 속에 잠길 거라는 어두운 전망도 나오고 있습니다.

1850년 이후 전 지구의 평균 지표 기온은 꾸준히 상승해 왔으며, 2017년 말에는 산업혁명 이전 대비 1도 이상 상승하였습니다. 이 때문에 많은 과학자들이 산업화가 지구 온난화를 가속시키고 있다고 주장하고 있습니다. 그러나 지구 온난화의 원인에 대해선 인간활동설과 자연주기설이 첨예하게 대립하고 있습니다.

자연주기설에 따르면 지구의 기후변화는 밀란코비치 주기, 태양의 흑점 활동, 엘니뇨, 화산활동, 해류의 변화 등 다양하고 복잡한 요인으로 발생합니다. 그런데 온난화 현상이 지구에서만 벌어지고 있는 게 아니라, 태양계 전체에서 일어나고 있다는 주장이 있어 주목됩니다. 태양계에서 일어나고 있는 행성 온난화의 원인이 우리 태양계가 은하계의 더욱 고도로 하전荷電(전자를 방출하거나 밖에서 얻는 것)된 에너지 구역으로 들어가기 때문이라는 것입니다.



따라서 지구 온난화에 대해 정확히 알기 위해서는 은하와 태양계의 운동 및 천체의 이동에 대해 알아야 합니다. 은하와 태양계의 운동에 대해서는 지난 호에서 다뤘으므로, 이번 호에서는 지구 중심의 천체 이동을 알아보겠습니다.

지구에 빙하기가 찾아온 원인

지구에는 대멸종을 일으키는 대변화 외에도 크고 작은 변화들이 주기적으로 발생하고 있습니다. 특히 빙하기와 간빙기의 반복으로 인해 자연환경과 인간 문명의 주기적인 파괴와 생성이 일어나고 있습니다. 그렇다면 지구에 빙하기와 간빙기가 주기적으로 찾아오는 이유는 무엇일까요? 이를 설명하는 것으로는 ‘지구와 태양 간에 일어나는 변화가 지구의 기후를 주기적으로 바꿔 빙하기와 간빙기가 교차하면서 온다’는 밀라코비치 빙하기 이론이 대표적입니다. 그러나 밀란코비치 이론이 기후변화의 기본 법칙으로 자리 잡기까지는 많은 우여곡절이 있었습니다.

빙하기 이론을 처음 대중화시킨 사람은 스위스 출신의 미국 지질학자인 루이 아가시(1807~1873)였습니다. 그를 비롯한 여러 학자의 노력으로 빙하기가 지구상에 여러 차례 왔었다는 증거들이 밝혀졌습니다. 하지만 빙하기가 발생하는 원인에 대해선 갑론을박이 이어졌습니다. 그러다가 천문 이론이 등장하면서 빙하기 연구는 대전환을 맞이하게 됩니다.

공전궤도의 이심률

- 타원형의 공전궤도
천문 이론은 1842년 프랑스의 조제프 아데마(1797~1862)가 쓴 『바다의 혁명』이란 책이 나오면서 시작되었습니다. 아데마는 ‘지구가 태양 주위를 도는 양상이 변하면서 빙하기가 시작된다’는 생각을 처음으로 하였습니다. 그가 이런 생각을 창안할 수 있었던 이유는 ‘지구가 태양 주위를 원형이 아닌 타원형으로 공전하고 있다’는 천문학자 요한 케플러(1571~1630)의 이론을 알고 있었기 때문입니다.



- 공전궤도의 형태 변화
그런데 아데마는 빙하 이론을 세우면서 지구 공전궤도의 형태가 불변인 것으로 생각하였습니다. ‘빙하기의 진짜 원인이 지구 공전궤도 형태의 변화에 있다’고 착상한 사람은 영국의 과학자 제임스 크롤(1821~1890)입니다. 그는 프랑스의 천문학자 르베리에(1811~1877)가 밝힌 공전궤도의 이심률離心率을 빙하기 이론에 적용했습니다. 이심률은 공전궤도가 얼마나 타원형으로 변하는지를 나타내는 것입니다.

이심률이 낮으면 원형에 가까운 공전궤도를, 이심률이 높으면 타원에 가까운 공전궤도를 보입니다.

*1)

*1) 지구궤도에 대한 최신 연구에서는 현재의 간빙기가 적어도 5만 년은 지속될 것으로 추측하고 있다. - 「위키백과」 ‘빙하기’

공전궤도의 이심률은 평균 100,000년(95,000년~125,000년) 주기로 변합니다. 상대적으로 긴 타원형으로 늘어났다가 다시 원형에 가까운 공전궤도로 돌아오기를 반복하는 것입니다. 현재 지구의 공전궤도 이심률은 1.7퍼센트입니다. 크롤은 계절의 강도를 변화시키는 세차운동의 효율이 공전궤도의 모양에 따라 달라진다는 것도 밝혔습니다. 그의 이론에 따르면, 공전궤도가 아주 길쭉하고 동지점이 태양에서 멀리 위치할 때 빙하기가 찾아온다고 합니다.

지구의 세차운동

- 분점의 세차운동
아데마는 지구가 타원궤도를 돌면서 빙하기가 온다는 사실에 안주하지 않았습니다. 그는 빙하기를 설명하는 또 다른 이론으로 지구의 세차운동을 제시하였습니다. 지구 자전축의 세차운동 주기는 약 25,700년입니다. 현재 지구 자전축은 북극성(Polaris)을 향하고 있으나, 자전축의 세차운동에 의해 자전축이 직녀성(Vega)을 향하게 되면 현재와 정반대의 조건을 갖추게 됩니다. 지구의 자전축이 직녀성을 기준으로 기울어져 있을 때는 북반구의 겨울은 원일점, 여름은 근일점에 해당하여 계절별 변화가 더욱 뚜렷하게 나타납니다.

*3)

*3) 지구의 자전축에 수직인 면인 천구의 적도면과 황도면이 만나는 교선이 세차에 의하여 달라지므로, 지구 자전축의 세차를 ‘춘분점 세차’라고도 한다.

- 공전궤도의 세차운동
그런데 중요한 것은 지구의 세차운동에는 ‘분점의 세차운동’(지구 자전축의 세차운동)만 있는 게 아니라는 점입니다. 자전축의 세차운동과 더불어 타원형의 공전궤도가 회전하는 ‘공전궤도의 세차운동’이 있습니다. 공전궤도의 세차운동은 공전궤도가 반시계 방향으로 회전하면서 이루어집니다. 자전축의 세차운동과 공전궤도의 세차운동으로 인해 네 방위 기점이 지구 공전궤도를 따라 서서히 이동하게 됩니다. 이때문에 분점의 세차운동이 기후에 영향을 미치는 것입니다.

자전축의 세차운동은 공전궤도의 세차운동과 동조하여 분점分點과 지점至點의 위치가 공전궤도상에서 평균 21,700년마다 한 바퀴 이동하는 결과를 만듭니다. 이러한 세차운동의 결과로 각 위도에서 받는 지표상의 태양 일조량이 약 19,000년~23,000년 주기로 반복적인 변화를 보이게 되고, 최종적으로는 지구의 기후변화를 일으킵니다.

*4)

*4) 「지질학백과」 ‘밀란코비치 이론’ 참고

그런데 밀란코비치 이론에서 혼동을 일으키는 것이 바로 세차운동입니다. 대부분 세차운동하면 자전축의 세차운동만 생각하고 있기 때문입니다. 그러나 애초에 밀란코비치를 비롯한 당시 지리학자들이 더 중시한 것은 공전궤도의 세차운동이었습니다.

지구 자전축의 경사

지구 자전축의 각도는 약 41,000년의 주기로 약 21.5도~24.5도 사이에서 3도의 변화폭을 가지고 변합니다. 만약 지구의 자전축이 기울어져 있지 않으면 현재와 같은 계절 변화도 없고, 남반구와 북반구는 태양으로부터 같은 양의 복사에너지를 받게 되므로 같은 계절을 나타낼 것입니다. 그와 반대로 회전축이 많이 기울어져 있으면 햇빛을 많이 받아 계절의 변화와 겨울여름 온도 차가 심하게 나타나게 됩니다. 공전궤도가 원에서 타원으로 바뀌어도 마찬가지입니다.

밀란코비치 빙하기 이론의 재해석

밀란코비치 빙하기 이론

빙하기 이론에 대한 위대한 업적을 남겼음에도 불구하고 아데마와 크롤은 수학적으로 충분한 훈련을 받지 않았습니다. 그래서 천문학적 원인에 의해 지표상에서 태양 일조량日照量의 분포가 어떻게 변하는지 계산해 볼 수 없었습니다. 천문학적 계산을 발전시키고 그 주기가 지질학적 증거와 맞는지 확인하는 어려운 과업을 맡은 사람은 따로 있었습니다. 그가바로 세르비아의 천문학자 밀루틴 밀란코비치Milutin Milankovitch(1879~1958)입니다.

밀란코비치 빙하기 이론의 핵심은 ‘과거 60만년 동안 여름 일조량의 강도가 어떻게 변화했는가’ 하는 것입니다. 왜냐하면, 빙하기가 오는 이유가 여름 일조량과 관계가 있기 때문입니다. 다시 말해서 여름 동안 일조량이 줄어들면 해빙이 되지 않고 연간 강설량도 증가합니다. 그러면 빙하가 확대되면서 빙하기가 옵니다. 그래서 ‘지구에 도달하는 태양 빛이 주기적으로 줄었다 늘었다 하면서 빙하기와 간빙기가 반복되는 걸 밀란코비치 주기’라고 합니다.

그리고 밀란코비치 이론은 ‘지구 공전궤도의 이심률, 자전축의 기울기, 세차운동 등 세 가지 요소가 지구에 도달하는 태양 복사에너지의 양과 도달 위치를 변화시키며, 이로 인해 기후변화가 초래되었다’는 것입니다.

*5)

*5) 「지질학백과」 ‘밀란코비치 이론’ 참고

역학으로 살펴본 빙하기 이론

밀란코비치 이론에서 볼 수 있듯이 빙하기의 원인이 지구 공전궤도의 형태, 자전축의 기울기 변화, 세차운동이라는 게 밝혀졌습니다. 그러나 이들 요소가 서로 어떤 관계인지, 어떤 영향을 미치는지에 관한 언급은 아직 찾지 못했습니다. 그럼에도 필자가 장황하게 빙하기 이론을 소개한 이유는 오랜 탐구를 통해 이들 상호 간에 큰 관련이 있으며, 각각의 발생 주기에 의해 천지개벽이 일어난다고 판단하였기 때문입니다.

지구 자전축의 기울기가 변하는 주기는 약 41,000년입니다. 그러나 실제 관측된 기후변화의 주기가 42,000년과 43,000년도 있는 만큼 아직 확정적이지는 않습니다.

*6)

공전궤도 이심률의 변화 주기와 공전궤도의 세차운동 주기도 마찬가지입니다. 공전궤도 이심률의 변화 주기는 95,000년부터 125,000년이며, 이들의 평균값이 약 100,000년입니다. 공전궤도의 세차운동 주기는 약 22,000년이며, 평균 21,700년으로 추정됩니다. 필자는 과학적인 연구 결과를 수용하면서, 동시에 동양 역철학에서 밝힌 정도수正度數(360×360=129,600)를 중시합니다. 따라서 위의 세 가지 요소를 정도수와 가까운 43,000년과 125,000년, 21,700년으로 가정하고 본고를 논하겠습니다.

*6) 1974년 존 임브리가 분석한 인도양 코어의 동위원소 스펙트럼에서 기후변화 맥동의 주主 주기가 100,000년이라는 결과가 나왔고, 세 개의 작은 주기는 43,000년, 24,000년, 19,000년으로 나왔다. 온도-빙산 충량 스펙트럼에서는 42,000년, 23,000년 그리고 20,000년으로 나왔다. - 『빙하기』 221쪽 참고

위와 같이 가정하면 밀란코비치 빙하기 이론에서 다루고 있는 주기는 21,700년(공전궤도의
세차운동 주기)⋅25,700년(자전축의 세차운동 주기)⋅43,000년(지축 경사의 변동 주기)⋅125,000년(공전궤도 이심률의 변동 주기) 이 됩니다. 필자가이들 주기를 중시하는 이유는 우주 1년에 등장하는 정도수正度數와 유사성이 있다고 보기 때문입니다.

첫째 우주 1년은 129,600년이고, 우주의 한달은 10,800년입니다. 그런데 우주의 두 달인 21,600년에서 공전궤도의 세차운동 주기를 발견할 수 있습니다.

둘째 우주 1년에서 4개월에 해당하는 기간은 43,200년입니다. 이는 공전궤도의 세차운동이 두 번 이루어진 기간으로, 지축 경사의 변동 주기인 43,000년과 거의 같습니다.

마지막으로 공전궤도의 세차운동이 여섯 번 일어나면 우주 1년이 됩니다. 지축 경사의 변동이 세 번 일어나도 우주 1년이 됩니다. 그리고 자전축의 세차운동이 다섯 번 일어나도 우주 1년이 됩니다. 공전궤도 이심률의 변동 주기인 125,000년은 우주 1년과 거의 같습니다.

따라서 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

*8)

*8) 공전궤도 변동 주기의 평균값인 약 10만 년도 10,800년이 아홉 번 반복되면(10,800년×9=97,200년) 얻을 수 있다. 10만 년 주기가주도적으로 나타나는 것은 선후천 10만 년과 관련이 있을 것으로 추정된다.

도표에서 보듯이 2개의 주기가 중첩되어서 소변화가 일어나는 때는 약 21,700년(공전궤도의 세차운동 주기)이며, 4개의 주기가 중첩되어서 중변화가 일어나는 때는 약 43,000년(지축 경사의 변동 주기)입니다. 그리고 5개의 주기가 중첩되어서 대변화가 일어나는 때는 약 125,000년(공전궤도의 변동 주기)입니다. 이들 주기가 밀란코비치 이론에서 등장하는 이유는 이때 크고 작은 빙하기가 지구상에 발생했기 때문입니다. 이를 통해 각각의 주기가 함께 일어나면 지구에 대격변이 일어난다는 걸 알 수 있습니다.

이와 같은 현상은 파동의 간섭현상에서 찾아 볼 수 있습니다. 둘 또는 그 이상의 파동이 서로 만났을 때, 중첩의 원리에 따라서 합쳐진 파의 진폭이 변하는 현상을 간섭干涉이라고 합니다. 시간의 각 주기가 서로 만날 때도 간섭이 일어나서 변화의 폭이 더욱 증가하게 됩니다.

그래서 공전궤도의 세차운동 주기와 자전축의 세차운동 주기, 지축 경사의 변화 주기, 공전궤도의 이심률 변화 주기가 서로 간섭을 일으키면 천지가 개벽하는 대변동이 일어날 수밖에 없는 것입니다.

*9)

9) 우주 1년은 129,600년이다. 그중에서 우주의 겨울철은 29,600년이고, 우주의 봄여름과 가을철은 각각 5만 년이다. 지구 1년의 날수는 우주 봄철이 366일, 여름철이 365¼일, 가을철이 360일, 겨울철이 375일이다. 우주의 봄철에서 여름철로 바뀔 때는 지축의 기울기와 공전궤도 이심률의 변동이 크지 않다. 그러나 우주의 가을철에서 겨울철로 바뀔 때, 겨울철에서 봄철로 바뀔 때, 여름철에서 가을철로 바뀔 때는 변동이 크게 일어난다.

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빙하기의 연대기

지구 온난화는 지구에 주기적으로 찾아오는 간빙기와 관련이 있습니다. 현 간빙기(홀로세)는 마지막 빙하기(약 110,000년 전~12,000년 전)가 끝나고 시작되었습니다. 마지막 빙하기 기간 중에서도 빙하가 가장 넓게 확장되었던 때를 마지막 최대 빙하기(약 26,000년 전~19,000년 전)라고 부릅니다.

마지막 빙하기 이전에는 마지막 간빙기(에미안Eemian)가 있었습니다. 지금으로부터 약 13만 년(125,000년) 전에 시작되어 약 15,000년 정도 지속되었다가 115,000년 전에 끝났습니다. 에미안기의 온난한 기간은 오늘날보다 더 따뜻했으며, 해수면이 현재보다 몇 미터 더 높았던 것으로 추정됩니다. 이렇게 본다면 현 간빙기는 아직 지구 온난화의 최고점에 이르지 않았다는 걸 알 수 있습니다. 그럼에도 인간의 탄소 배출로 인한 지구 온난화가 문제가 되는 이유는, 지난 100만 년보다 기온이 더 높은 초간빙기(super-interglacial age)를 불러일으킬 수 있기 때문입니다.

원생누대(25억 년 전 ~ 5억 7,000만 년 전)
지구에 빙하기와 간빙기가 주기적으로 찾아온 것이 아주 오래되었다는 게 밝혀졌습니다. 정확한 이유는 아직 밝혀지지는 않았지만, 과거 지구상에는 적어도 네 번 이상의 큰 빙하기가 있었습니다.

24억 년 전에서 21억 년 전 무렵의 원생대 초기에 가장 오래된 휴로니안 빙기(Huronian glaciation)가 있었다는 가설이 있습니다.

증거가 남아있는 것 중 가장 오래된 것은 8억 5,000만 년 전에서 6억 3,000만 년 전 사이에 발달한 스타티안 빙기(Sturtian glaciation, 약 7억 년 전)와 마리노안 빙기(Marinoan glaciation, 약 6억 4,000만 년 전)입니다. 지구 역사상 가장 큰 규모의 빙기로 지구의 적도까지 빙하로 덮여 있었던 것으로 추정되기 때문에 소위 ‘눈 덩어리 지구(snowballearth)’로도 불립니다. 이 빙하기는 5억 4,100만 년 전에 다양한 종류의 동물 화석이 갑작스럽게 출현한 캄브리아기 대폭발로 끝났다고 알려져 있습니다.

현생누대 (약 5억 4,100만 년 전 ~ 현재)

현생누대의 빙하기 동안에는 지구 전체가 아니라 고위도 내지 중위도 지역까지 제한적으로 빙하가 전진했던 것으로 보입니다. 고생대에는 안데스-사하라 빙기(Andean-Saharan glaciation ; 4억 6,000만 년 전~4억 3,000만 년 전)라는 작은 빙하기가 있었습니다. 그리고 빙하의 확대기인 카루 빙기(Karoo Ice Age ; 3억 6,000만 년 전~2억 6,000만년 전)에는 많은 생물이 대량으로 멸종되었습니다.


약 6,500만 년 전에는 신생대가 시작되었습니다. 이후 지구 평균기온은 지속적으로 하강하고 있습니다. 약 4,000만 년 전(신생대 에오세말기)에 처음으로 남극에 빙상이 생기고, 플라이오세 중반(약 300만년 전)으로 들어서면서 주기적인 빙하기와 간빙기가 발생하기 시작하였습니다. 지난 호에서 알아본 바에 따르면, 약 300만 년 전은 태양계가 우리 은하의 기준평면을 가로지르며 횡단하던 때로 추정됩니다.

그리고 남극 보스토크 지역 빙하 퇴적물의 산소동위원소 비로 재구성한 ‘빙하 면적 및 그에 따라 추정된 남극 지역 온도 변동’을 보면 약320만 년 전부터 100만 년 전까지 약 4만 1,000년 주기로, 100만 년전부터 현재까지는 약 10만 년 주기로 빙하기와 간빙기를 반복하고 있습니다. 현생인류인 호모사피엔스의 출현은 대략 20~30만 년 전에 일어났으므로 인류 역사의 대부분은 추운 빙하시대였습니다.

*2)

*2) 「기상학백과」, 「지질학백과」, 「위키백과」, 「나무위키」 ‘빙하기’ 참고

천체 운동 주기와 인류 문명

지구에 초목 농사를 짓는 1년 사계절이 있는 것처럼, 우주에도 인간 농사를 짓는 1년 사계절이 있습니다. 우주의 1년은 129,600년입니다. 그리고 빙하기는 우주의 겨울철이며, 지구 온난화기는 우주의 여름철 말입니다. 지구에서 계절이 바뀔 때 시공간(환경)의 변화가 일어나는 것처럼, 우주의 계절이 바뀔 때도 시공간의 대변화가 일어나게 됩니다.

129,600년 전에는 무슨 일이 일어났나?
약 13만 년 전 찾아온 기후변화로 현생인류가 전 세계로 확산하기 시작했다는 연구 결과가 국내 연구진에 의해 발표되었습니다. 연구진은 그 원인을 지구의 자전축변화에서 찾고 있습니다.

*7)

*7) 약 13만 년 전은 마지막 간빙기인 에미안기가 시작된 시기이다.

약 13만 년 전의 기후변화로 아프리카 북동쪽에 강우량이 늘면서 녹지가 펼쳐졌습니다. 이는 당시에 지구 온난화가 일어났다는 걸 의미합니다. 그런데 지금 지구의 온도가 125,000년 전과 비슷하게 상승하고 있다고 합니다. 이를 통해 지금이 우주의 여름철 말인 것처럼, 약 13만년 전은 지난 우주 1년의 여름철 말이었다는 걸 알 수 있습니다.

43,200년 전에는 무슨 일이 일어났나?
약 42,000년~41,000년 전에 발생한 마지막 지자기地磁氣역전을 ‘라샹 사건(Laschamps event)’이라고 합니다. 그런데 약 42,000년 전에 지구의 자극磁極이 완전히 바뀌면서 초래된 기후변화가 네안데르탈인의 멸종을 가져왔다는 연구 결과가 나왔습니다. 남북 자극이 바뀌는 지자기역전 과정에서 태양과 우주 방사선으로부터 보호막 역할을 해 온 자기장이 사실상 사라지거나 약화되면서 다양한 변화를 초래했다는 것입니다.



10,800년 전에는 무슨 일이 일어났나?
빙하기가 절정이었던 2만 년 전을 고비로 지구에는 따뜻한 기후가 계속되고 있었습니다. 그러나 12,800년 전에 지구 온도가 급격히 떨어지면서 1,200년간 다시 빙하기를 겪었습니다. 이 시기가 소빙하기인 영거 드라이아스기(Younger Dryas Event)입니다. 이 사건은 지구 자전축의 세차운동이 반 바퀴를 돌았을 때, 즉 지금으로부터 12,960년 전에 일어난 것으로 보입니다.

지질학에서는, 영거 드라이아스기가 끝난 약 11,700년 전부터 현재까지의 마지막 지질 시대를 신생대 제4기 홀로세(Holocene epoch, 충적세沖積世)라고 합니다. 약 11,000년 전에는 신석기 시대가 시작되어 인류는 농사를 짓기 시작하였습니다. 따라서 신석기 시대는 공전궤도 세차운동의 반 바퀴에 해당하는 10,800년 전에 시작된 것으로 보입니다. 즉 지금으로부터 우주의 한 달 전에 신석기 시대가 시작된 것입니다. 그리고 약 9천 년 전에는 인류의 시원 국가인 환국桓國이 건국되었습니다.