불과 3만5천년 전에 드러난 베링 육교Bering Land Bridge

마지막 빙하기 최대기 동안 해수면이 낮아지면서 시베리아와 알래스카 사이에 베링기아라고 불리는 광활한 땅덩어리가 드러났는데, 이 지역에는 베링 육교가 포함되었다. 국립공원관리청 제공 이미지

 
(1 January 2023) 새로운 연구에 따르면 한때 아시아와 알래스카를 연결한 베링 육교Bering Land Bridge가 기존에 생각한 것보다 훨씬 늦게 마지막 빙하기에 형성된 것으로 나타났다.

프린스턴 대학교 연구진은 베링 육교가 약 35,700년 전까지 물에 잠겨 있었으며, 인류가 아메리카 대륙으로 이주하기 직전에야 완전히 모습을 드러냈다는 사실을 발견했다.

이 예상치 못한 발견은 인류가 베링 육교를 통해 아시아에서 아메리카 대륙으로 처음 이주했을 가능성이 있는 시기를 단축한다.

이 연구는 12월 27일 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표되었다.

또한 이번 연구 결과는 기후와 지구 빙하량 사이의 관계가 과학자들이 생각한 것보다 덜 직접적일 수 있음을 시사하며, 빙하기 주기를 유발하는 일련의 사건들에 대한 기존 설명에 의문을 제기한다.

프린스턴 대학교 박사후 연구원이자 이번 연구 공동 주저자인 제시 파머Jesse Farmer는 "이 결과는 완전히 예상치 못한 것이었다"고 말했다.

"알고 보니, 북극해 해저 퇴적물에 대한 연구를 통해 과거 기후 변화뿐만 아니라 인류 역사상 가장 큰 이주 중 하나에 대해서도 알 수 있었습니다." 

빙하기 주기 이해

지구 역사에서 주기적으로 발생하는 빙하기 동안, 지구의 물이 거대한 빙상에 갇히면서 해수면이 낮아진다.

각 빙하기가 끝나면 기온이 상승하면서 빙상이 녹고 해수면이 상승한다.

이러한 빙하기 주기는 지구 역사의 지난 300만 년 동안 반복되었지만, 그 원인을 정확히 밝히기는 어려웠다.

연구진은 지난 5만 년 동안 북극해 역사를 재구성하여 빙상 성장과 그로 인한 해수면 하강이 이전 연구에서 제시한 것보다 훨씬 빠르게, 그리고 마지막 빙하기 후반에 발생했다는 사실을 밝혀냈다.

파머 연구원은 "이번 연구 결과는 빙상이 이전에 생각한 것보다 훨씬 빠르게 변화할 수 있음을 시사한다"고 말했다.

마지막 빙하기의 절정기, 즉 마지막 빙하기 최대기the Last Glacial Maximum에는 해수면이 낮아져 시베리아와 알래스카 사이에 베링 육교를 포함한 베링기아Beringia라는 광활한 육지가 드러났다.

오늘날 그 자리에는 태평양과 북극해를 연결하는 베링 해협Bering Strait이 있다.
 

미국 알래스카 서부, 시워드 반도Seward Peninsula 최북단에 위치한 베링 육교 국립보호구역의 에스펜버그 곶Cape Espenberg. 사진: 마이클 J. 톰슨/미국 국립공원관리청

과학자들은 전 세계 기온과 해수면 변화 기록을 바탕으로 베링 육교가 약 7만 년 전, 마지막 빙하기 최대기 훨씬 이전에 형성되었다고 생각했다.

그러나 새로운 데이터에 따르면 해수면이 육교가 형성될 만큼 낮아진 것은 불과 3만 5,700년 전이다.

이 발견은 특히 놀라운데, 해수면 하강 당시 전 세계 기온이 비교적 안정적이었기 때문에 기온, 해수면, 빙량 사이의 상관관계에 대한 의문을 제기한다.

파머는 "놀랍게도 이 데이터는 빙상이 지구 기후 변화뿐만 아니라 다른 요인에도 반응하여 변화할 수 있음을 시사한다"고 말했다.

예를 들어, 빙량의 변화는 여름 동안 빙면에 도달하는 햇빛의 강도 변화의 직접적인 결과일 수 있다.

프린스턴 대학교 지질·지구물리학과 듀센버리Dusenbury 석좌교수이자 파머의 박사후 연구 지도교수인 다니엘 시그먼Daniel Sigman은 “이번 연구 결과는 과거 빙상이 온실 효과를 포함한 기후 시스템의 나머지 부분과 어떻게 상호작용했는지에 대한 현재의 이해에 의문을 제기하는 것으로 보인다”며, “다음 목표는 이러한 경향이 다른 주요 빙상 변화에도 적용되는지 확인하기 위해 기록을 더 과거로 확장하는 것이다. 과학계는 이번 연구 결과의 확인을 간절히 바라고 있다”고 말했다. 

이 연구에 사용된 샘플은 1994년 미국 해안경비대 쇄빙선 폴라 시(Polar Sea)호가 진행한 야심찬 북극 횡단 탐험에서 수집되었다. (사진 제공: 미국 해안경비대)

인류 이동에 대한 새로운 맥락

아시아에서 북미로의 인류 이동 시기는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 유전학 연구에 따르면 아메리카 원주민 조상 집단은 약 3만 6천 년 전 아시아 인구와 분화했는데, 이는 파머와 그의 동료들이 밝혀낸 베링 육교가 형성된 시기와 일치한다.

시그먼은 "일반적으로 육교가 한동안 열려 있다가 인류가 어느 시점에 건너갔다고 여겨졌다"고 말했다.

"하지만 우리의 새로운 연구 결과는 육교가 열려 있지 않았고, 육교가 열리자마자 인류가 북미로 이동했다는 것을 시사합니다."

이번 발견은 인류가 육교가 열리자마자 이주를 결정한 이유와, 지형에 대한 사전 지식 없이 어떻게 육교를 건넜는지에 대한 의문을 제기한다.

연구진은 이러한 함의를 고려할 때 신중해야 한다고 지적했다.

해석을 위해서는 새로운 데이터와 인류 유전학자 및 고인류학자 정보를 포함해 매우 다양한 유형의 정보를 결합해야 하기 때문이다.

이들은 다른 과학 분야에서 자신들의 연구 결과를 어떻게 발전시켜 나갈지 기대한다.
 

북반구 극지방의 수문학 및 베링 해협 수심. (A) 혼합층(수심 10m) 염분(7)(파란색 음영) 및 표층 아래(~50~200m) 질산염의 질소 동위원소 조성(δ15N)(마름모). 발표된 데이터 세트에서, 샘플 수심은 북극 및 북대서양(NA)의 혼합층으로 공급되는 질산염과 베링 해협을 가로질러 수송되는 북태평양(NP) 질산염을 포착하도록 선택되었다(데이터 출처 및 선택 기준은 SI 부록 섹션 S2 참조). 서부 북극(WA), 북태평양 및 북대서양의 평균 염분 및 질산염 δ15N 값은 색상 막대에 표시했다. 청록색 원은 퇴적물 코어 위치를 나타내고, 연한 파란색과 주황색 화살표는 각각 대서양 및 태평양에서 공급되는 질산염이 풍부한 표층수의 순환을 대략 보여준다(8, 9). (B) 베링 해협 수심도(1)는 10m 간격 등고선으로 표시했다. 빨간색 선은 주요 해양 수송 경로를 나타낸다(10).

과거를 향한 창

베링 해협의 역사를 재구성하기 위해 파머와 시그먼은 해양 화학적 지문을 찾았다.

태평양 해수에는 특유의 화학적 조성, 즉 동위원소 비율을 가진 질소 분자가 고농도로 존재한다.

오늘날 태평양의 물은 베링 해협을 건너 북극해로 북쪽으로 이동하면서 추적 가능한 질소 동위원소 비율을 지닌다.

파머는 북극해 해저 퇴적물의 질소 동위원소를 측정해 예상대로 마지막 빙하기 절정기에 베링 해협이 닫혔을 때 태평양 질소 흔적이 사라졌다는 사실을 발견했다.

하지만 파머가 분석 범위를 약 5만 년 전까지 거슬러 올라가자, 태평양 질소의 흔적이 연구자들이 생각한 것보다 훨씬 최근에 다시 나타났다는 사실을 발견했다.

시그먼은 "제시가 내게 데이터를 보여줬을 때, 무슨 일이 일어났는지 설명할 필요가 없었다"고 말했다.

"베링 해협이 이전에 열린 것 말고는 달리 설명할 수 없을 정도로 큰 변화였습니다."

지구 해수면에 미치는 영향을 이해하기 위해 파머와 시그먼은 해수면 전문가이자 UC 산타크루즈 지구행성과학과 교수이며, 프린스턴 대학교 2014년 졸업생이자 이 논문 공동 주저자인 타마라 피코Tamara Pico와 협력했다.

피코는 파머의 결과를 빙상 성장에 대한 다양한 시나리오를 기반으로 한 해수면 모델과 비교했다.

“제시가 연락했을 때 정말 기뻤습니다” 피코는 말했다.

“제 박사 학위 논문의 상당 부분은 마지막 빙하기 최대기에 이르기까지 전 세계 빙상이 얼마나 빠르게 성장했는지에 대한 연구였는데, 제 연구 결과는 빙상이 기존에 생각한 것보다 더 빠르게 성장했을 가능성을 시사합니다.”

파머의 질소 분석은 마지막 빙하기 동안의 해수면 변화에 대한 피코의 연구를 뒷받침하는 새로운 증거를 제공했다.

“가장 흥미로운 점은 이 연구가 해당 시기 전 세계 해수면에 대한 완전히 독립적인 제약 조건을 제시한다는 것입니다.”

피코는 말했다. “기존에 제안된 빙상 성장 역사들은 서로 상당히 차이가 나는데, 우리는 베링 해협의 해수면 예측치를 살펴보고 질소 데이터와 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다.”

“이번 연구는 북극해, 질소 순환, 그리고 전 세계 해수면 분야의 전문가들을 한데 모았습니다. 그리고 그 결과는 기후와 해수면뿐만 아니라 인류의 선사시대에도 중요한 의미를 지닙니다.” 

파머는 말한다. 

"고기후 연구의 가장 흥미로운 점 중 하나는 매우 광범위한 분야에 걸쳐 협력할 수 있는 기회가 있다는 것입니다."


DOI: 10.1073/pnas.2206742119