시험&논문용 <지구공전궤도 이심률과 플랑크톤> 지구공전궤도 이심률, 밀란코비치주기와 플랑크톤의 진화, 코코리스포어와 제피로캅사 플랑크톤 연구

지구공전궤도 이심률과 플랑크톤에서는 먼저 지구공전궤도 이심률에 대해 살펴봅니다. 그리고 밀란코비치 주기가 플랑크톤의 진화에 비친 영향과 코코리스포어와 제피로캅사 플랑크톤의 연구 과정과 결과를 알아봅니다.

 

지구공전궤도 이심률과 플랑크톤에서 지구공전궤도 이심률

지구의 궤도는 타원형입니다. 이심률은 타원이 원 안에서 얼마나 왜곡되어 있는지를 나타내는 척도입니다. 지구 궤도의 모양은 시간에 따라 거의 원형에서 완만한 타원형까지 다양하며 평균 이심률은 0.028입니다. 이 변화의 가장 중요한 요인은 이심률이 41,300년마다 ±0.012씩 변한다는 것입니다. 다른 요인들은 95,000년에서 125,000년 주기를 가지며, 대략 100,000년 주기와 일치합니다. 현재 궤도 이심률은 0.017입니다. 궤도 이심률이 증가할수록 짧은 반지름의 길이는 짧아지고 계절 변화는 증가합니다. 지구가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때, 즉 태양에 가장 가까이 있을 때, 태양의 맨 끝, 즉 태양의 가까운 끝에서 받는 태양 복사량의 차이가 이심률의 차이보다 약간 더 큽니다. 현재 궤도 이심률에서 근일점과 근일점에서의 태양 복사 에너지 차이는 약 6.8%이며 거리 차이는 3.4%입니다. 궤도의 이심률이 가장 클 때, 가까운 지점의 태양 복사 에너지는 먼 지점보다 약 23% 더 큽니다. 

밀란코비치 주기와 플랑크톤의 진화

세르비아 과학자 밀루틴 밀란코비치(1879~1958)의 '밀란코비치 주기'는 지구 기후에 영향을 미치는 원인으로 생각할 수 있습니다. 그는 지구의 자전축, 세차 운동, 그리고 태양 주위의 궤도가 지구 기후에 영향을 준다고 주장했습니다. 그중에서도, 과학자들은 궤도를 나타내는 이심률과 지구 기후의 관계를 자주 언급합니다. 태양이 가깝거나 멀수록 태양 에너지의 영향을 받는 크기에 따라 기후가 달라지기 때문입니다. 최근 연구는 지구가 태양 주위를 도는 궤도가 계절적 변화를 일으키고 식물성 플랑크톤의 진화를 촉진한다는 것을 보여주었습니다. 고생물학자와 프랑스 국립과학연구센터 연구진은  국제학술지 네이처에 지구의 궤도 이심률이 식물성 플랑크톤 종의 진화를 이끌었다는 증거를 발견했다고 발표했습니다. 낮은 편심률, 감소된 다양성, 심지어 소멸 이심률은 지구 궤도의 흔적입니다. 전체 원의 값을 0으로 설정하면 타원의 긴 축이 길수록 1에 가깝습니다. 계절의 길이가 다른 이유는 이심률 때문입니다. 북반구의 여름은 겨울보다 약 4.5일 더 길고, 봄은 가을보다 약 3일 더 깁니다. 편심률이 낮아지면서 계절의 길이가 점차 비슷해지고, 계절 간의 기후 차이도 줄어듭니다. 하지만 확실한 규칙이 있습니다. 그것은 약 100,000년과 405,000년이라는 두 개의 주기를 가지고 있습니다. 현재, 지구의 궤도 이심률은 약 0.017입니다.

 

코코리스포어와 제피로캅사 플랑크톤 연구

지구의 궤도는 식물성 플랑크톤과 관련이 있습니다. 연구원들은 코코리소포어라고 불리는 식물성 플랑크톤에 주목했습니다. 석회암 비늘 편모충은 약 200종으로 분류됩니다. 이 플랑크톤은 코콜리스라고 불리는 탄산칼슘 기반의 비늘을 가지고 있고, 그것이 죽으면, 바다에 칼슘 퇴적층을 만듭니다. 이러한 특성들은 대기 중의 이산화탄소를 제거함으로써 해양의 탄소 순환에 중요한 역할을 합니다. 연구진은 인도양과 태평양의 퇴적층에서 8,000개의 샘플을 채취해 인공지능 현미경 기술로 700만 마리가 넘는 코코리스의 모양을 측정했습니다. 석회질 비늘편모충 중에서 노엘라하브다케아과에 속하는 여러 종의 플랑크톤 흔적이 발견되어 측정되었습니다. 연구진은 노엘라하브다케 아는 새로운 환경에서 번영을 위해 코코리스의 석회화 크기와 정도를 조절하는 특징이 있다고 했습니다. 탐사 결과, 코코리의 평균 길이는 질량을 비교하여 지구 궤도 이심률 주기를 따른다는 것을 확인했습니다. 편심률이 높을수록 적도의 계절적 특성이 뚜렷해졌고 칼카리아 편모의 종류도 다양해졌습니다. 특히 이심률의 405,000년 주기를 닮았습니다. 적도 지역이 현생 해양에서 식물성 플랑크톤 다양성이 가장 높다는 점을 고려하면 당시 고온과 안정적인 조건이 주기적으로 발생했을 것이라고 연구진은 설명했습니다. 반대로, 더 낮은 편심률에서는 다양성이 감소했고, 심지어 멸종했습니다. 판단 속도가 낮을수록 계절적 구분이 명확해지는 현상과 관련이 있습니다. 게다가, 생태학적 지위의 감소와 유전적 병목 현상 또한 원인으로 여겨집니다. 해양 탄소 저장의 측면에서, 낮은 편심률은 코코리스에서 유래된 탄소를 가장 많이 매장했습니다. 연구원은 지구가 원형 궤도에 가까울 때 적도의 계절적 변화는 미미하지만, 궤도가 타원에 가까울 때는 열대의 변화가 더 강하다고 합니다. 연구원들은 열대 계절성의 이러한 효과가 주로 지구 자전축의 기울기로 인해 발생하는 높은 수준의 계절적 원인과 다르다는 것을 발견했습니다. 다양성은 약 400,000년이 되었고, 새로운 종들은 매 100,000년마다 나타납니다 게다가, 빙하기와 간빙기가 주기적으로 반복되었던 플라이스토세 후기에 새로운 종들이 나타났습니다. 에밀리 아니아 헉슬리와 제피로캅사 캐리비안카가 대표적입니다. 제피로캅사는 약 550,000년 전에 출현했고 4기 신생대에 걸쳐 석회질 비늘 크기가 반복적으로 증가하거나 감소하는 패턴을 보였습니다. 이 시기 새로운 종의 출현에 대해 영국 옥스퍼드대 과학자들은 플랑크톤 2종을 포함한 새로운 종의 출현이 10만 년의 얼음과 간빙기 단계와 일치한다는 연구 결과를 발표했습니다.