고 해양(ancient ocean)

고 해양(ancient ocean)

첼린저호 탐사

1968년 8월, 고(古) Maurice Ewing(배이름?)은 Glomar 첼린저호의 처녀항해를 멕시코만에서 그리고 긴 드릴항해를 동양안(東洋)에서 실시하였다. 걸프만의 어떤 소 해구는 암염돔(salt domes)인 것으로 나타나고 심해에서 암염의 성인과 시기는 의문시되었다. 2년 후에 탐험은 지중해 심해저에서 salt를 시추하였다. 이 바다가 심해에서 어느 시기에 분리되었는가? 이들이 말랐는가? 거대한 pans를 형성했는가? 확실히 그렇게 나타났다.

첫 번째 시공에서 첼린져호는 서부 남부 대서양에서 쳐트(chert)를 시추하였다. 이 쳐트는 에오세(Eocene)에 형성되었다. 그 이후 시공에서 해양의 다른 부분에서 더욱 에오세 쳐트가 발견되고, 특히 적도해양에서 발견되었다. 규질 퇴적물을 넓게 형성하는 에오세 해양에 관해서 무엇이 다른가? 이런 질문은 결코 해결되지 못하고 단지 심해저 시추(deep sea drilling)에 의해서 야기된 몇몇 문제일 뿐이다. 이들 과거 해양의 문제를 해결하기 위해서 다음과 같은 3가지 관점에 주목해야 한다.

 

1. 백악기(the cretaceous) 이래 산소 동위원소기록
2. CCD(carbonate compensation depth)의 변동
3. 심해의 산소화(oxygenation)의 변화

 

 

제3기 산소동위원소(Tertiary oxygen isotope)

Emiliani가 추정한 일반적 경향과 빙하와 간빙하기 식의 해석이 백악기 (the Cretaceous)이래 전반적인 냉각(cooling)이라 추정됐다. 또한 Devereux에 의해 천해에서 비슷한 경향을 보여주었다. 심해저 시추연구(Deep Sea Drilling Project)에 의해서 보다 많은 유용한 정보를 얻었다. 전반적인 결과해석은 저서, 부유유공충의 산소동위원소 성분은 저위도에서 분리된 경향을 보이고 고위도에서 비슷한 경향을 보인다. 그래서 3기(紀) 동안에 증가하였다. 특히, 올리고세 말기 (the last Oligocene, 2천 ~ 2천5백만년 전)에 해당된다.

 

바람의 속도(wind speed)가 온도 경도에 주요한 영향을 준다면 바람과 표면류는 이 시기 이후에 증가하고 연안과 중부 해양에서 용승류(upwelling)가 발생하였다. 직접적인 증거론 북태평양과 남극주변에서 후 3기(the early Tertiary) 이후 좀 더 예민해졌다. 확실히 용해된 규산염 (sillica)의 증가는 시간을 통해 감소하고 용승류 지역에서 규조류생산력에 의해서 상당히 제거됐다는 흔적이다.

 

 

에오세 올리고세의 변천과정

 

극지방은 초기 3기말에 냉각되었다. 남극과 북극의 온도 분리와 변화는 식물작용에 기인하였다. 양극 전면은 남극(Antarctic) 해안으로부터 후기 에 오세의 rainbelt를 멀리 밀어내고 적도 방향으로 이동했다. 여기서 고위도에서 산소동위원소에 대한 영향효과를 볼 수 있다. 즉, 후기 에오세 경계(Eocene-Oligocene boundary)에서 놀랄만한 변화를 말한다. 이점은 고위도 대륙붕에서 물이 심해분지를 채우고 낮추는데 충분히 차갑고 염분이 높다.

이 에오세 - 올리고세 경계 사태(Eocene Oligocene boundary event)의 영향은 무엇인가? 이는 새로운 환경(한수지역)에 적응하려는 심해저 동물상에 영향이 있다. 실제로, Ostracods와 다른 저서생물의 성분에서 큰 변화를 보인다. 보다 더 확실하게 해양의 화학적 특성은 변화한다(예, CO2는 해양에서 더 잘 녹고 대기에서 추출되어진다). 이는 전체 위성의 냉각에 다다르는 양성 귀환 (positive feed back)을 형성한다. 다른 귀환 기작 (feed back mechanidms)은 더욱 냉각을 유도한다. 유공충은 식물성이 아니다. 유공충은 동물성 플랑크톤으로서 부유성 (planktonic)이나 저서성(benthic)으로 존재한다. 유공충의 동위 원소로부터 확실한 적도 온도의 뚜렷한 하강을 주시하라.

 

A. 무엇이 에오세(世) 사건을 시작시켰나?

많은 가설 중에 간단한 것은 후기 에오세 해퇴(regression), 알베도 귀환(albedo feed back)에 의해서 냉각을 낳기에 충분한 대륙붕 지역을 드러내게 하였다는 것이다(육지가 해양보다 더 밝았다). 이는 극 전면(polar front)의 적도 방향의 이동을 설정하였다. 실제로 극 지점에 도달하여 그 시기에 침강수가 형성되었다. 한때 냉수가 침강하기 시작하고 대기 탄산가스의 추출이 진행되었다. 또한 알베도 변화로부터 양(陽) feed back이 더욱 가속화하였다(즉, 10만년간 지속된 run-away 효과이다).

 

B. 왜 올리고세는 차갑게 머물렀나?

가상적으로 후기 에오세에 시작된 해퇴(regression)가 올리고세에서도 계속되었다. 해수면은 상대적으로 낮아지고 드러난 대륙붕은 albedo를 증가시켰을 것이다. 역시 가뭄(drought) 상태가 넓게 펼쳐 있었다 (차가운 공기는 많은 물을 운반시키거나 잡아두지 못했다). 이런 상태는 이 시대 동안에 심해저 퇴적작용의 낮은 비율에서 나타난다. 가뭄은 육지를 밝게 하고 많은 태양의 복사열이 공간 속으로 반사되어 졌다. 그래서 위성(planet)은 냉각되었다.

 

 

후 3기 변화

마이오세 동위원소 경향에 따르면 적도에서 동위원소 온도의 상승과 고위도에서 하강(fall) 이후 바로 상승을 볼 수 있다. 상승과 하강의 요인이 무엇이냐? 상승에 대한 설명은 해침(transgression)이다. 마이오세 초기(初期)에 해양은 다시 대륙의 붕(shelves of continents)을 침범하였다. 알베도(albedo)는 감소하였다. 태양의 복사열을 상당히 받아들이고 대기를 가열하고 상부해수를 가열하는 방향으로 바뀌었다. 적도와 극지방 사이의 대조(contrast)는 이 과정을 통해서 상당히 증가되었다. 왜냐하면 눈(snow)과 얼음(ice)이 고위도를 아주 춥게 했기 때문이다. 하강 (fall)은 전반적인 냉각의 경향에 일부이고, 아직 알려지지 않은 어느 시기에 가속화되었다. 극(極)빙하의 성장을 포함한 것이다. 동위원소 자료의 잔해는 점진적인 냉각(progressive cooling)과 남반구 고위도에서 빙하의 성장을 보인다.

 

최종적으로 후(後) 플라이 오世(the last Pliocene) 즉, 약 3백만년 전에 북반구 빙하작용이 설정되고 행성의 온도가 앞서 논한 빙하주기로 움직였다. 다시 플라이오-플라이스토세 냉각(the Plio-Pleistocene cooling)은 해퇴와 관련된다. 추가로, 산(mountain) 형성과 극지방을 향하여 북쪽으로 육지의 이동은 지상에 머물러 있는 눈에 보다 큰 가능성을 불러 일으켰다. 이것은 빙하 작용에 필요한 조건이다.