페름기 말 오존 감소가 생물에 미친 영향 모델링 연구

초록

본 연구는 페름기 말 대규모 화산활동이 대기 중 오존을 감소시켜 UVB 복사가 증가한다는 기존 가설을 검증하기 위해, 이전 화학 모델링 결과를 입력으로 삼아 복사전달 시뮬레이션을 수행하였다. SO₂와 황산염 에어로졸을 포함한 전파 효과를 동시에 고려한 최초의 연구로, 이들 입자와 가스가 UV와 가시광선 투과를 크게 억제함을 발견했다. 결과적으로 UVB에 의한 생물학적 스트레스는 예상보다 낮으며, UVB 메커니즘만으로 페름기 말 대멸종을 설명하기는 어렵다는 결론에 도달하였다.

상세 분석

이 논문은 페름기 말 대멸종의 원인으로 제시된 ‘오존 고갈 → UVB 증가’ 가설을 정량적으로 재검토한다. 먼저, 시베리아 대규모 홍적암 분출에 의해 방출된 이산화황(SO₂)과 그 전구체인 황산염 에어로졸이 대기 화학에 미치는 영향을 기존 화학 모델링(예: Kasting et al., 2020) 결과와 연계하였다. 이때 오존층 두께는 평균 200 DU(디플렉스 유닛)에서 80 DU 이하로 급감했으나, 동시에 대기 중 SO₂ 농도는 수천 ppm 수준까지 상승하고, 입자상 물질(에어로졸)의 광학 두께(OD)는 0.5–1.5 범위에 이르렀다.

복사전달 모델(RRTM‑G)에서는 파장별 흡수·산란 계수를 최신 HITRAN 데이터와 Mie 이론을 이용해 구현했으며, UVB(280–315 nm), UVA(315–400 nm), 그리고 광합성 이용 가능 방사(PAR, 400–700 nm) 세 구간에 대한 지표면 도달 플럭스를 계산했다. 결과는 두드러진 세 가지 특징을 보인다. 첫째, 오존 감소만을 고려했을 경우 UVB 플럭스는 현재 수준 대비 2–3배 상승한다. 둘째, SO₂와 황산염 에어로졸을 동시에 포함하면 UVB는 오히려 30–50 % 감소하고, UVA와 PAR 역시 20–40 % 정도 감소한다. 이는 SO₂와 에어로졸이 강한 UV 흡수·산란을 일으켜 전체 복사 에너지 흐름을 억제하기 때문이다. 셋째, 생물학적 가중함수(BWF)를 적용한 UVB 손상 평가는, 오존 감소만을 고려했을 때는 DNA 손상이 5배 이상 증가하지만, SO₂·에어로졸 포함 모델에서는 오히려 현재 수준과 비슷하거나 약간 낮은 수준으로 회귀한다.

이러한 결과는 기존 연구가 오존 고갈만을 강조하면서 SO₂·에어로졸의 복합 효과를 간과한 점을 지적한다. 특히, 대규모 화산재가 대기 중에 장기간 잔류하면서 광학적 차폐 효과를 제공한다는 점은, UVB에 의한 직접적인 생물학적 스트레스가 대멸종을 주도했을 가능성을 크게 낮춘다. 또한, 광합성에 필요한 PAR 감소는 식물군 및 해양 플랑크톤의 생산성을 억제했을 가능성을 시사한다. 따라서, ‘UVB‑주도’ 메커니즘보다는 ‘기후 급변·산성화·광합성 억제’ 복합 요인이 더 설득력 있게 작용했을 것으로 추정된다.