지구의 미래
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1. 개요
지구의 미래는 인류의 영향, 천문학적 사건, 지구 내부 변화, 그리고 태양의 진화와 같은 다양한 요인에 의해 결정된다. 인류의 활동은 생물 다양성을 감소시키고 기후 변화를 초래하며, 이는 대량 멸종을 유발할 수 있다. 천문학적 사건으로는 소행성 충돌, 초신성 폭발, 태양계 내 천체의 상호 작용 등이 있으며, 이러한 사건들은 지구에 파괴적인 영향을 미칠 수 있다. 지구 내부의 변화로는 판 구조 운동, 외핵 응고 등이 있으며, 이는 지표면의 재형성, 자기장의 소멸, 그리고 기후 변화를 야기할 수 있다. 태양의 진화는 지구의 기후에 큰 영향을 미치며, 태양의 광도 증가는 지구 온도를 상승시켜 생명체의 생존을 위협하고, 적색 거성 단계에서는 지구를 삼킬 수도 있다.
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2. 인류의 영향
인류는 생물권에서 핵심적인 역할을 하며, 거대한 인구는 지구의 많은 생태계를 지배하고 있다. 이는 현재의 지질학적 세(世)에서 다른 종의 광범위하고 진행 중인 대량 멸종을 초래했으며, 홀로세 멸종으로 알려져 있다. 1950년대 이후 인간의 영향으로 인한 종의 대규모 손실은 생물 위기라고 불리며, 2007년 기준으로 전체 종의 약 10%가 손실된 것으로 추정된다.
지구에 전 세계적인 영향을 미칠 수 있는 여러 위험 시나리오가 있다. 인류 관점에서, 이것들은 생존 가능한 위험과 종말적인 위험으로 나눌 수 있다. 인간이 스스로에게 가하는 위험에는 나노 기술의 오용, 핵 대학살, 프로그래밍된 초지능과의 전쟁, 유전자 조작 질병, 물리학 실험으로 인한 재해 등이 있다. 자연적인 사건으로는 독성 질병, 소행성 또는 혜성의 충돌, 통제 불능 온실 효과, 자원 고갈 등이 종말론적 위협을 제기할 수 있다. 외계 생명체의 침략 가능성도 있다. 이러한 시나리오가 발생할 확률은 추론하기 어렵거나 불가능하다.
인류 멸종 시, 인류가 만든 다양한 구조물들은 붕괴되기 시작할 것이다. 가장 큰 구조물은 약 1,000년의 추정 반감기를 갖는다. 마지막으로 살아남을 구조물은 노천 광산, 대형 매립지, 주요 고속도로, 넓은 운하 절단, 흙 채움 측면 댐 등이 될 가능성이 높다. 기자 네크로폴리스의 피라미드나 러시모어 산의 조각상과 같은 몇몇 거대한 석조 기념물은 백만 년 후에도 어떤 형태로든 살아남을 수 있다.
2. 1. 홀로세 대멸종
인류세와 보전 생태학, 지구 온난화 문서를 참고하라.
인간은 팽창하는 세계 인구로 인해 지구상의 많은 생태계를 좌우하며 생물권에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 현재는 지질 시대 구분에서 홀로세에 포함되며, 인류의 영향은 홀로세 멸종으로 알려진, 현재 진행 중인 광범위한 다른 종의 대량 멸종을 일으키고 있다. 1950년대부터 인류의 영향으로 인한 대규모 종의 멸종은 생물 위기라고 불리며, 2007년 시점에서 전체 종의 10%가 사라진 것으로 추정된다. 현재 속도라면, 향후 100년 동안 전체 종의 약 30%가 멸종 위기에 처하게 될 것이다. 홀로세 멸종을 일으키는 요인으로는 서식지 파괴, 외래종의 확산, 사냥, 그리고 기후 변화가 꼽힌다. 현대에 이르러, 인류의 활동은 지구 표면에 중대한 영향을 미치고 있다. 지표면적의 3분의 1 이상이 인류에 의해 개조되었으며, 지구상의 기초 생산의 20%를 인류가 사용하고 있다. 산업 혁명 시작 이후, 대기 중의 이산화 탄소 농도는 거의 50% 상승했다.
장기화된 생물 위기가 가져올 영향은 최소 500만 년 이상 지속될 것으로 예측된다. 그 결과, 생물 다양성의 감소나 생물군계의 균일화, 변화에 잘 적응하는 기회주의적 종 (해충, 잡초 등)의 확산이 초래될 수 있다. 한편, 신종의 출현도 예상된다. 특히, 인류의 영향이 큰 생태계에서 번성하는 분류군 (분류군)은 급속하게 다양화되어 많은 신종을 만들어낼 가능성이 있다. 미생물은 영양 풍부한 틈새 (생태적 지위)의 증가로 인해 혜택을 받을 가능성이 높다. 현존하는 대형 척추동물의 신종이 출현할 가능성은 낮고, 반면에 먹이 사슬의 단축이 일어날 가능성은 높다.
2. 2. 기후 변화
인간은 생물권에서 중요한 역할을 하며, 인구가 증가함에 따라 지구상의 많은 생태계를 좌우하고 있다. 인류의 영향으로 홀로세에 대량 멸종이 진행중이며, 1950년대부터 이러한 대규모 종의 멸종은 생물 위기라고 불린다. 2007년 시점에서 전체 종의 10%가 사라진 것으로 추정된다. 현재 속도라면, 향후 100년 동안 전체 종의 약 30%가 멸종 위기에 처할 것이다. 홀로세 멸종을 일으키는 요인으로는 서식지 파괴, 외래종의 확산, 사냥, 그리고 기후 변화가 꼽힌다. 현대에 이르러, 인류의 활동은 지구 표면에 중대한 영향을 미치고 있다. 지표면적의 3분의 1 이상이 인류에 의해 개조되었으며, 지구상의 기초 생산의 20%를 인류가 사용하고 있다. 산업 혁명 시작 이후, 대기 중의 이산화 탄소 농도는 30% 가까이 상승했다.장기화된 생물 위기가 가져올 영향은 최소 500만 년 이상 지속될 것으로 예측된다. 그 결과, 생물 다양성의 감소나 생물군계의 균일화, 변화에 잘 적응하는 기회주의적 종 (해충, 잡초 등)의 확산이 초래될 수 있다. 한편, 신종의 출현도 예상된다. 특히, 인류의 영향이 큰 생태계에서 번성하는 분류군은 급속하게 다양화되어 많은 신종을 만들어낼 가능성이 있다. 미생물은 영양이 풍부한 생태적 지위(틈새)의 증가로 인해 혜택을 받을 가능성이 높다. 현존하는 대형 척추동물의 신종이 출현할 가능성은 낮고, 반면에 먹이 사슬의 단축이 일어날 가능성은 높다.
3. 천문학적 사건
지구의 미래는 다양한 천문학적 사건에 의해 영향을 받을 수 있다. 태양이 은하수를 공전하면서 다른 별과 가까워지면 태양계에 혼란을 일으킬 수 있다. 특히, 오르트 구름의 혜성 궤도가 변경되어 지구와 충돌할 위험이 커진다. 이러한 현상은 평균 4500만 년에 한 번 발생한다.
소행성이나 혜성 충돌, 근지구 초신성 폭발과 같은 사건은 지구 생태계에 심각한 위협을 초래할 수 있다. 특히, 직경 5km 에서 10km 이상의 천체 충돌은 지구 전체에 환경 재앙을 일으켜 대량 멸종을 유발할 수 있으며, 이는 과거에도 여러 차례 발생했다. 초신성 폭발은 은하에서 평균 40년에 한 번 발생하며, 100광년 이내에서 발생하는 근지구 초신성은 지구 생물권에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
장기적으로 행성 간 중력 섭동의 영향이 누적되면 태양계 전체가 카오스적으로 변할 수 있다. 수십억 년 후에는 행성 궤도가 예측 불가능해지며, 지구와 다른 행성 간의 충돌 가능성도 존재한다.
3. 1. 소행성 및 혜성 충돌
태양이 은하를 공전하는 과정에서 다른 항성이 우발적으로 접근하여 태양계에 파괴적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 오르트 구름은 태양으로부터 0.5광년 이내의 궤도를 도는 얼음 천체들로 이루어진 구름인데, 다른 항성과의 근접 조우는 이 오르트 구름에 속하는 혜성의 근일점 거리를 현저하게 감소시킨다. 그 결과, 항성의 접근에 의해 내태양계에 도달하는 혜성의 수가 40배로 증가할 수 있다. 혜성이 지구와 충돌하면 지구상의 생명이 대량 절멸할 수 있다. 이러한 항성의 접근은 평균 4500만 년에 한 번씩 발생한다. 태양 근처에서 태양과 다른 항성이 충돌할 가능성은 매우 낮다.
직경 이상의 소행성 또는 혜성이 지구와 충돌하면, 그 에너지로 인해 지구 전체에 환경 재앙이 발생하고, 수많은 생물 종이 멸종할 수 있다. 대규모 충돌로 흩날리는 미세 먼지 구름은 지구를 덮어 가리고, 1주일 안에 지표 온도를 약 낮추며, 광합성도 수개월 동안 중단된다. 이러한 대규모 천체 충돌은 최소 1억 년에 한 번씩 발생하는 것으로 추정된다. 과거 5억 4천만 년 동안 이러한 충돌로 인해 5~6회의 대량 멸종과, 이보다 덜 심각한 20~30개의 사건이 발생했다는 시뮬레이션 결과가 있다. 이는 현생 이언에서의 대규모 멸종에 대한 지질학적 기록과 일치한다. 따라서 미래에도 천체 충돌로 인한 재앙은 계속될 것으로 보인다.
초신성은 항성이 폭발하는 현상이며, 우리 은하에서는 평균 40년에 한 번씩 초신성 폭발이 발생한다. 지구 역사상 100광년 이내에서 발생한 초신성 폭발이 여러 번 있었을 가능성이 있다. 이 거리 내에서 초신성 폭발이 일어나면 방사성 동위원소로 지구가 오염되고 생물권에 영향을 줄 수 있다. 초신성이 방출하는 감마선은 대기 중의 질소와 반응하여 아산화 질소를 생성하는데, 이는 태양의 자외선으로부터 지상을 보호하는 오존층을 파괴한다. UV-B 자외선이 10~30%만 증가해도 해양 먹이 사슬의 기초를 이루는 식물 플랑크톤을 비롯한 지구 생명체에 큰 영향을 미친다. 26광년 거리에서 초신성 폭발이 일어나면 오존층의 밀도가 절반으로 줄어든다. 32광년 이내 거리에서 초신성 폭발은 수억 년에 한 번씩 발생하며, 이로 인해 수 세기 동안 오존층이 감소한다. 앞으로 20억 년 동안 지구 생물권에 큰 영향을 미치는 초신성 폭발은 약 20회, 감마선 폭발은 1회 발생할 것으로 예측된다.
행성 간의 중력 섭동이 점차 증가하면서 장기적으로 내태양계 전체가 카오스적으로 움직이게 된다. 수백만 년 정도의 기간에는 이 현상이 태양계의 안정성에 큰 영향을 주지 않지만, 수십억 년 후에는 행성들의 궤도가 예측 불가능해진다. 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면, 향후 50억 년 동안 지구와 다른 행성(수성, 금성, 화성)이 충돌할 확률은 1% 미만이다. 같은 기간 동안, 지나가는 항성의 중력 때문에 지구가 태양계 밖으로 튕겨 나갈 확률은 10만 분의 1 정도이다. 만약 이런 일이 실제로 일어난다면, 지구의 바다는 수백만 년 안에 얼어붙고, 지하 에 약간의 액체 상태의 물만 남게 된다. 하지만 지구가 지나가는 쌍성계의 궤도에 포착되어 생물권이 보존될 가능성도 있는데, 그 확률은 약 300만 분의 1이다.
3. 2. 근지구 초신성
초신성은 항성이 극적으로 폭발하는 현상이며, 은하에서는 초신성 폭발이 평균 40년에 한 번 발생한다. 지구 역사에서 100광년 이내에서 발생했을 가능성이 높은 초신성을 근지구 초신성이라고 한다. 근지구 초신성은 방사성 동위원소로 지구를 오염시키고 생물권에 영향을 줄 수 있다. 초신성이 방출하는 감마선은 대기 중의 질소와 반응하여 아산화 질소를 생성하는데, 이는 태양의 자외선으로부터 지상을 보호하는 오존층을 파괴한다. UV-B 자외선이 10~30% 증가하는 것만으로도 지구상의 생명, 특히 해양 먹이 사슬의 토대를 이루는 식물 플랑크톤에 막대한 영향을 준다. 26광년 거리에서의 초신성 폭발은 오존의 기둥 밀도를 절반으로 줄이며, 32광년 이내 거리에서는 수억 년에 한 번 발생하여 수세기에 걸쳐 오존층 감소를 일으킨다. 향후 20억 년 동안 지구 생물권에 큰 영향을 미치는 초신성 폭발은 약 20회, 감마선 폭발은 1회 발생할 것으로 예측된다.
3. 3. 태양계 내 천체와의 상호작용
태양이 은하를 공전하는 과정에서 다른 항성이 우발적으로 접근하여 태양계에 파괴적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 다른 항성과의 근접 조우는 오르트 구름에 속하는 혜성의 근일점 거리를 현저하게 감소시킨다(오르트 구름은 태양의 0.5광년 이내의 궤도를 도는, 얼음 천체군에 의한 구각 모양의 영역). 그 결과, 항성의 접근에 의해 내태양계에 도달하는 혜성의 수가 40배로 증가할 수 있다. 혜성의 지구 충돌은 지구상의 생명이 대량 절멸하는 방아쇠가 될 수 있다. 파괴적인 영향을 미치는 항성의 접근은 4500만 년에 한 번의 평균 빈도로 발생한다. 태양과 태양 근방에 존재하는 다른 항성과의 충돌이 발생하는 평균 간격은 약 30조 년이지만, 이것은 은하의 추정 연령(138억 년)보다 훨씬 길며, 그러한 사건이 지구의 일생에서 일어날 확률이 낮음을 보여준다.
직경 이상의 소행성 또는 혜성의 충돌에 의한 에너지는 지구 규모의 환경 재앙을 일으키기에 충분하며, 종의 멸종에 통계적으로 유의한 증가를 가져온다. 대규모 충돌로 흩날리는 미세 먼지 구름은 지구를 덮어 가리고, 1주일 안에 지표 온도를 약 낮추며, 광합성도 수개월에 걸쳐 중단된다. 대규모 천체의 충돌이 발생하는 평균 간격은 최소 1억 년으로 추정된다. 시뮬레이션에 따르면, 이러한 충돌 빈도는 과거 5억 4천만 년 동안 5~6회의 대량 멸종과, 이보다 심각도가 낮은 20~30개의 사건을 일으켰다고 한다. 이 숫자는 현생 이언에서의 대규모 멸종의 지질 기록과 일치한다. 천체의 충돌에 의한 재앙은 미래에도 계속될 것으로 보인다.
초신성은 항성의 극적인 폭발이며, 은하에서는 초신성 폭발이 40년에 한 번의 평균 빈도로 발생하고 있다. 지구 역사에서는 다수의 초신성 폭발이 100광년 이내의 거리에서 발생했을 가능성이 높다. 지구에서 100광년 이내에서의 초신성 폭발은 방사성 동위원소로 지구를 오염시키고 생물권에 영향을 줄 수 있다. 초신성이 발하는 감마선은 대기 중의 질소와 반응하여 아산화 질소를 생성한다. 아산화 질소의 발생은 태양의 자외선으로부터 지상을 보호하고 있는 오존층의 파괴를 일으킨다. UV-B 자외선이 10~30 퍼센트 증가하는 것만으로도, 지구상의 생명(특히, 해양 먹이 사슬의 토대를 이루는 식물 플랑크톤)은 막대한 영향을 받게 된다. 지구에서 26광년 거리에서의 초신성 폭발은 오존의 기둥 밀도를 반감시킨다. 지구에서 32광년 이내 거리에서의 초신성 폭발은 수억 년에 한 번의 평균 빈도로 발생하며, 수세기에 걸쳐 지속되는 오존층의 감소가 일어나고 있다. 향후 20억 년 동안, 지구의 생물권에 큰 영향을 미치는 초신성 폭발은 약 20회, 감마선 폭발은 1회 발생할 것으로 예측된다.
점차 증가하는 행성 간의 중력 섭동의 영향은 장기간에 걸친 내태양계 전체의 카오스적 행동을 일으킨다. 수백만 년 이하의 기간에서는, 이 현상이 태양계의 안정성에 큰 영향을 미치지 않지만, 수십억 년이라는 기간에서는 태양계의 행성 궤도가 예측 불가능하게 된다. 태양계 진화의 컴퓨터 시뮬레이션에서는, 향후 50억 년 동안 지구와 다른 행성(수성, 금성 또는 화성)의 충돌이 일어날 확률은 작다(1 퍼센트 미만)는 것을 시사하고 있다. 같은 기간에, 지나가는 항성의 중력에 의해 지구가 태양계에서 던져질 확률은 약 10만 분의 1이다. 그것이 실제로 일어난 경우, 해양은 수백만 년 안에 동결되고, 약간의 액체 물이 지하 에 남겨진다. 동결되는 대신, 지구가 지나가는 쌍성계의 궤도에 올라, 생물권이 무사하게 보존될 가능성도 약간 있다. 그 확률은 약 300만 분의 1이다.
4. 지구의 자전과 궤도
태양계 내 다른 행성들의 중력 섭동은 지구의 궤도와 지축의 기울기에 변화를 준다. 이러한 변화는 지구의 기후에 영향을 미칠 수 있다.
캐나다 지질학자이자 하버드 대학교의 폴 F. 호프만은 대륙의 현재 움직임을 추론했다. 1992년 호프만은 북아메리카와 남아메리카 대륙이 시베리아를 중심으로 회전하면서 태평양을 가로질러 계속 전진하여 아시아와 합쳐질 것이라고 예측했다. 그는 이로 인해 생성되는 초대륙을 아마시아라고 명명했다. 1990년대에 로이 리버모어는 비슷한 시나리오를 계산했다. 그는 남극 대륙이 북쪽으로 이동하고, 동아프리카와 마다가스카르가 인도양을 가로질러 아시아와 충돌할 것이라고 예측했다.
스코티즈와 그의 동료들은 Paleomap Project의 일환으로 수억 년 후의 미래까지 대륙의 움직임을 정밀하게 제시했다. 스코티즈 등의 시나리오에서는 현재로부터 5000만 년 후에는 지중해가 소멸하고 유럽과 아프리카의 충돌로 현재의 페르시아 만 위치까지 뻗어 있는 산맥이 탄생한다. 오스트레일리아는 인도네시아와 합체하고, 바하 캘리포니아 반도는 해안을 따라 북상한다. 새로운 섭입대가 북아메리카와 남아메리카 대륙의 동쪽 해상에 나타나 동쪽 해안선을 따라 산맥이 형성된다. 남쪽에서는 남극의 북상으로 인해 남극 빙상은 모두 융해되고, 마찬가지로 그린란드 빙상도 융해되기 때문에, 해양 평균 수위는 90m 상승한다. 대륙의 집중은 지구의 기후에 변동을 가져온다.
이 시나리오에서는 대륙의 확장은 현재로부터 1억 년 후에 최고조에 달하고, 그 후 모든 대륙의 합체가 시작된다. 2억 5000만 년 후에는 북아메리카가 아프리카와 충돌하고, 동시에 남아메리카는 아프리카의 남단을 감싸는 듯이 합체한다. 대륙의 합체로 새롭게 하나의 초대륙(판게아 울티마로 알려짐)이 형성되고, 한편으로 확대된 태평양은 지구의 절반 영역에 걸쳐 넓어진다. 남극 대륙은 방향을 180도 전환하여 남극점으로 돌아가 새롭게 빙모를 형성한다.
달의 조석 가속은 지구의 자전 속도를 늦추고 지구-달 거리를 증가시킨다. 내핵과 지구 맨틀 사이, 그리고 대기와 표면 사이의 마찰 효과는 지구의 회전 에너지를 소산시킨다. 이러한 결합된 효과는 향후 2억 5천만 년 동안 지구 자전의 하루 길이가 1.5시간 이상 증가하고, 자전축 기울기가 약 0.5도 증가할 것으로 예상된다. 같은 기간 동안 달까지의 거리는 지구 반지름의 약 1.5배 증가할 것이다.
4. 1. 빙하기와 간빙기
역사적으로 지구에는 대륙의 고위도를 주기적으로 덮는 빙상으로 이루어진 순환적인 빙하기가 있었다. 빙하기는 판 구조론에 의해 유도된 해양 순환과 대륙의 변화 때문에 발생할 수 있다.[2] 밀란코비치 이론은 빙하기가 기후 피드백 메커니즘과 결합된 천문학적 요인 때문에 발생한다고 예측한다. 주요 천문학적 요인은 정상보다 높은 궤도 이심률, 낮은 축 기울기 (또는 경사), 그리고 북반구의 하지가 원일점과 일치하는 것이다. 이러한 각 효과는 주기적으로 발생한다. 예를 들어, 이심률은 약 10만 년 및 40만 년의 시간 주기로 변하며, 값은 0.01 미만에서 최대 0.05까지 다양하다. 이는 행성 궤도의 단반지름이 장반지름의 99.95%에서 99.88%로 변하는 것과 같다.
지구는 제4기 빙하기라고 알려진 빙하기를 지나고 있으며, 현재는 홀로세 간빙기에 있다. 이 기간은 일반적으로 약 2만 5천 년 후에 끝날 것으로 예상된다.[3] 그러나 인간이 대기로 배출하는 이산화탄소의 증가율로 인해 다음 빙하기의 시작이 적어도 지금부터 5만~13만 년까지 지연될 수 있다. 반면에, 유한한 기간의 지구 온난화 기간(2200년까지 화석 연료 사용이 중단될 것이라는 가정에 근거함)은 아마도 약 5천 년 동안만 빙하기에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 몇 세기 동안의 온실 가스 배출로 유도된 짧은 기간의 지구 온난화는 장기적으로 제한적인 영향만 미칠 것이다.
4. 2. 자전축 변화
달의 조석 가속은 지구의 자전 속도를 늦추고 지구-달 거리를 증가시킨다. 내핵과 지구 맨틀 사이, 그리고 대기와 표면 사이의 마찰 효과는 지구의 회전 에너지를 소산시킨다. 이러한 결합된 효과는 향후 2억 5천만 년 동안 지구 자전의 하루 길이가 1.5시간 이상 증가하고, 자전축 기울기가 약 0.5도 증가할 것으로 예상된다. 같은 기간 동안 달까지의 거리는 지구 반지름의 약 1.5배 증가할 것이다.
컴퓨터 모델에 따르면, 달의 존재는 지구의 자전축 기울기를 일정하게 유지해주며, 이는 지구가 극심한 기후 변동을 피하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 안정성은 달이 지구 자전축의 세차 운동 속도를 증가시켜 회전의 세차 운동과 행성 궤도면의 세차 운동(즉, 황도의 세차 운동) 사이의 공명을 피함으로써 달성된다. 그러나 달의 궤도의 궤도 장반경은 계속 증가하고 있으며, 이에 맞춰 적도 경사각의 안정 작용도 감소해 간다. 미래의 어느 시점에서 섭동 효과가 지구의 적도 경사각에 혼란스러운 변동을 일으킬 가능성이 높다. 그 경우, 궤도면에 대한 적도 경사각은 최대 90도에 달한다. 이 대변동은 현재부터 15억 년 후 - 45억 년 사이에 일어날 것으로 예상된다.
지축이 크게 기울어진 상태는 지구의 거주 가능성을 붕괴시킬 가능성이 높다. 지구의 적도 경사각이 54도를 넘으면 적도 상의 연간 일사량은 극지보다 적어진다. 지구는 최장 1000만 년 동안 적도 경사각이 60도 - 90도의 상태를 유지할 수 있다.
5. 지구 내부 변화
판 구조론에 기반한 현상은 미래에도 계속 발생할 것이며, 지표면은 구조 융기, 압출 및 침식에 의해 꾸준히 재형성될 것이다. 베수비오 산은 향후 1,000년 동안 약 40번 폭발할 것으로 예상된다. 같은 기간 동안 샌앤드리아스 단층을 따라 규모 8 이상의 지진이 5~7회 발생할 것으로 보이며, 전 세계적으로 규모 9의 지진이 약 50회 발생할 것으로 예상된다. 마우나 로아는 향후 1,000년 동안 약 200번의 분화를 경험할 것이며, 올드 페이스풀 간헐천은 작동을 멈출 가능성이 높다. 나이아가라 폭포는 상류로 계속 후퇴하여 약 30,000~50,000년 안에 버팔로에 도달할 것이다. 슈퍼화산 폭발은 가장 영향력 있는 지질학적 위험으로, 1000km3 이상의 파편 물질을 생성하고 수천 제곱 킬로미터를 화산재 퇴적물로 덮는다. 하지만 상대적으로 드물게 발생하며, 평균적으로 10만 년에 한 번 발생한다.
10,000년 후에는 발트해의 빙하 후 반등으로 인해 수심이 약 90m 감소할 것이다. 허드슨 만은 같은 기간 동안 수심이 100m 감소할 것이다. 100,000년 후에는 하와이 섬이 약 9km 북서쪽으로 이동할 것이다. 이 무렵 지구는 또 다른 빙하기에 접어들 수 있다.
지구 내부 변화와 관련하여, 지구의 철이 풍부한 핵은 지름이 2440km인 고체 내핵과 지름이 6960km인 액체 외핵으로 나뉜다. 지구 자전은 외핵에서 대류 소용돌이를 생성하여 다이나모 역할을 하게 한다. 이는 지구 주위에 자기권을 생성하여 태양풍으로부터 입자를 막아 스퍼터링으로 인한 대기 침식을 막는다. 핵에서 맨틀로 열이 전달되면서 액체 외핵 내부 경계가 얼어붙어 열에너지를 방출하고 고체 내핵이 성장한다. 이 철 결정화 과정은 약 10억 년 동안 진행되어 왔으며, 현재 내핵 반지름은 외핵을 희생하며 연평균 약 0.5mm씩 확장되고 있다. 다이나모에 필요한 에너지 대부분은 이 내핵 형성 과정에서 공급된다.
장기적으로 내핵은 성장하여 외핵을 소비하게 되고, 이는 자기 다이나모 소실로 이어질 수 있다. 자기 다이나모가 작동하지 않으면 지구 자기장은 쇠퇴하고, 자기권 소실로 인해 가벼운 원소들이 우주로 침식되어 생명체에 불리한 조건이 초래될 수 있다.
5. 1. 판 구조 운동
판 구조론에 따르면 지구의 대륙은 연간 수 센티미터의 속도로 표면을 이동하고 있다. 이러한 현상은 계속될 것으로 예상되며, 판의 이동과 충돌을 일으킬 것이다. 대륙 이동은 지구 내부에서 생성되는 에너지와 수권의 존재라는 두 가지 요인에 의해 촉진된다. 이 중 하나라도 소실되면 대륙 이동은 중단될 것이다. 방사성 붕괴를 통한 방사열의 생성은 최소한 앞으로 11억 년 동안 맨틀 대류와 판 섭입을 유지하기에 충분하다.현재 북아메리카와 남아메리카 대륙은 아프리카와 유럽에서 서쪽으로 이동하고 있다. 연구자들은 이러한 현상이 미래에 어떻게 지속될지에 대한 몇 가지 시나리오를 제시했다. 이러한 지구역학 모델은 해양 지각이 대륙 아래로 이동하는 섭입 유속에 따라 구분될 수 있다. 내향 모델에서는 젊고 내부적인 대서양이 우선적으로 섭입되어 현재 북아메리카와 남아메리카의 이동 방향이 반전된다. 외향 모델에서는 더 오래되고 외부적인 태평양이 우선적으로 섭입되고 북아메리카와 남아메리카가 동아시아 방향으로 이동한다.
지구 역학에 대한 이해가 향상됨에 따라 이러한 모델은 수정될 것이다. 예를 들어, 2008년에는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 향후 1억 년 동안 맨틀 대류의 재조직화가 일어나 아프리카, 유라시아, 호주, 남극 대륙 및 남아메리카로 구성된 새로운 초대륙이 남극 대륙 주변에 형성될 것이라고 예측했다.
대륙 이동의 결과에 관계없이, 지속적인 섭입 과정은 물이 맨틀로 수송되도록 한다. 현재로부터 10억 년 후, 지구 물리학적 모델은 현재 해양 질량의 27%가 섭입될 것이라고 추정한다. 이 과정이 미래에도 수정 없이 계속된다면, 섭입과 방출은 현재 해양 질량의 65%가 섭입된 후에 평형에 도달할 것이다.
크리스토퍼 스코티스(Christopher Scotese)와 그의 동료들은 고대 지도 프로젝트(Paleomap Project)의 일환으로 수억 년 후의 예상 움직임을 지도화했다. 그들의 시나리오에 따르면, 5천만 년 후에는 지중해가 사라지고 유럽과 아프리카의 충돌로 페르시아 만이 있는 곳까지 뻗어 있는 긴 산맥이 생길 것이다. 호주는 인도네시아와 합쳐지고, 바하 캘리포니아(Baja California)는 해안을 따라 북쪽으로 이동할 것이다. 북아메리카와 남아메리카 동부 해안에는 새로운 섭입대가 나타날 수 있으며, 그 해안선을 따라 산맥이 형성될 것이다. 남극 대륙이 북쪽으로 이동하면 남극 빙상(Antarctic ice sheet)의 모든 얼음이 녹을 것이다. 이는 그린란드 빙상(Greenland ice sheet)의 융해와 함께 평균 해수면을 높일 것이다. 대륙의 내륙 홍수는 기후 변화를 초래할 것이다.
이 시나리오가 계속되면, 현재로부터 1억 년이 되면 대륙 확장이 최대 규모에 도달하고 대륙은 합쳐지기 시작할 것이다. 2억 5천만 년 후에는 북아메리카가 아프리카와 충돌할 것이다. 남아메리카는 아프리카 남단을 감쌀 것이다. 그 결과 새로운 초대륙(때로는 팡게아 울티마(Pangaea Ultima)라고 불림)이 형성되고 태평양이 지구의 절반을 가로지를 것이다. 남극 대륙은 방향을 바꿔 남극으로 돌아가 새로운 얼음 덮개를 형성할 것이다.
5. 2. 외핵 응고
지구의 핵은 지름 2440km인 고체 내핵과 지름 6960km인 액체 외핵으로 나뉜다. 지구 자전은 외핵에 대류 소용돌이를 만들어 다이나모 역할을 하게 한다. 이는 자기권을 생성하여 태양풍으로부터 입자를 막아 스퍼터링으로 인한 대기 침식을 막는다. 핵에서 맨틀로 열이 전달되면서 액체 외핵의 내부 경계가 얼어붙어 열에너지를 방출하고 고체 내핵이 성장한다. 이 철 결정화 과정은 약 10억 년 동안 진행되어 왔으며, 현재 내핵 반지름은 외핵을 희생하며 연평균 약 0.5mm씩 확장되고 있다. 다이나모에 필요한 에너지의 대부분은 이 내핵 형성 과정에서 공급된다.내핵은 지금으로부터 30억~40억 년 안에 외핵의 대부분 또는 전부를 소비하여 철과 다른 중금속으로 구성된 거의 완전히 굳어진 핵을 형성할 것으로 예상된다. 남은 액체 층은 혼합이 덜 일어나는 더 가벼운 원소로 주로 구성될 것이다. 또는, 판 구조 활동이 중단되면 내부가 덜 효율적으로 냉각되어 내핵 성장이 느려지거나 멈출 수도 있다. 어느 경우든 이는 자기 다이나모의 소실로 이어질 수 있다. 다이나모가 작동하지 않으면 지구의 자기장은 약 10,000년 안에 쇠퇴할 것이다. 자기권의 소실은 가벼운 원소, 특히 수소가 지구 외기권에서 우주로 침식되는 것을 증가시켜 생명체에 덜 유리한 조건을 초래할 것이다.
6. 태양의 진화
태양은 수소를 헬륨으로 바꾸는 핵융합 반응을 통해 에너지를 얻는다. 이 반응은 양성자-양성자 연쇄 반응이라고 불리며, 태양 중심부에서 일어난다. 태양핵에서는 대류가 일어나지 않아, 핵융합으로 만들어진 헬륨은 태양 전체로 퍼지지 않고 중심부에 쌓인다. 태양 중심부의 온도는 삼중 알파 과정이라는 헬륨 핵융합 반응이 일어나기에는 너무 낮아, 헬륨은 태양의 정역학적 평형을 유지하는 데 필요한 에너지를 만드는 데 기여하지 못한다.
현재 태양 중심부에 있는 수소의 거의 절반이 사용되었고, 남은 부분은 대부분 헬륨으로 채워져 있다. 수소 원자 수가 줄어들면서 핵융합으로 만들어지는 에너지도 줄어든다. 이로 인해 중심부의 압력이 낮아져 수축이 시작되고, 밀도와 온도가 높아져 중심부의 압력이 상층부의 중력과 균형을 이룰 때까지 수축이 계속된다. 온도가 높아지면 남아있는 수소의 핵융합 반응 효율이 높아져, 이 균형을 유지하는 데 필요한 에너지가 만들어진다.
이러한 과정은 태양의 에너지 출력을 꾸준히 증가시킨다. 태양이 처음 주계열성이 되었을 때는 현재 밝기의 70%에 불과했다. 광도는 1억 1천만 년마다 1%씩 거의 직선적으로 증가해 왔다. 30억 년 후에는 현재보다 33% 더 밝아질 것으로 예상된다. 50억 년 후에는 중심핵의 수소가 고갈되어 현재보다 67% 더 밝아진다. 이후 중심핵 주변의 껍질에서 수소 핵융합이 계속되며, 이 과정은 태양이 현재보다 121% 더 밝아질 때까지 계속된다. 이 시점에서 태양은 주계열성 단계를 마치고, 준거성 단계를 거쳐 적색 거성으로 진화한다.
중심핵의 수소가 고갈될 즈음 은하수와 안드로메다 은하의 충돌이 시작될 가능성이 높다. 이 충돌로 태양계가 새로 형성되는 은하에서 튕겨 나갈 수 있지만, 태양과 행성들에 악영향을 줄 가능성은 낮다.
6. 1. 광도 증가
태양의 에너지 생성은 수소가 헬륨으로 핵융합하는 것에 기반한다. 이 과정은 별의 중심부에서 양성자-양성자 연쇄 반응을 통해 일어난다. 태양핵에는 대류가 일어나지 않기 때문에 헬륨 농도는 별 전체에 퍼지지 않고 핵에 쌓인다. 태양 핵의 온도는 삼중 알파 과정을 통한 헬륨 원자의 핵융합이 일어나기에는 너무 낮아, 이 원자들은 태양의 정역학적 평형을 유지하는 데 필요한 에너지 생성에 기여하지 않는다.현재 핵에 있는 수소의 거의 절반이 소모되었으며, 나머지는 주로 헬륨으로 구성되어 있다. 단위 질량당 수소 원자 수가 줄어듦에 따라 핵융합으로 공급되는 에너지 출력도 감소한다. 이로 인해 압력 지지가 감소하여 핵이 수축되고, 밀도와 온도가 증가하여 핵 압력이 위의 층과 평형을 이루게 된다. 더 높은 온도는 남아있는 수소가 더 빠른 속도로 핵융합을 겪게 하여 평형을 유지하는 데 필요한 에너지를 생성한다.
이 과정의 결과로 태양의 에너지 출력은 꾸준히 증가한다. 태양이 처음 주계열성이 되었을 때, 현재 광도의 70%만을 방출했다. 광도는 현재까지 거의 선형적으로 증가하여 1억 1천만 년마다 1%씩 늘어났다. 30억 년 안에 태양은 33% 더 밝아질 것으로 예상된다. 핵의 수소 연료는 50억 년 안에 고갈될 것이며, 그때 태양은 현재보다 67% 더 밝아질 것이다. 그 후, 태양은 현재 광도의 121%에 도달할 때까지 핵을 둘러싼 껍질에서 수소를 계속 태울 것이다. 이는 태양의 주계열성 수명이 끝남을 의미하며, 이후 준거성 단계를 거쳐 적색 거성으로 항성 진화할 것이다.
이때, 안드로메다-은하 충돌이 진행될 것이다. 이로 인해 태양계가 새로 결합된 은하에서 방출될 수 있지만, 태양이나 행성에 부정적인 영향을 미칠 가능성은 낮다.
6. 2. 적색 거성 단계
태양의 에너지 생성은 수소가 헬륨으로 핵융합하는 것에 기반한다. 이것은 별의 중심부에서 양성자-양성자 연쇄 반응 과정을 사용하여 발생한다. 태양핵에는 대류 영역이 없기 때문에 헬륨 농도는 별 전체에 분산되지 않고 해당 영역에 축적된다. 태양의 핵에서 온도는 삼중 알파 과정을 통한 헬륨 원자의 핵융합에 너무 낮아서 이러한 원자는 태양의 정역학적 평형을 유지하는 데 필요한 순 에너지 생성에 기여하지 않는다.현재, 핵의 수소의 거의 절반이 소모되었으며, 나머지 원자는 주로 헬륨으로 구성되어 있다. 단위 질량당 수소 원자 수가 감소함에 따라 핵융합을 통해 제공되는 에너지 출력도 감소한다. 이로 인해 압력 지지가 감소하여 핵이 수축되어 밀도와 온도가 증가하여 핵 압력이 위의 층과 평형을 이루게 된다. 더 높은 온도는 남아있는 수소가 더 빠른 속도로 핵융합을 겪게 하여 평형을 유지하는 데 필요한 에너지를 생성한다.
이 과정의 결과는 태양의 에너지 출력이 꾸준히 증가하는 것이다. 태양이 처음 주계열성이 되었을 때, 그것은 현재 광도의 70%만을 방출했다. 광도는 현재까지 거의 선형적으로 증가하여 1억 1천만 년마다 1%씩 상승했다. 마찬가지로, 30억 년 안에 태양은 33% 더 밝아질 것으로 예상된다. 핵의 수소 연료는 50억 년 안에 마침내 고갈될 것이며, 그때 태양은 현재보다 67% 더 밝아질 것이다. 그 후, 태양은 광도가 현재 값보다 121%에 도달할 때까지 핵을 둘러싼 껍질에서 수소를 계속 태울 것이다. 이것은 태양의 주계열성 수명이 끝나는 것을 의미하며, 그 후 준거성 단계를 거쳐 적색 거성으로 항성 진화할 것이다.
태양이 핵에서 수소를 태우는 것에서 핵 주변의 껍질에서 수소를 태우는 것으로 바뀌면 핵은 수축하기 시작하고 외부 껍질은 팽창할 것이다. 총 광도는 121억 6700만 년에 현재 광도의 2,730배에 도달할 때까지 그 후 10억 년 동안 꾸준히 증가할 것이다. 지구 대기의 대부분은 우주로 손실될 것이다. 표면은 금속과 금속 산화물로 이루어진 용암 바다와 내화성 물질의 빙산으로 구성될 것이며, 표면 온도는 이상에 도달할 것이다. 태양은 더 빠른 질량 손실을 경험하여 총 질량의 약 33%가 태양풍으로 배출될 것이다. 질량 손실은 행성의 궤도가 팽창한다는 것을 의미한다. 지구의 궤도 거리는 현재 값의 최대 150%까지 증가할 것이다(즉, 1.5AU).
태양이 붉은 거성으로 팽창하는 가장 빠른 부분은 태양의 나이가 약 120억 년이 될 때 마지막 단계에서 발생할 것이다. 수성과 금성을 삼킬 정도로 팽창하여 최대 반지름 1.2AU에 도달할 것이다. 지구는 태양의 외부 대기와 조석 작용을 일으켜 지구의 궤도 반경을 감소시킬 것이다. 태양의 채층으로부터의 항력은 지구의 궤도를 줄일 것이다. 이러한 효과는 태양에 의한 질량 손실의 영향을 상쇄할 것이며, 태양은 앞으로 약 75억 9천만 년 안에 지구를 삼킬 것이다.
태양 대기로부터의 항력은 달의 궤도를 붕괴시킬 수 있다. 달의 궤도가 18470km 거리로 가까워지면 지구의 로슈 한계를 넘게 되며, 이는 지구와의 조석 작용으로 달이 파괴되어 고리 시스템으로 변한다는 것을 의미한다. 궤도 고리의 대부분은 붕괴되기 시작하고 파편은 지구에 충돌할 것이다. 따라서 태양이 지구를 삼키지 않더라도 지구는 달이 없는 상태로 남을 수 있다. 또한, 태양을 향해 붕괴하는 궤도로 떨어지면서 발생하는 절제 및 기화로 인해 지구의 맨틀이 제거되어 핵만 남게 되며, 이 핵은 최대 200년 후에 결국 파괴될 것이다. 지구의 유일한 유산은 이 사건 이후 태양 금속 함량의 아주 약간의 증가(0.01%)일 것이다.
참조
[1]
간행물
ニュートン2016年4月号
[2]
뉴스
“時間”はあと50億年で終わる？
https://archive.is/Z[...]
ナショナルジオグラフィック (雑誌)
[3]
서적
Solar System Dynamics
https://books.google[...]
Cambridge University Press
1999
[4]
서적
From the Big Bang to Planet X
Camden House
1993
[5]
서적
Origin of the Earth and Moon
https://books.google[...]
University of Arizona Press
2000
[6]
웹사이트
Earth and Moon May Be on Long-Term Collision Course
https://www.forbes.c[...]
2017-01-31
[7]
웹사이트
Binary Stars can eject planets into interstellar space : Astronomy & Space Science
http://www.rationals[...]
Rational Skepticism Forum
2017-12-15
[8]
논문
Time Without End: Physics and Biology in an Open Universe
http://www.aleph.se/[...]
2008-07-05
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