케랄라의 붉은 비

1. 개요

케랄라의 붉은 비는 2001년 7월, 인도 케랄라 주에서 발생한 특이한 현상으로, 붉은색 입자가 섞인 비가 내렸다. 이 현상은 코타얌 구와 이두키 구에서 처음 보고되었으며, 이후 인근 지역에서도 관찰되었다. 붉은 비의 입자는 주로 4~10μm 크기의 구형 또는 타원형 입자였으며, 탄소와 산소, 규소, 철 등을 포함하는 것으로 분석되었다.

초기에는 유성 폭발이나 사막 먼지, 화산재 등이 원인으로 추정되었으나, 이후 연구를 통해 붉은 비의 주성분이 지의류의 포자임이 밝혀졌다. 이와는 별개로, 붉은 비가 외계 생명체의 유입으로 인한 현상이라는 가설도 제기되었지만, 과학계의 광범위한 지지를 받지는 못했다. 붉은 비 현상은 영화의 소재로 활용되기도 했다.

2. 발생

케랄라의 유색 비는 2001년 7월 25일에 이 주의 남부에 위치한 코타얌 구와 이두키 구에서 내리기 시작했다. 노란색, 녹색, 검은색 비도 보고되었다. 이후 10일 동안 붉은 비가 더 많이 발생했고, 9월 말까지 빈도가 점차 감소했다. 현지인들에 따르면 최초의 유색 비가 내리기 전에 큰 천둥 소리와 섬광이 있었고, 그 후에는 나무 숲에서 쪼글쪼글하고 회색의 "탄" 잎이 떨어졌다. 쪼글쪼글한 잎과 우물의 사라짐과 갑작스러운 형성이 그 지역에서 비슷한 시기에 보고되었다.

붉은 비는 일반적으로 몇 제곱킬로미터를 넘지 않는 작은 지역에 내렸으며, 때로는 붉은 비가 내리는 곳에서 불과 몇 미터 떨어진 곳에 일반적인 비가 내리는 정도로 국지적이었다. 붉은 비는 일반적으로 20분 미만으로 지속되었다. 빗물 1밀리리터당 약 9백만 개의 붉은 입자가 들어 있었다. 이 수치를 붉은 비가 내린 총량에 추정하여 계산하면 케랄라에 50000kg (50ton)의 붉은 입자가 떨어진 것으로 추정되었다.

3. 입자의 특성

붉은 빗물에서 분리된 갈색 적색 고체는 약 90%가 둥근 붉은 입자였고 나머지는 부스러기였다. 빗물에 현탁된 입자들이 빗물의 색을 띠게 했으며, 때로는 강렬한 붉은색을 띠기도 했다. 소량의 입자는 흰색, 옅은 노란색, 청회색, 녹색을 띠기도 했다. 입자는 일반적으로 4~10 μm 크기였으며 구형 또는 타원형이었다. 전자 현미경 이미지는 입자가 움푹 들어간 중심부를 가지고 있음을 보여주었다. 더 높은 배율에서 일부 입자는 내부 구조를 보였다.

일부 물 샘플은 인도 지구과학연구센터(CESS)로 옮겨져 부유 입자를 분리했다. 물의 pH는 약 7(중성)이었다. 빗물의 전기 전도도는 용해된 염이 없음을 보여주었다. CESS는 침전물(붉은 입자 및 잔해)을 분석하여 주요 원소를 확인했다. CESS 분석에서는 니켈(43 ppm), 망가니즈(59 ppm), 티타늄(321 ppm), 크롬(67ppm), 구리(55 ppm)을 포함한 상당량의 중금속도 검출되었다.

고프리 루이스와 케랄라 마하트마 간디 대학교의 산토시 쿠마르는 에너지 분산형 X선 분광법 분석을 통해 입자가 대부분 탄소와 산소로 구성되어 있으며 미량의 규소와 철이 포함되어 있음을 보여주었다. CHN 분석기는 43.03%의 탄소, 4.43%의 수소, 1.84%의 질소 함량을 보여주었다.

코넬 대학교 영양과학과의 톰 브레나는 X선 미세 분석을 이용한 주사 전자 현미경, 원소 분석기 및 동위 원소 비(IR) 질량 분광계를 사용하여 탄소 및 질소 동위 원소 분석을 수행했다. 붉은 입자는 건조시 붕괴되었는데, 이는 액체로 채워져 있음을 시사했다. 입자 내 아미노산을 분석하여 페닐알라닌, 글루탐산/글루타민, 세린, 아스파르트산, 트레오닌, 아르기닌이 확인되었다. 결과는 해양 기원 또는 C4 광합성 경로를 사용하는 육상 식물과 일치했다.

3.1. 형태 및 구조

붉은 빗물에서 분리된 갈색 적색 고체는 약 90%가 둥근 붉은 입자, 나머지는 그 부스러기로 구성되었다. 빗물에 현탁된 입자들이 빗물의 색을 띠게 했으며, 때로는 강렬한 붉은색을 나타내기도 했다. 소량의 입자는 흰색, 옅은 노란색, 청회색, 녹색을 띠기도 했다. 입자의 크기는 보통 4~10 μm였으며, 구형 또는 타원형이었다. 전자 현미경 사진에서는 입자 중심부가 움푹 들어가 있는 모습이 관찰되었다. 더 높은 배율에서는 일부 입자의 내부 구조가 보이기도 했다.

3.2. 화학적 조성

붉은 빗물에서 분리된 고체는 약 90%의 둥근 붉은 입자와 나머지 부스러기로 구성되었다. 입자들은 빗물에 현탁되어 빗물의 색을 띠게 했으며, 때로는 강렬한 붉은색을 나타내기도 했다. 소량의 입자는 흰색, 옅은 노란색, 청회색, 녹색을 띠기도 했다. 입자의 크기는 보통 4~10 μm였으며 구형 또는 타원형이었다. 전자 현미경으로 관찰한 결과, 입자는 움푹 들어간 중심부를 가지고 있었고, 일부는 더 높은 배율에서 내부 구조가 확인되었다.

인도 지구과학연구센터(CESS)와 고프리 루이스 및 산토시 쿠마르의 분석 결과는 아래 표와 같다.



CESS는 이온 결합 플라스마 질량 분석법, 원자 흡수 분광법 및 습식 화학 방법을 조합하여 침전물을 분석했다. CESS 분석에서는 니켈 (43 ppm), 망가니즈 (59 ppm), 티타늄 (321 ppm), 크롬 (67ppm) 및 구리 (55 ppm)을 포함한 상당량의 중금속도 검출되었다.

고프리 루이스와 케랄라 마하트마 간디 대학교의 산토시 쿠마르는 에너지 분산형 X선 분광법 분석을 통해 입자가 대부분 탄소와 산소로 구성되어 있으며 미량의 규소와 철이 포함되어 있음을 확인했다. CHN 분석기 분석 결과, 탄소 43.03%, 수소 4.43%, 질소 1.84%로 구성된 것으로 나타났다.

코넬 대학교 영양과학과의 톰 브레나는 X선 미세 분석을 이용한 주사 전자 현미경, 원소 분석기 및 동위 원소 비(IR) 질량 분광계를 사용하여 탄소 및 질소 동위 원소 분석을 수행했다. 그 결과 붉은 입자는 건조시 붕괴되었으며, 이는 액체로 채워져 있음을 시사했다. 입자 내 아미노산을 분석한 결과, 페닐알라닌, 글루탐산/글루타민, 세린, 아스파르트산, 트레오닌, 아르기닌이 확인되었다. 이 결과는 해양 기원 또는 C4 광합성 경로를 사용하는 육상 식물과 일치했다.

4. 원인 규명

인도 지구과학 중앙 연구소(CESS)는 처음에는 붉은 비가 내린 원인을 대기 중에서 유성이 폭발하여 1톤 정도의 입자가 흩어졌기 때문이라는 가설을 세웠다. 그러나 며칠 후 입자의 현미경 사진이 생물과 유사하고, 바람의 영향을 받은 것도 아닌데 유성의 파편이 성층권에서 조금씩 쏟아진다고는 생각하기 어려워 첫 번째 설을 철회했다. 채취된 샘플은 열대 식물원·연구소(TBGRI)가 분석하게 되었다.

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이후의 연구 결과, 붉은 입자는 지의류의 포자로 밝혀졌다. 현지 조사에서도 같은 종류의 지의류가 발견되어, 붉은 비의 정체는 현지에 자라는 지의류라고 결론지어졌다.

2001년 8월 16일의 추가 현지 조사에서, 그곳에 자라는 나무나 바위, 전주 등이 기생 미세 조류에 덮여 있어 지역에 붉은 비를 내릴 만큼 충분한 양이 있음이 밝혀졌다. 기생 미세 조류는 녹조 식물문에 속하며 클로로필을 포함하기 때문에 녹색이지만, 주황색 카로티노이드도 가지고 있어 빨강~주황색을 띠는 경우가 있다.

보고서에는 붉은색은 운석, 화산, 사막의 모래, 대기 오염에서 기인한 것이 아니라고도 언급되어 있다. 케랄라에 내린 많은 비로 인해 인근의 조류가 급성장하여 다량의 포자가 대기 중에 방출되었을 가능성이 있지만, 그 외의 원인일 가능성도 높다고 쓰여 있었다. 또한, CESS는 이 포자가 비구름에 흡수된 이유에 대해서는 불명확하며, 앞으로의 과제로 남겨졌다.

셰필드 대학교의 밀턴 와인라이트는 찬드라 위크라마싱하와 함께 성층권의 포자를 연구하여 CESS/TBGRI에 의한 보고서를 일부 뒷받침했다. 2006년 3월, 와인라이트는 입자가 녹병균목에 속하는 균류와 비슷하다고 말했으며, 이 입자가 먼지나 모래, 피와 같은 것이 아니라고도 말했다.

4.1. 인도 정부 보고서

2001년 11월, 인도 정부 과학 기술부의 의뢰를 받아 지구 과학 연구 센터(CESS)와 열대 식물원 및 연구소(TBGRI)는 공동 보고서를 발표했다. 이 보고서는 붉은 비의 색깔이 지의류를 형성하는 조류의 일종인 Trentepohlia 속의 다량의 포자 때문이라고 밝혔다. 현장 조사 결과, 해당 지역에 이러한 지의류가 풍부하게 분포하고 있다는 사실이 확인되었다. 찬가나체리 지역에서 채취한 지의류 샘플을 조류 배양 배지에서 배양했을 때, 빗물과 나무에서 채취한 샘플 모두 동일한 종류의 조류를 생성하여 빗물에서 관찰된 포자가 지역에서 유래되었음을 보여주었다.

--|]]|thumb|upright|Trentepohlia가 Cryptomeria japonica 껍질에 붙어있는 모습]]

2001년 8월 16일 현장을 다시 방문한 결과, 해당 지역의 거의 모든 나무, 바위, 심지어 가로등까지 빗물에서 관찰된 포자량을 생성하기에 충분한 양으로 추정되는 Trentepohlia로 덮여 있었다. Trentepohlia는 붉거나 주황색을 띠는 클로로피타 녹조류로, 나무 껍질이나 축축한 토양과 바위에서 풍부하게 자랄 수 있으며, 찬가나세리 지역의 나무에서 풍부하게 발견되는 일부 지의류를 포함하여 많은 지의류의 광합성 공생체 또는 광생물이다. 녹색 엽록소를 가리는 조류의 강렬한 주황색은 다량의 주황색 카로티노이드 색소 때문에 나타난다. 지의류는 단일 유기체가 아니라 곰팡이와 조류 또는 시아노박테리아 사이의 공생 관계를 통해 형성된다.

보고서는 빗물에 운석, 화산 또는 사막 먼지의 기원이 없으며, 색상이 용해된 가스나 오염 물질 때문이 아니라고 밝혔다. 케랄라 지역의 붉은 비가 내리기 전 몇 주 동안의 폭우가 지의류의 광범위한 성장을 유발하여 대기 중으로 다량의 포자를 생성하게 했을 것이라고 결론지었다. 그러나 이러한 지의류가 동시에 포자를 방출하려면 거의 같은 시기에 생식 단계에 진입해야 하는데, CESS 보고서는 이것이 가능성이 있지만 매우 낮다고 언급했다. 또한, 포자가 구름으로 흡수되는 현상에 대한 만족스러운 설명을 찾지 못했으며, CESS 과학자들은 "강우 색상의 원인은 확인되었지만, 이러한 질문에 대한 답을 찾는 것은 어려운 과제입니다."라고 언급했다.

CESS/TBGRI 보고서의 일부는 셰필드 대학교의 밀턴 웨인라이트가 지지했으며, 그는 찬드라 위크라마싱헤와 함께 성층권 포자를 연구했다. 웨인라이트는 입자가 녹병 곰팡이의 포자와 외관이 유사하다고 말했고, 빗물에 먼지, 모래, 지방구, 또는 혈액이 포함되어 있다는 증거를 찾지 못했다고 밝혔다.

4.2. 추가 연구 및 논쟁

셰필드 대학교의 밀턴 웨인라이트는 찬드라 위크라마싱헤와 함께 성층권의 포자를 연구하여 CESS/TBGRI 보고서의 일부 내용을 뒷받침했다. 2006년 3월, 웨인라이트는 입자가 녹병균목 균류와 비슷하다고 언급했고, 먼지, 모래, 피 등이 아니라고 주장했다. 이후 웨인라이트는 DNA의 존재를 확인하고, 조류 포자와 유사성을 보고했으나, 빗물에서 먼지, 모래, 지방구, 혈액 등은 발견되지 않았다고 밝혔다. 2012년 11월, 글래머건 대학교의 라즈쿠마르 강가파와 스튜어트 호그는 케랄라 붉은 비 세포에 DNA가 포함되어 있음을 확인했다.

2015년 2월, 인도와 오스트리아 과학자 팀은 붉은 비의 포자가 Trentepohlia annulata임을 확인했다. 다만, 이들은 2011년 사건의 포자가 유럽에서 인도 아대륙으로 바람에 의해 이동했을 가능성을 제시했다. 그러나 포자의 확산 방식과 급격한 증식 원인에 대한 명확한 설명은 아직 부족하다.

5. 대안 가설

역사 기록에 따르면 비와 함께 이상한 물체가 떨어지는 사례가 많다. 2000년, 동물 비의 한 예로, 북해에서 작은 용오름이 해안에서 1마일 떨어진 곳에 있던 물고기 떼를 빨아들여 얼마 지나지 않아 영국 그레이트 야머스에 떨어뜨렸다. 유색 비는 드물지 않으며, 종종 비에 씻겨 내려온 사막이나 기타 건조 지역에서 발생한 강우 먼지의 공기 중 이동으로 설명될 수 있다. "붉은 비"는 최근 몇 년 동안 보고가 증가하면서 남부 유럽에서 자주 묘사되었다.

색깔 있는 비와 유성이 내리는 시기의 상관관계를 조사한 논문도 있다. 이 논문에 따르면, 유색 비 중 유성과의 관련성을 시사하는 경우는 60회(36%)였으며, 이는 높은 상관관계라고 보기 어렵다. 유성이 떨어졌지만 붉은 비가 내리지 않은 경우, 붉은 비가 내렸지만 유성이 떨어지지 않은 예도 많이 발견되었다.

5.1. 사막 먼지 및 화산재 가설

처음에는 케랄라의 붉은 비가 아라비아 반도의 사막에서 발생한 먼지 때문이라고 추정되었다. LIDAR 관측 결과, 붉은 비가 내리기 전 케랄라 근처 대기에서 먼지 구름이 탐지되기도 했다. 그러나 여러 연구팀의 실험 결과, 붉은 비의 입자는 사막 모래가 아닌 것으로 밝혀졌다.

인도 기상청의 K.K. 사시드하란 필라이는 필리핀 마욘 화산의 폭발로 인한 먼지와 산성 물질이 붉은 비와 "탄" 잎의 원인이라고 제안했다. 마욘 화산은 2001년 6월과 7월에 폭발했으며, 필라이는 동부 또는 적도 제트 기류가 화산 물질을 25~36시간 안에 케랄라로 수송했을 수 있다고 계산했다. 적도 제트 기류는 때때로 케랄라(북위 8°)와 마욘 화산(북위 13°)과 비슷한 위도인 북위 10°에서 동쪽에서 서쪽으로 흐르는 특이한 현상을 보인다. 하지만 이 가설 역시 입자가 산성도 없고 화산 기원도 아닌 포자라는 점 때문에 기각되었다.

5.2. 외계 생명체 유입설 (범종설)

마하트마 간디 대학교의 고드프리 루이스와 산토시 쿠마르는 붉은 비가 혜성에 포함된 외계 생명체 세포가 지구로 유입된 현상이라는 범종설(Panspermia)을 주장했다. 이들은 굉음과 섬광을 운석 폭발의 증거로 제시하고, 입자에서 DNA가 검출되지 않았다는 점을 근거로 들었다.

루이스와 쿠마르는 arXiv 웹사이트에 "혜성 범종설은 케랄라의 붉은 비를 설명한다"라는 제목의 논문을 게재했다. 이들은 붉은 비가 내리기 전 발생한 큰 소리(아마도 음속 폭음)와 섬광이 운석(붉은 입자를 포함하는 혜성에서 온)이 지구 대기에서 폭발하면서 발생한 것이라고 주장했다.

그러나 이 가설은 과학계의 광범위한 지지를 받지 못했으며, DNA 존재 여부와 관련하여 논란이 있다. 또한, 운석에서 떨어진 잔해가 바람의 영향을 받지 않고 두 달 동안 같은 지역에 계속 떨어졌는지에 대한 설명을 제시하지 못했다는 비판을 받았다.

5.2.1. 비판 및 반론

고드프리 루이스와 케랄라 마하트마 간디 대학교의 산토시 쿠마르가 제시한 주장은 동료 검토(peer review)를 거치지 않은 채 발표되었으며, 실험 결과에 대한 의문이 제기되었다. 예를 들어, 루이스와 쿠마르는 에티듐 브로마이드를 사용하여 입자에서 DNA나 RNA를 검출하려 했으나 실패했다. 그러나 DNA 검출 실패는 실험 방법의 문제일 수 있으며, 다른 연구자들(밀턴 웨인라이트, 찬드라 위크라마싱헤)은 DNA 존재를 확인했다. 또한 루이스와 쿠마르는 2개월 동안 동일 지역에 운석 파편이 지속적으로 낙하했다는 설명을 제시하지 못했다.

루이스는 생물학 훈련을 전혀 받지 않았으며, 초임계 유체에 의한 응집 후 빛 흡수 측정을 기반으로 포자의 배양 및 발아를 유도하기 위해 어떠한 표준 미생물학적 배지의 사용도 보고하지 않았다.

루이스가 보고한 포자의 DNA 염색 시도는 일반적으로 조류 포자가 아닌 박테리아 내생 포자를 염색하는 데 사용되는 말라카이트 그린을 사용하는 것이 유일했다. 조류 포자는 자외선, 감마선, 건조, 라이소자임, 온도, 기아 및 화학적 살균제에 강하며, 일반적인 염색 절차로는 DNA를 광학 현미경으로 시각화하기 어렵다.

다른 연구자들은 1818년, 1846년, 1872년, 1880년, 1896년, 1950년, 2001년, 2006년, 2007년, 2008년에 케랄라에서 붉은 비가 내렸으며, 2001년 이후 식물학자들은 매번 동일한 Trentepohlia 포자를 발견했다는 점을 언급하며, 붉은 비가 조류 포자에 의해 발생한 계절적 국지적 환경 현상이라는 개념을 뒷받침했다.

6. 대중 문화

2013년 개봉한 SF 영화 레드 레인은 케랄라의 붉은 비 사건을 바탕으로 제작되었다. 라훌 사다시반이 감독을 맡았으며, 2013년 12월 6일에 인도에서 개봉했다.