출처:

Park, S-C., et al. “Last glacial sea-level changes and paleogeography of the Korea (Tsushima) Strait.” Geo-Marine Letters 20.2 (2000): 64-71.

Park et al. (2000)의 최종빙기 대한해협 개방 가설을 비판적으로 재평가한다

본 메모는 최종빙기(Last Glacial Maximum, LGM) 동안 대한해협이 개방되어 있었으며 고(古)쓰시마 난류가 지속적으로 유입되었다고 주장한 Park et al. (2000)의 독창적인 연구를 비판적으로 재평가한다. 지난 25년간 해수면 모델링, 고해양학적 프록시 분석, 고해상도 탄성파 층서학의 발전을 포함한 후속 연구 결과들을 종합적으로 분석한 결과, 현재까지 축적된 총체적인 증거들은 패러다임의 전환이 있었음을 강력하게 시사한다. 즉, LGM 동안 대한해협은 기능적으로 폐쇄되었으며, 이는 동해(일본해)의 고립과 상당한 저염분화를 초래했다는 것이다. 본 메모는 원 연구의 방법론적, 해석적 한계를 분석하고 당시의 과학적 지식이라는 시대적 맥락 속에서 그 결론을 재구성함으로써, 기술 및 학제간 발전이 어떻게 과학적 합의를 이끌어내는지를 보여주는 대표적인 사례를 제시하고자 한다.

서론: 하나의 가설, 그리고 패러다임 전환의 서막

2000년 이전, 최종빙기(LGM) 동안 동해의 환경 상태는 고해양학 및 고기후학 분야의 첨예한 논쟁거리였다. 동해는 얕은 해협들을 통해서만 외부 해양과 연결되는 마치 항아리와 같은 반폐쇄적인 지리적 특성 때문에 빙기-간빙기 주기에 따른 전 지구적 해수면 변동에 극도로 민감하게 반응한다 (Oba et al. 1991; Tada 1994). LGM 시기, 대륙 빙하의 확장으로 전 지구적 해수면이 현재보다 100미터 이상 하강하면서, 대한해협을 제외한 동해의 모든 해협들이 육지로 노출되었다는 점에는 큰 이견이 없었다. 논쟁의 핵심은 가장 깊은 수심 약 130-140 m의 해저 언덕, 즉 문턱(sill)을 가진 대한해협 서수도의 개방 여부였다.

이를 바탕으로 학설은 크게 두 가지로 대립했으며, 이는 LGM 동해 연구의 초기 단계인 제1기에 해당한다. 첫 번째는 ‘고립된 기수호(brackish lake)’ 모델로, 대한해협마저 완전히 폐쇄되어 동해가 외부 해양과 단절된 거대한 호수와 같은 상태가 되었다는 주장이다 (Oba et al. 1991). 두 번째는 ‘부분적으로 연결된 해양’ 모델로, 대한해협이 좁은 수로의 형태로 남아있어 제한적이나마 해수 유통이 지속되었다는 가설이다.

이러한 과학적 불확실성 속에서 발표된 Park et al. (2000)의 연구는 논쟁의 새로운 국면인 학설사의 제2기를 여는 기념비적인 기여였다. 이들은 ‘부분적으로 연결된 해양’ 모델을 지지하는 가장 직접적이고 강력한 지질학적 증거를 제시했다. 이들은 대한해협 대륙붕에서 채취한 퇴적물 코어의 방사성탄소 연대측정 자료와 탄성파 탐사 자료를 결합하여, LGM 시기 최저 해수면을 약 -130 m로 추정하고, 이 수심에서도 대한해협 서수도가 약 10 m 깊이의 좁은 수로로 열려 있었다고 주장했다. 더 나아가, 이들은 저해수면기 델타와 해빈-전빈 복합체의 분포 형태가 북동 방향으로 길게 발달한 것을 근거로, 고(古)쓰시마 난류가 이 좁은 수로를 통해 지속적으로 유입되며 퇴적물 이동을 제어했다고 해석했다. 이는 기존의 간접적인 프록시 해석에 의존하던 논쟁에 구체적인 지질학적 증거를 기반으로 한 해석을 제공하며 학계에 큰 반향을 일으켰다.

그러나 Park et al. (2000)의 연구가 발표된 이후 지난 25년 동안, 고해양학 및 지구과학 분야는 눈부신 기술적, 개념적 발전을 이루었다. 본 메모의 핵심 주장은 Park et al. (2000)의 결론이 당시의 데이터와 방법론에 기반한 합리적인 추론이었음에도 불구하고, 이후 축적된 방대한 다중 프록시(multi-proxy) 및 학제간 연구 결과들이 그들의 주장을 정면으로 반박하는 강력하고 일관된 새로운 ‘닫힘(Close)’모델, 즉 현재의 합의인 학설사의 제3기를 열었다는 것이다. 직관적이고 시각적으로 설득력 있는 지질학적 증거(퇴적물 코어, 탄성파 단면)는 지구화학적 프록시나 물리 모델링과 같은 더 추상적인 증거에 의해 반박될 때, 학계가 이를 수용하기까지는 압도적인 양의 반대 증거가 축적될 필요가 있다. 본 메모는 바로 그 과정의 정점을 기록하며, 이제 그 증거의 무게가 결정적인 수준에 이르렀다. 따라서 본 메모는 Park et al. (2000) 연구 주장의 근간을 비판적으로 검토하고, LGM 시기 고립된 동해 모델을 지지하는 현대적 증거들이 어떻게 그들의 결론을 대체하게 되었는지를 체계적으로 살펴볼 것이다.

제1장: 2000년 가설의 해부: Park et al. 연구의 핵심 주장과 방법론 분석

Park et al. (2000)의 주장은 크게 두 가지 지질학적 증거에 기반한다: (1) 지역 해수면 곡선 복원을 위한 방사성탄소 연대측정 자료, (2) 고(古)쓰시마 난류의 존재를 시사하는 저해수면기 퇴적체의 분포 패턴. 이들의 논리는 당시의 기술 수준에서 매우 설득력 있었으나, 오늘날의 관점에서는 몇 가지 방법론적 한계와 해석상의 비약을 내포한다.

1.1. 지역 해수면 곡선: 방사성탄소 연대측정의 한계

Park et al. (2000)은 자신들의 주장을 뒷받침하는 가장 중요한 근거로 대한해협 대륙붕에서 채취한 해양생물 패각의 방사성탄소(¹⁴C) 연대측정 결과를 바탕으로 복원한 지역 해수면 곡선을 제시했다. 이를 통해 약 24,000년 전부터 13,000년 전 사이의 해수면이 현재보다 약 90 m에서 130 m 낮은 구간에 위치했으며, LGM 시기 최저 해수면이 약 -130 m에 도달했다고 결론지었다 (Park et al., 2000, Figure 3).

그러나 이 접근법에는 몇 가지 근본적인 문제점이 있다. 첫째, 방사성탄소 연대측정법 자체의 복잡성과 보정 문제를 들 수 있다. 방사성탄소(¹⁴C) 연대측정은 생물체 내에 남은 ¹⁴C의 양을 측정해 시간을 역산하는 방식인데, 대기 중 ¹⁴C 농도는 계속 변해왔다. 특히 바다는 대기보다 탄소가 순환하는 속도가 느려 ‘해양저수지 효과(ΔR)’라는 고유의 오차가 발생한다. 오늘날에는 이를 정밀하게 보정하는 Marine20 보정곡선과 지역별 오차값(ΔR)을 적용하는 것이 표준이지만, 당시 연구에는 이것이 반영되지 않았다 (Heaton et al., 2020). 또한, 빙하기에는 대륙붕이 드러나며 조수간만의 차이가 지금과 달랐을 텐데, 현대 조차(약 2m)를 그대로 적용한 점도 오차를 키울 수 있다. 둘째, 이 연구는 대한해협 대륙붕이 중기 플라이스토세 이후 지질구조적으로 안정적이었다는 가정을 전제로 한다 (Yoo, 1997). 당시에는 합리적인 가정이었을 수 있으나, 최근 연구들은 한반도 동해안이 신생대 제4기 동안 지속적인 융기 운동을 겪었음을 명확히 보여준다 (Choi, 2019; Lee and Park, 2019b). 비록 서해안은 비교적 안정적이지만, 동해의 개방과 폐쇄에 따른 지각 변동의 영향이 대한해협 지역에 미세하게나마 미쳤을 가능성을 완전히 배제할 수 없다.

셋째, 그리고 더 결정적으로, 이 연구는 빙하성 지각균형조정(Glacial Isostatic Adjustment, GIA) 효과를 정량적으로 고려하지 않았다. Park et al. (2000)은 “지역적인 지각균형조정을 고려하면” 자신들의 -130 m 추정치가 Fairbanks(1989)의 전 지구 평균 해수면 하강치와 거의 일치한다고 언급했지만, 이는 GIA의 복잡한 시공간적 변화를 반영한 물리적 모델링 결과가 아니었다. GIA란, LGM 동안 북미와 유라시아 대륙을 짓누른 수 km 두께의 빙하 때문에 지구의 맨틀이 거대한 물침대처럼 변형되는 현상을 말한다. 빙하에 직접 눌린 곳은 아래로 가라앉고, 그 압력에 밀려난 맨틀 물질이 빙하에서 먼 지역의 지각을 마치 매트리스 가장자리처럼 미세하게 들어 올린다. 한반도와 같은 빙하에서 먼 ‘원격지(far-field)’는 빙하의 무게로 밀려난 맨틀 물질이 쌓이는 ‘주변부 팽창(peripheral bulge)’의 가장자리에 위치하여 미세한 융기를 겪었을 수 있다. 따라서 당시 실제 해수면 하강 폭은 현재의 수심만을 기준으로 판단하는 것보다 더 컸을 가능성이 높다. 이 GIA 효과를 무시한 것은 Park et al. (2000)의 해수면 곡선이 가진 가장 큰 방법론적 한계이다.

1.2. 저해수면기 퇴적체 해석: 고(古)쓰시마 난류라는 결론

Park et al. (2000)의 두 번째 핵심 근거는 스파커(sparker) 탄성파 탐사 자료를 통해 확인된 저해수면기 퇴적체의 분포 패턴이다. 이들은 대륙붕단과 해곡 지역에서 발견되는 두 가지 주요 퇴적체, 즉 저해수면기 델타 쐐기(Lowstand Deltaic Wedge, LDW)와 해빈-전빈 복합체(Beach/Shoreface Complex, BSC)를 식별했다 (Park et al., 2000, Figures 4, 5). 특히, 이 퇴적체들이 북동-남서 방향으로 길게 신장된 형태로 분포하는 것을 관찰하고, 이를 LGM 동안에도 북동쪽으로 흐르는 고(古)쓰시마 난류가 퇴적물을 운반하고 재배치한 직접적인 증거라고 해석했다.

이 해석은 논리적 비약의 오류, 즉 ‘이것 다음에 일어났으므로 이것 때문에 일어났다(post hoc ergo propter hoc)’는 오류를 범할 위험이 크다. 관찰된 현상(퇴적체의 신장된 분포)에 대해 다른 잠재적 원인들을 충분히 배제하지 않고, 현재의 해류 시스템(쓰시마 난류)을 과거에 그대로 투영하여 유일한 원인으로 상정한 것이다. 예를 들어, 저해수면기 동안 대륙붕을 가로질러 흐르던 고(古)낙동강이 대륙붕단에 도달하여 막대한 양의 퇴적물을 쏟아낼 때 형성된 델타는 그 자체로 쐐기 형태를 띤다. 이후 폭풍파나 조류와 같은 다른 해양 역학적 과정들이 이 델타 퇴적물을 재동시켜 고해안선을 따라 길게 분포시킬 수 있다. 즉, 관찰된 퇴적체의 형태가 반드시 강력하고 일관된 방향의 난류 유입을 통해서만 설명될 수 있는 유일한 결과물이 아닌 것이다. 현대의 층서학 모델은 해수면 변동 주기 동안 다양한 퇴적 시스템이 이러한 형태를 만들 수 있음을 보여준다 (Yoo and Park, 2000).

또한, 당시 사용된 스파커 탄성파 시스템의 기술적 한계도 지적해야 한다. 탄성파 탐사는 바다 밑으로 음파를 쏘아 되돌아오는 신호를 분석해 땅속 지층의 단면을 그리는 기술이다. 이때 사용하는 장비의 성능에 따라 그림의 선명도, 즉 해상도가 결정된다. 스파커는 수 미터 단위의 수직 해상도를 가져 퇴적층의 대략적인 기하학적 형태는 파악할 수 있지만, 내부의 미세한 구조나 층리 패턴을 정밀하게 분석하기에는 한계가 있다. 이는 복잡한 퇴적 구조를 단순화하여 해석할 위험을 내포한다. 현대의 고해상도 CHIRP나 3D 탄성파 탐사 기술은 퇴적체 내부 구조를 수십 센티미터 단위까지 분석할 수 있게 하여, 퇴적 과정을 훨씬 더 정확하게 유추할 수 있는 기반을 제공한다 (Posamentier, 2000년대 초반). 결론적으로 Park et al. (2000)의 해석은 당시로서는 최선의 추론이었으나, 대안적 퇴적 모델에 대한 고려 부족과 데이터 해상도의 한계라는 명백한 약점을 가지고 있었다.

제2장: 해수면은 더 낮았다: GIA, 지각 변동, 그리고 LGM 해수면의 재조정

Park et al. (2000)의 ‘열린 해협’ 가설은 LGM 최저 해수면이 약 -130 m 라는 전제 위에 세워져 있다. 그러나 지난 25년간 가장 큰 발전 중 하나는 전 지구적 해수면 변화를 복원하는 방식이 경험적 추정에서 물리 모델링 기반의 정량적 재구성으로 전환된 것이다. 특히, 빙하성 지각균형조정(GIA) 모델의 발전은 과거 해수면 높이에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾸어 놓았다.

2.1. Fairbanks (1989)를 넘어: 정교한 GIA 모델의 등장

GIA는 거대 빙하의 성장과 소멸이 지구의 점탄성 맨틀을 변형시켜 전 지구적으로 지각의 높이와 중력장을 변화시키는 현상을 설명하는 물리 모델이다 (Lambeck et al., 2014). Park et al. (2000)이 참고했던 Fairbanks (1989)의 연구는 산호초와 같은 특정 지점의 데이터를 기반으로 전 지구 ‘평균’ 해수면 변화를 추정한 것으로, GIA로 인한 복잡한 지역적 편차를 충분히 보정하지 못했다.

반면, Lambeck et al. (2014)을 비롯한 현대 GIA 모델들은 전 세계의 다양한 고해수면 자료(산호초, 염습지 퇴적물 등)를 물리 법칙에 기반한 지구 모델에 통합하여, 과거 특정 시점의 각 지역별 상대 해수면(relative sea level)과 전 지구 평균 해수면(eustatic sea level)을 매우 정밀하게 분리하여 계산한다. 이러한 모델들의 일관된 결과는 LGM 시기 전 지구 평균 해수면이 기존에 알려진 -120 m 내외보다 더 낮은, 약 -130 m에서 -135 m에 달했음을 보여준다. 이는 Park et al. (2000)이 자신들의 지역적 추정치(-130 m)를 검증하기 위해 인용한 Fairbanks (1989)의 값(-121±5 m)보다 10 m 이상 낮은 수치이다.

2.2. 대한해협 문턱 수심의 임계적 중요성

대한해협 서수도의 현재 문턱 수심은 약 130-140 m이다. Park et al. (2000)의 주장처럼 해수면이 -130 m까지 하강했다면, 문턱 위로 약 10 m 깊이의 수로가 남게 되어 해수 유통이 가능했을 것이다. 그러나 GIA 모델이 제시하는 -135 m의 해수면 하강은 상황을 완전히 바꾼다. 이 경우, 대한해협의 문턱은 거의 대부분 수면 위로 노출되거나, 기껏해야 매우 얕고 단절된 물웅덩이만 남게 된다. 이는 유의미한 해양 순환이 발생하기에는 턱없이 부족하며, 사실상 해협이 ‘기능적으로 폐쇄’되었음을 의미한다.

이처럼 불과 5 m의 해수면 추정치 차이가 동해 전체의 고해양학적 상태를 ‘개방’에서 ‘고립’으로 바꾸는 극적인 결과를 초래한다. 이는 동해 시스템이 LGM 해수면의 정확한 높이에 극도로 민감하게 반응하는 ‘임계 시스템(threshold system)’임을 시사한다. GIA 모델링의 발전은 바로 이 아슬아슬한 균형을 ‘닫힘’ 쪽으로 완전히 기울게 하며, 가설이 성립할 수 있는 물리적 공간 자체를 소멸시키는 결정적인 계기가 되었다. Park et al. (2000)의 가설은 이 임계점의 중요성을 간과한 채, 불과 몇 미터의 차이로 성립 불가능한 결론에 도달했던 것이다.

2.3. 지역적 지각 변동의 미묘함

GIA 효과에 더하여, 한반도 주변의 미세한 지각 변동 역시 과거 해수면 복원에 중요한 변수이다. 최근 연구들은 한반도 동해안이 신생대 제4기 동안 지속적인 융기를 겪었음을 보여주며, 이는 동해의 배호분지(back-arc basin) 닫힘과 관련된 압축 응력의 결과로 해석된다 (Choi, 2019). 이러한 장기적인 융기 추세가 LGM 시기 대한해협 문턱의 절대 고도에 어떤 영향을 미쳤는지 정확히 평가하는 것은 어렵지만, 현재의 수심만을 기준으로 과거의 연결성을 판단하는 것이 얼마나 불확실한지를 보여준다. GIA로 인한 지각 변형과 지역적 지각 운동이 결합되면, LGM 시기 대한해협 문턱의 실제 높이는 현재보다 더 높았을 가능성도 배제할 수 없다. 이는 해협의 폐쇄 가능성을 더욱 강화하는 요인이다.

제3장: 증거의 바다: 고립된 LGM 동해에 대한 고해양학적 합의

Park et al. (2000)의 가설이 발표된 이후, 동해 전역에서 채취된 수많은 해양 퇴적물 코어에 대한 분석 기술이 비약적으로 발전했다. 특히, 미화석(microfossil)의 안정 동위원소 분석과 유기 분자의 조성을 이용한 지구화학적 프록시(geochemical proxy) 연구는 과거 해수 특성(수온, 염분)을 정량적으로 복원하는 강력한 도구로 자리 잡았다. 이들 연구에서 나온 결과들은 놀라울 정도로 일관되게 LGM 시기 동해가 외부와 단절된 고립된 환경이었음을 지시하며, Park et al. (2000)의 ‘열린 해협’ 가설과 정면으로 배치된다.

3.1. 결정적 증거: 산소 동위원소(δ¹⁸O) 기록과 ‘저염분 이벤트’

LGM 시기 동해의 고립을 증명하는 가장 강력하고 명백한 증거는 부유성 유공충 패각의 산소 안정 동위원소비(δ¹⁸O) 기록에서 나온다. 산소에는 원자량이 16인 일반적인 가벼운 산소(¹⁶O)와 원자량이 18인 드물게 무거운 산소(¹⁸O)가 있다. 물이 증발할 때 가벼운 산소가 더 쉽게 증발하여 눈이 되어 대륙 빙하에 갇히므로, 빙하기의 바다는 상대적으로 무거운 산소의 비율이 높아져 δ¹⁸O 값이 올라가야 정상이다. LGM은 전 지구적으로 추운 시기였으므로, 만약 동해가 외부 해양과 정상적으로 소통했다면 수온 하강 효과로 인해 δ¹⁸O 값이 오히려 증가해야 한다. 그러나 관측된 결과는 정반대이다. 동해 분지 전역에서 채취된 다수의 퇴적물 코어 분석 결과, LGM에 해당하는 지층에서 예외 없이 2‰ 이상 큰 폭으로 낮아지는 음의 편차(negative excursion)가 발견된다 (Gorbarenko et al., 2022; Oba et al., 1991).

이처럼 극적인 δ¹⁸O 값의 감소를 설명할 수 있는 유일한 방법은 해수 자체가 싱거워지는 것, 즉 대규모 담수 유입으로 인한 ‘저염분화’이다. 이는 대한해협을 통한 고염분의 태평양 해수 유입이 거의 또는 완전히 차단된 상태에서, 주변 육지로부터의 강물 유입과 강수량이 증발량을 초과하면서 동해 표층수가 기수(brackish water)처럼 변했음을 의미한다 (Matsui et al., 1998). 이 ‘저염분 이벤트’의 존재는 고(古)쓰시마 ‘난류’와 같은 고염분 해수의 지속적인 유입을 주장한 Park et al. (2000)의 가설을 근본적으로 부정하는 결정적인 반증(smoking gun)이다.

3.2. 지구화학적 온도계: 온난 해수 신호의 부재

2000년대 이후 고해양학 연구에 널리 활용되기 시작한 알케논(alkenone) 불포화 지수(U^K’₃₇) 와 TEX₈₆ 같은 유기 지구화학 프록시들은 과거 표층 수온(SST)을 복원하는 데 혁신을 가져왔다. 이 프록시들은 ‘분자 온도계’라고도 불린다. 예를 들어 특정 식물플랑크톤은 서식하는 바닷물의 온도에 따라 자신의 세포막을 구성하는 지방산(알케논)의 화학 구조를 미세하게 바꾸는 습성이 있다. 과학자들은 퇴적물에 남은 이 분자 화석의 구조를 분석하여 과거의 수온을 역으로 계산할 수 있다. 이들 프록시를 동해 퇴적물에 적용한 연구 결과들은 LGM 시기 동해의 SST가 오늘날보다 훨씬 낮았음을 일관되게 보여준다 (Dong et al., 2024). 이는 온난한 해수를 동해로 공급하는 쓰시마 난류의 유입이 없었음을 시사한다.

일부 연구에서 LGM 시기 U^K’₃₇ 기반 SST가 예상외로 높게 나타나는 경우가 있었으나, 이는 온난 해류의 유입 증거가 아니라 저염분 환경이라는 특수한 조건에서 발생하는 프록시의 한계 또는 계절적 편향 때문으로 재해석되었다 (Fujine et al., 2006). 예를 들어, 저염분으로 인해 표층수가 강하게 성층화되면 여름철 태양 복사열이 표층에 갇혀 일시적으로 수온이 높아질 수 있으며, 알케논을 생산하는 식물플랑크톤이 이 시기에만 집중적으로 번성할 경우 연평균이 아닌 여름철 수온만이 기록에 남게 된다 (Ishiwatari et al., 2001). 따라서 이러한 ‘따뜻한’ 신호조차도 역설적으로 해수 유통이 원활하지 않은 ‘고립되고 성층화된’ 해양 환경의 증거로 해석된다. 결론적으로, 어떤 지구화학적 온도계도 LGM 시기 고(古)쓰시마 난류의 지속적인 유입을 지지하지 않는다.

3.3. 폐쇄 시스템의 모델링: 기후 및 해양 순환 시뮬레이션

정교한 컴퓨터 시뮬레이션은 과거 기후를 재현하고 가설을 검증하는 중요한 도구이다. LGM 경계 조건(낮은 해수면, 대륙 빙하 존재, 낮은 대기 중 이산화탄소 농도)을 적용한 여러 기후 모델링 연구들은 대한해협의 상태를 일관되게 예측한다. Gowan et al. (2021)의 연구를 포함한 다수의 모델링 결과에 따르면, 해수면이 약 120-130 m 하강했을 때 대한해협을 통한 해수 수송량은 현재의 약 5% 미만으로 급감하며, 이는 ‘효과적인 폐쇄(effective closure)’ 상태에 해당한다. 이 정도의 미미한 유입량으로는 동해 전체의 염분을 유지하고 저염분화를 막기에는 역부족이다 (Lee and Nam, 2003). 또한 일부 모델은 당시 동중국해로 유입된 거대 고하천 시스템의 담수가 북상하려는 구로시오 해류를 막는 ‘담수 장벽(freshwater lid)’ 역할을 했음을 보여준다. 이러한 모델링 결과는 산소 동위원소 프록시가 지시하는 저염분 이벤트가 물리적으로 타당함을 뒷받침한다.

3.4. 고립의 생물학적, 퇴적학적 지표

지구화학적 증거 외에도 다양한 지표들이 동해의 고립을 뒷받침한다. 규조류(diatom)와 방산충(radiolarian)과 같은 미세 플랑크톤 군집 분석 결과, LGM 시기에는 온난 해역에 서식하는 종들이 사라지고 냉수 또는 기수 환경에 적응한 종들이 우세하게 나타난다 (Koizumi & Yamamoto, 2011). 또한, LGM 시기 동해 분지 곳곳의 퇴적물 코어에서는 산소가 거의 없는 환경에서 형성되는 엽층리(lamination)가 발달한 퇴적층이 발견된다 (Tada et al., 1999). 이는 저염분의 표층수와 고염분의 심층수 사이에 강한 밀도 성층이 형성되어 상하층의 물이 섞이지 못하고, 이로 인해 심층으로의 산소 공급이 차단되어 무산소(anoxic) 환경이 조성되었음을 의미한다. 이러한 환경은 활발한 해수 순환이 일어나는 개방된 해양에서는 나타나기 어렵고, 고립된 분지의 전형적인 특징이다. 마지막으로, Park et al. (2000) 본문 스스로도 LGM 동안의 온난수 유입 서명(signature)을 퇴적 기록에서 식별하기 어렵다고 인정했는데(p. 70), 이는 가설의 근거가 취약함을 시사하는 자기 모순적 측면이다.

이처럼 산소 동위원소(저염분), 지구화학적 온도계(냉수), 기후 모델(해협 폐쇄), 생물 군집(냉수/기수종), 퇴적 구조(무산소) 등 서로 독립적인 다양한 프록시들이 하나의 일관된 이야기, 즉 ‘고립된 동해’를 가리키고 있다. 이러한 ‘증거의 합창(Chorus of Evidence)’ 또는 ‘증거의 상호 일치성(convergence of evidence)’은 LGM 시기 동해의 고해양 환경에 대한 새로운 과학적 합의가 얼마나 견고한지를 보여준다.

제4장: 새로운 눈으로 보다: 고해상도 층서학을 통한 저해수면기 퇴적체의 재해석

Park et al. (2000)의 주장에서 고(古)쓰시마 난류의 증거로 제시된 저해수면기 퇴적체(LDW, BSC)의 해석 역시 지난 25년간의 기술 및 개념 발전으로 인해 완전히 새로운 국면을 맞이했다. 해저 지층을 영상화하는 탄성파 탐사 기술의 비약적인 발전과, 해수면 변동과 퇴적 작용의 관계를 체계적으로 설명하는 순차층서학(sequence stratigraphy)이라는 해석의 틀이 정립되면서, 이들 퇴적체는 더 이상 지속적인 해류의 증거가 아닌, 해수면 변동 주기의 특정 단계를 기록한 지질 기록으로 재해석되고 있다.

4.1. 기술적 도약: 스파커에서 CHIRP와 3D 탄성파로

2000년대 이후 해양 지질 탐사 분야는 고해상도 탄성파 탐사 기술의 도입으로 혁명을 겪었다. Park et al. (2000)이 사용한 스파커 시스템의 수직 해상도가 수 미터에 불과했던 반면, 현대에 널리 사용되는 CHIRP 시스템은 수십 센티미터 단위의 정밀도로 지층을 구분할 수 있다. 더 나아가 3D 탄성파 탐사는 퇴적체의 3차원적 기하 형태와 내부 구조를 생생하게 시각화하여, 과거 퇴적 환경을 훨씬 더 상세하게 복원할 수 있게 해준다 (Posamentier, 2000년대 초반). 이러한 고해상도 데이터는 Park et al. (2000)이 볼 수 없었던 퇴적체 내부의 복잡한 구조와 경계면의 특성을 드러내며, 기존의 단순한 해석을 근본적으로 재검토하게 만들었다.

4.2. 새로운 해석의 틀: 순차층서학의 부상

순차층서학은 해수면 변동에 의해 조절되는 가용공간(accommodation)과 퇴적물 공급의 상호작용을 바탕으로 퇴적 기록을 해석하는 강력한 개념적 틀이다 (Posamentier et al., 1988). 마치 나무의 나이테를 보고 과거의 환경을 읽어내듯, 순차층서학은 퇴적층의 묶음(sequence)을 분석하여 과거 해수면의 오르내림을 복원한다. 이 이론은 퇴적층을 해수면이 가장 낮았을 때 쌓인 저해수면기 퇴적층군(Lowstand Systems Tract, LST), 해수면이 다시 높아지기 시작할 때 쌓인 해침기 퇴적층군(Transgressive Systems Tract, TST), 해수면이 가장 높았을 때 쌓인 고해수면기 퇴적층군(Highstand Systems Tract, HST)으로 구분하고, 이들을 나누는 주요 경계면(순차경계면, 해침면 등)을 식별한다. 이 체계적인 접근법은 퇴적체를 단순히 특정 퇴적 작용의 산물로 보는 것을 넘어, 해수면 변동이라는 거시적인 맥락 속에서 그 형성 시기와 과정을 이해하게 해준다.

4.3. LDW와 BSC의 재해석

새로운 기술과 이론의 관점에서 Park et al. (2000)이 제시한 퇴적체들을 재해석하면 다음과 같은 결론에 이른다.

• 저해수면기 델타 쐐기(LDW)의 재해석: LDW는 순차층서학적으로 LST에 해당하며, 특히 해수면이 하강하면서 하천이 노출된 대륙붕을 가로질러 대륙붕단에 직접 퇴적물을 쌓아 형성된 ‘대륙붕단 쐐기(shelf-margin wedge)’ 또는 ‘강제적 회귀 쐐기(forced regressive wedge)’로 해석된다 (Lee et al., 2021; Yoo and Park, 1997). 즉, 이 퇴적체는 해수면이 가장 낮았던 시기에 형성된 것이 맞지만, 그 원동력은 지속적인 해류가 아니라 대륙붕 위로 확장된 하천의 퇴적 작용이다. 퇴적체가 북동-남서 방향으로 길게 늘어선 형태는 고(古)해안선의 방향과 해곡의 지형을 따른 결과일 뿐, 반드시 강한 연안류의 존재를 필요로 하지 않는다.
• 해빈-전빈 복합체(BSC)의 재해석: BSC는 LGM 이후 해수면이 다시 상승하기 시작하는 초기에 형성된 해침기 퇴적층군(TST)의 일부로 보는 것이 타당하다 (Yoo and Park, 2000). 특히 이 시기는 전 지구적인 해빙기 급상승 사건(Meltwater Pulse 1A, 약 14,650년 전)과 맞물려 해안선이 급격히 육지 쪽으로 이동할 때, 파랑과 폭풍에 의해 기존의 저해수면기 퇴적물이 재동되어 형성된 지형이다. 따라서 이는 LGM 동안 지속된 해류의 증거가 아니라, LGM이 끝나고 해수면이 상승하는 ‘과도기’의 기록이다.

이러한 재해석은 인과관계에 대한 이해의 근본적인 전환을 의미한다. Park et al. (2000)의 모델에서 고(古)쓰시마 난류는 퇴적체를 만드는 ‘능동적인 행위자(active agent)’였다. 반면, 현대 순차층서학 모델에서 일차적인 동인은 ‘해수면의 변동 그 자체’이다. 퇴적체는 해수면이 하강하고(LST 형성) 상승하는(TST 형성) 과정을 수동적으로 기록한 ‘기록자(passive recorder)’에 해당한다. 해류는 더 이상 일차적인 원인이 아니며, 기껏해야 퇴적 과정을 일부 변형시키는 부차적인 요인으로 격하된다. 이처럼 해석의 틀이 바뀌면서, Park et al. (2000)이 난류의 증거라고 생각했던 바로 그 퇴적체들이 실제로는 해협이 폐쇄되었던 시기와 그 직후의 지질학적 사건들을 기록하고 있음이 명확해졌다.

결론: 동북아시아 LGM 고환경 이해의 패러다임 전환

Park et al. (2000)의 연구는 발표 당시의 지식과 기술을 바탕으로 LGM 시기 대한해협의 고지리에 대한 설득력 있는 가설을 제시한 중요한 학술적 성과였다. 그러나 지난 25년간 축적된 방대한 후속 연구들은 이 가설을 정면으로 반박하는 네 가지의 강력하고 상호 보완적인 증거들을 제시했다.

결론적으로 Park et al. (2000)의 연구는 당대 과학의 한계를 밀어붙인 가치 있는 시도였다. 그러나 그 결론은 GIA 모델에 의해 물리적 기반이 무너졌고, 압도적인 고해양학적 증거들의 합창에 의해 반박되었으며, 순차층서학이라는 새로운 해석의 틀에 의해 증거마저 재해석되었다.

이러한 증거들을 종합할 때, 2000년대 이후 형성된 새로운 과학적 합의는 명확하다. LGM 동안 대한해협은 기능적으로 폐쇄되었다. 그 결과, 동해는 강하게 성층화된 수괴와 무산소 상태의 심층수를 가진, 고립되고 차가운 기수(brackish) 상태의 내해(epicontinental sea)였다. 따라서 고(古)쓰시마 난류는 이 시기 동해 분지로 유입되지 않았다.

표 1. 패러다임의 전환—Park et al. (2000) 가설과 현대 과학적 합의의 대비

이 연구 가설이 지난 25년간의 학제간 융합 연구를 통해 어떻게 검증되고 기각되었는지를 추적하는 과정은, 새로운 기술과 개념의 등장이 어떻게 과학적 패러다임을 전환시키는지를 보여주는 강력한 사례이다. 이는 과학의 자기 교정 능력과 끊임없는 발전을 증명하는 생생한 기록이기도 하다. 향후 연구는 해협의 정확한 폐쇄 및 재개방 시점, 시베리아 강수 유입의 역할, 그리고 이러한 극적인 환경 변화에 대한 해양 생태계의 반응과 같은 미해결 과제들을 해결하는 방향으로 나아가야 할 것이다.

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