원시 대기가 형성된 이후로, 대기에서 이산화탄소를 제거한 가장 주요한 요인은 해수 속의 탄산염의 침전입니다. 탄산염의 침전은 해수 속의 탄산 이온과 칼슘 이온이 반응하여 탄산염을 만들고 그것이 침전된 것입니다. 해수 속에 탄산 계열의 이온을 공급한 주요 요인은 1) 암석의 화학적 풍화와 2) 해수에 의한 용해입니다.  * 칼슘 이온은 해저 지각에 의해서도 공급됩니다. 대륙이 형성되기 전에는 해저 지각에 의한 칼슘 이온의 공급이 더 주요했습니다. 대륙이 형성되기 전에는 해수에 의한 용해를 통해 기권의 이산화탄소가 해수에 공급되었습니다. 그러나, 해수의 이산화탄소는 반대의 과정을 통해 대기로 공급되기도 합니다. 해수는 대기의 이산화탄소를 제거한 주요 주체가 아니며 단지 암권이 기권의 이산화탄소를 제거하는 데 있어서 매개자의 역할을 하였을 뿐입니다. 지구 진화의 초기 단계에는 해수에 용해된 탄산 이온들이 해저 지각의 칼슘 이온과 반응하여 많은 탄산염을 형성한 것으로 추정됩니다.  대륙이 형성된 이후에는 암석의 화학적 풍화에 의해서도 공급됩니다. 암석의 화학적 풍화는, 대륙 지각이 형성되어 시생대 중기 쯤에 해수면 위로 드러난 뒤로 특히 더 중요한 역할을 하였습니다. 더구나, 선캠브리아대의 높은 온실 효과로 인한 높은 기온 때문에 풍화율이 매우 컸으며, 그 결과 이산화탄소는 급격하게 제거되었습니다.  특히, 현생 이언(고생대와 그 이후)의 전체 기간에 걸쳐 대기 중 이산화탄소의 감소에 영향을 준 가장 큰 요인이 암석의 화학적 풍화입니다. 해수에 의한 용해와 마찬가지로, 암석의 화학적 풍화도 암권이 기권의 이산화탄소를 제거하는 데 있어서 매개 작용을 한 것입니다.

원시 대기의 이산화탄소 제거는 탄소의 순환에 입각하여 이해할 수 있습니다.  대기의 이산화탄소 농도는 1) 대기 중으로 탄소를 공급하는 요인(source)과 2) 대기 중의 탄소를 제거하는 요인(sink)의 상호 작용을 통해 변화합니다.

1. 대기에 이산화탄소를 공급하는 요인

탄소는 기권에서 주로 이산화탄소의 형태로 존재합니다. 이산화탄소는 화산 분출, 유기 탄소의 융기, 탄산염 암석의 침식, 화석 연료의 연소, 그리고 생명체의 호흡 등에 의해 기권으로 공급됩니다. 이 중에서 지질 시대 동안 가장 중요한 역할을 한 것은 화산 분출에 의한 이산화탄소의 배출입니다. 이산화탄소의 공급에 관한 좀 더 자세한 내용은 탄소의 순환에서 살펴보실 수 있습니다.

2. 대기에서 이산화탄소를 제거하는 요인

대기중의 이산화탄소는 규산염 광물의 화학적 풍화, 해수에 의한 용해, 그리고 생물의 광합성 등에 의해 제거됩니다. 화학적 풍화에 의한 이산화탄소의 제거는 대륙이 형성된 이후에 일어났습니다. 이산화탄소는 기권과 수권의 접촉부에서 수권으로 직접 용해되기도 하지만, 빗방울에 용해된 다음 강수의 형태로 공급되기도 합니다.

특히 화학적 풍화는 기후의 조절자(chemostat)로서 대기 속의 탄소를 제거하여 탄산염암을 형성하는 데 기여하였습니다.  이산화탄소가 용해된 빗방울은 약한 산성을 띱니다. 이것이 바다가 아닌 대륙에 낙하할 때 대륙의 암석과 반응하여 금속 이온을 제거함으로써 암석의 화학적 풍화를 유발합니다. 이산화탄소가 녹은 빗방울은 칼슘 및 나트륨(소듐)과 같은 이온을 암석에서 제거하면서 중탄산 이온(HCO₃^-)이 됩니다. 중탄산 이온은 바다에서 칼슘 이온과 반응하여 앙금을 만들고 침전하여 해저에서 석회암을 만듭니다. 화학적 풍화 및 앙금 생성의 화학 반응은 다음과 같습니다. 

풍화: CaSiO₃ + 2CO₂ + 3H₂O → Ca²⁺ + 2HCO₃^- + H₄SiO₄

이 과정에 의해 대기에서 이산화탄소 분자 두 개가 제거된다고 할 때, 하나는 탄산염으로 침전되고, 나머지는 하나는 기체 상태의 이산화탄소가 되어 기권으로 돌아갑니다. 탄산염 앙금은 다음의 과정에 의해 형성됩니다.

탄산염 앙금의 형성: Ca²⁺ + 2HCO₃^- → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

생물의 광합성은 또다른 주요한 이산화탄소 제거원이지만 탄산염의 형성을 통한 제거만큼 중요하지는 않습니다. 생물의 광합성은 탄소를 생물체 내에 축적시키는데, 이것은 생물이 죽을 때 암권으로 돌아갑니다. 탄산염 또한 암권의 구성 요소이므로, 탄소를 저장하는 가장 주요한 저장소는 (바다가 아니라) 암권이라는 사실을 알 수 있습니다.

<참고 문헌>

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