데드라인에 선 기후

데드라인에 선 기후

프레드 피어스 지음

에코리브르 / 2009년 4월 / 382쪽 / 18,000원



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개척자 - 이 행성의 숨결을 측정한 사람들

이 이야기는 스웨덴의 화학자 아레니우스로 시작된다. 그날은 크리스마스이브였다. 그는 무엇을 했을까? 그는 열을 가두는 특정한 가스들의 농도 변화가 지구의 기후에 어떤 영향을 미치는지 끈질기게 계산하면서 노트를 연달아 채우고 있었다. 초기에 그의 연구를 자극한 것은 '빙하기에 세계가 어떻게 냉각되었을까?'라는 당시에 유행하던 어떤 수수께끼를 풀어보고 싶은 충동이었는데, 그는 저층대기에서 열을 가두어 대기의 복사균형을 깨뜨리고 온도를 변화시킬 수 있는 가스들 속에 단서가 있을지 모른다고 생각했다. 프랑스의 수학자 장 밥티스트 푸리에와 아일랜드 물리학자 존 틴들이 연구한 업적을 통해 이산화탄소를 포함한 일부 가스들이 이렇게 열을 가두는 효과를 갖고 있다는 사실을 아레니우스는 이미 알고 있었고, 만약 대기에서 열을 가두는 이런 가스들이 어떤 이유 때문에 감소한다면, 세계가 점점 추워질 거라고 추론했다.

마치 온실의 유리 같은 작용을 하는 것처럼 보인다고 해서 나중에 '온실가스'라는 이름이 붙여진 이 가스들은 일종의 대기 온도조절장치 역할을 한다. 당시 틴들은 만약 열을 가두는 가스들이 하룻밤 동안 대기에서 사라진다면 "우리의 들판과 정원의 온기가 우주 공간으로 일방적으로 빠져나가게 될 것이며, 태양이 떠올라도 지면이 서리로 꽁꽁 얼어붙어 있게 될 것이다"라고 언급한 적이 있었는데, 아레니우스는 빙하기에도 그와 아주 유사한 일이 일어났을 거라고 생각했다. 복잡한 계산을 마친 끝에 그는 대기의 이산화탄소가 3분의 1에서 2분의 1가량 감소하면, 지구가 섭씨 영하 13도 정도 냉각될 것이라는 사실을 공표할 수 있었다. 또 그는 대기의 이산화탄소가 두 배로 증가하면 세계의 평균 온도가 섭씨 5.6도가량 증가할 거라는 결론을 내렸다.

이런 계산을 어떻게 했을까? 아레니우스는 많은 것들을 계산해야만 했다. 왜냐하면 지구 표면의 흡수력은 얼음의 20퍼센트 미만부터 어두운 바다의 80퍼센트 이상까지 다양하기 때문이다. 그래서 아레니우스는 지구의 표면을 작은 정사각형으로 나누고, 각각의 정사각형이 태양복사를 흡수하고 반사하는 능력을 평가하는 한편, 녹는 얼음이나 어는 바다 같은 요소들이 온실가스의 농도가 올라가거나 떨어질 때 상황을 어떻게 변화시키는지 측정하여, 각기 다른 위도와 계절에 따라 대기의 이산화탄소 농도를 기준으로 측정한 일련의 온도 예보를 제시했는데, 그것은 놀라운 업적이었다. 그리고 그 과정에서 그는 사실상 지구온난화 이론을 만들어냈으며, 또 그 이론을 이용해 현대의 기후모델 원리들을 고안했다. 이산화탄소의 수준이 두 배가 되면 '섭씨 5.6도' 만큼 따뜻해진다는 그의 계산은 IPCC(유엔정부간기후변화위원회)가 최근에 내놓은 '섭씨 6도'와 아주 유사한 수준이다.

아레니우스는 이 초기의 발견을 「공기 중의 탄산이 지면의 온도에 미치는 영향들에 관하여」라는 제목으로 1895년 12월 스톡홀름 물리학회에 제출했고, 이 논문을 좀 더 다듬은 뒤《런던, 에든버러, 더블린 철학과 과학 저널》에 실었다. 이 논문에서 그는 현대의 컴퓨터 모델들에 의해 재생산된 더 많은 예측을 제공했는데, 예로 고위도에서는 열대 지역보다 온난화 정도가 더 클 것이라고 주장했고, 또한 온난화는 낮보다 밤에, 여름보다 겨울에 그리고 바다보다 육지에서 더 뚜렷해질 것이라고 말했다. 한편 아레니우스의 계산이 있은 후 반세기 동안은, 인위적인 이산화탄소 배출이 머지않은 시기에 기후에 중요한 영향을 미칠 가망은 없다는 것이 일반적인 견해였다. 온실온난화의 전망을 진지하게 받아들인 유일한 사람은 영국의 군사 기술자이자 아마추어 기상학자인 가이 칼렌더였다. 그는 1983년 왕립기상학회의 한 강의에서, 대기 중 이산화탄소의 농도를 측정한 수치들이 1900년 이후 6퍼센트 증가했음을 암시하고, 이는 화석연료의 연소에 기인한 게 틀림없으며, 그것이 함축하는 의미는 온난화가 '사실상 현재 일어나고 있다는 뜻'이라고 말했다. 하지만 아레니우스와 마찬가지로 그의 발견 역시 무시되었다.

그 뒤 진지한 노력을 기울인 사람은 찰스 데이비드 킬링이었다. 캘리포니아에 있는 스크립스 해양연구소의 젊은 학생이었던 그는 1950년대 중반에 이산화탄소의 수준을 측정하기 시작했는데, 처음에는 캘리포니아 요세미티 국립공원의 언덕에서 측정했고, 나중에는 더 나은 자료를 얻기 위해 하와이의 마우나로아 화산 정상에 있는 4200미터 상공의 깨끗한 공기를 측정했다. 그 결과는 센세이션을 일으켰다. 일부를 소개하면, 기상 현상과 오염으로부터 멀리 떨어져 있는 마우나로아 같은 장소에서의 이산화탄소 배경 농도가 315ppm이었고, 이산화탄소의 주기적 순환은 여름과 겨울 사이에 이 평균값 근처에서 연간 변동을 일으킨다는 내용이었다.

광합성을 통해 성장하는 식물과 다른 생물은 특히 봄철에 공기 중의 이산화탄소를 소비한다. 그러나 가을과 겨울 동안은 광합성을 멈추어, 광합성을 하는 식물은 토양 박테리아와 균류와 동물의 먹이가 된다. 즉 이들은 이산화탄소를 내뿜어 대기의 농도를 다시 밀어 올린다. 그리고 지구의 초목 대부분은 북반구에 있기 때문에, 대기는 북반구의 여름에 이산화탄소를 잃고, 겨울에 다시 이산화탄소를 얻는다. 어떻게 보면 지구는 사실상 1년에 한 번 숨을 들이쉬고 내쉰다고 할 수 있다. 그러나 킬링의 가장 극적인 발견은 이 연간 순환이 대기의 이산화탄소 농도가 해마다 점차 증가하는 경향 - 킬링의 곡선으로 알려진 추세 - 과 중첩된다는 사실이었다. 킬링이 1958년 마우나로아에서 발견한 315ppm의 배경 농도는 꾸준히 증가해서 1965년에는 320ppm이 되었고, 1975년에는 331ppm, 그리고 오늘날에는 380ppm이 되었다.

그는 1960년대 말에 이미 이산화탄소의 연간 순환이 점차 맹렬해지고 있다는 사실을 알아차렸다. 그리고 봄철에 대기 중 이산화탄소의 농도가 하락하는 현상이 좀 더 일찍 시작되고 있었는데, 이는 평균 농도의 완만한 연간 증가가 온도를 상승시켜 봄을 더 빨리 오게 하고 있다는 강력한 증거였다. 킬링은 2005년에 한 번 더 공개 메가폰을 잡았다. 거의 반세기 만에 처음으로 2002년과 2003년 연속 두 해에 걸쳐 이산화탄소의 배경 농도가 2ppm 이상 증가했다는 사실을 경고하기 위해서였다. 아울러 그는 이것이 어쩌면 지구가 자연의 '탄소 흡수원'인 우림과 토양과 바다에서 탄소를 붙잡아 저장하는 능력이 약화되고 있기 때문일지도 모른다고 경고했다. 또한 인간 활동으로 배출된 이산화탄소의 절반을 흡수해온 자연이 어쩌면 그것을 다시 되돌려주기 시작한 게 아닐까 두려워했다. 그리고 그렇게 되면 '아마 우려할 만한 어떤 일이 일어나게 될 것'이라고 그는 조심스럽게 말했다.

한편 1970년대 초까지만 해도, 미국의 정부 관료들은 자국의 과학자들에게 어떻게 하면 북극의 해빙이 핵잠수함조차 뚫고 지나갈 수 없을 정도로 두꺼워지는 것을 막을 수 있는지 묻곤 했다. 그러나 1970년대 말에 들어 지미 카터 대통령의 환경에 관한 <지구 보고서 2000>은 지구온난화를 위급한 새로운 문제로 확인하고, 미국의 국립과학아카데미는 그 문제에 대한 최초의 현대적 연구에 돌입했다. 그 이후 막대한 양의 연구가 이루어졌고, 지난 5년 동안, 연구자들이 우리의 행성 지구가 작동하는 방식에 대해 더 많이 알게 되면서, 일부는 그 변화들이 아레니우스가 상상했던 것만큼 - 혹은 IPCC가 작성한 점차적인 변화의 시나리오가 암시하는 것만큼 - 매끄럽지도 점진적이지도 않을 거라는 결론에 도달하게 되었다. 즉 우리는 모두 이미 비틀거리고 있는, 때로 가차 없이 변하고 있는 롤러코스터에 타고 있을지도 모른다는 것이다.

얼음의 단층선



북위 90도 - 북극 지역에서는 왜 얼음이 끝없이 녹고 있는 걸까

2000년 8월, 세계에서 가장 강력한 쇄빙선 가운데 하나인 야말 호를 타고 스발바르 군도에서 북쪽으로 항해하며, 연구자들은 깨뜨릴 얼음이 거의 없다는 사실을 깨달았다. 그리고 북극의 목적지에 도달했을 때, 그들은 총빙(바다 위에 떠다니는 얼음이 모여서 언덕처럼 얼어붙은 것)이 아니라, 1.6킬로미터 너비의 맑고 푸른 바다를 발견하고 크게 놀랐다. 이 이야기는 전 세계로 퍼져나갔고, 얼음이 없는 북극 이야기는 북극의 해빙에 대한 공포에 불을 붙였는데, 4반세기에 걸쳐 얼음 사진을 찍어온 NASA의 위성들이 가장 명백한 증거를 제공했다. 나사의 위성 자료 수석 분석가인 국립빙설자료센터의 테드 스캠보스는 2005년 얼음 양이 가장 적은 9월 중순에 불과 518만 제곱킬로미터의 얼음밖에 남아 있지 않았다고 말했는데, 그것은 1978년보다 20퍼센트나 적은 양이었다.

겨울에 재결빙되는 비율이 해마다 줄어들고, 봄의 해빙은 훨씬 더 빨리 시작되고 있는데, 2005년에는 평소보다 17일이나 빨랐다. 대부분의 빙하학자들은 대해빙의 근본적인 원인이 지난 30년에 걸쳐 북극의 기온이 지구 평균의 몇 배나 되는 섭씨 1.68~2.80도가량 상승했기 때문이라는 데, 스캠보스와 의견을 같이한다.

지구온난화와 관련 있을지 모르는 해빙의 또 다른 요인이 있다. 알래스카 페어뱅크스에 있는 국제북극연구센터의 이고르 폴리아코프는 1999년 북극에 들어간 이후 계속해서 추적해온 '따뜻한 물의 거대한 진동'에 대해 보고했는데, 그 진동은 그린란드 해와 대서양을 북극해로 연결하는 그린란드와 스발바르 군도 사이에 있는 심해의 좁은 '통로'인 프람 해협을 지나며 갑자기 나타났다. 그 이후, 진동은 북극해를 감싸고 있는 얕은 대륙붕 주위로 서서히 나아갔고, 2004년 2월 어느 날, 그 진동이 시베리아 북쪽의 라프테프 해에 있는 부표에 도달했는데, 부표에 묶여 있는 온도계는 몇 시간 이내에 섭씨 0.28도나 상승한 수온을 기록했다. 그렇게 따뜻한 물은 계속 머물렀고, 온도의 상승은 지속되었으며, 라프테프 해에서는 얼음이 급속도로 사라지게 되었다.

한편으로 프람 해협을 통과하는 따뜻한 물의 진동이 북극의 일상적인 특징일지도 모른다. 그러나 대서양 자체가 더 따뜻해지면서 이 진동이 더 커지는 것으로 보이며. 그것이 북극에 미치는 영향도 점점 증가하고 있다. 이렇게 되면 머지않아 북극은 여름에 얼음이 사라져 적어도 100만 년 동안 목격되지 않았던 상태가 될지도 모른다. 북극에 얼음이 없는 세계는 어떤 모습이 될까? 반사하는 얼음 방패가 없다면, 전 세계는 몇 도 더 따뜻해질 것이다. 그리고 양극과 열대 지역 사이의 온도 차이에 의해 움직이는 해류와 기류도 비틀거릴 것이다. 또 육지에서는 녹고 있는 영구 동토층에서 메탄을 비롯한 여러 다른 가스가 빠져나와 온도를 더 상승시킬 것이다. 그리고 육지의 만년빙이 녹으면서 해수면이 높아져 세계 인구의 대부분이 이주를 하거나 익사하게 될 것이다.

탄소 순환



보르네오의 산불 - 불타는 습지 때문에 곤경에 처한 기후

1997년 말, 우림이 불타고 있었다. 불길은 잡히지 않았고, 그 결과 인류 역사상 최대의 산불 가운데 하나로 번졌다. 불타고 있는 것은 나무들만이 아니었다. 가장 짙은 연기는 보르네오 중앙의 팔랑카라야 주변에 있었는데, 그곳에서는 불길이 숲 아래에 있는 광대한 도탄 습지로 내려가 그 습지를 건조시키고 불태웠다. 깊이가 18미터에 달하는 이 토탄은 수만 년에 걸쳐 이곳 늪으로 떨어져 축적된 나무와 숲 초목의 잔재였다. 연기가 마침내 걷혔을 때, 이 토탄 습지의 대부분은 새까맣게 타 있었다.

최근까지 이 습지에는 사람들이 전혀 없었다. 그러나 1990년대 초, 인도네시아의 대통령 수하르토는 웨일스 크기의 절반 정도인 보르네오 중앙 습지 삼림 지역을 간척해서 주요 곡물을 자급자족할 수 있도록 거대한 논을 만들겠다고 선언하고, 쌀을 재배하기 위해 여러 섬에서 6만 명의 농민을 이곳으로 이주시켰다. 하지만 토양은 척박한 것으로 드러났고, 사실상 벼는 전혀 자라지 못해 이 대형 프로젝트는 곧 포기되었다. 그러나 그 유산은 남아, 수로들은 계속 습지를 말리고, 마른 토탄은 건기 때마다 불에 탔다. 그리고 엘니뇨 동안은 상황이 더 악화되었다. 보르네오 중앙의 습지를 연구 과제로 삼았던 영국의 생태학자 잭 라일리는 이 재난이 전 지구적인 중요성을 갖는다고 말했다.

세계 열대 토탄 습지의 절반이 보르네오, 수마트라, 웨스트파푸아 같은 인도네시아의 섬에 있는데, 이 토탄 습지는 약 500억 톤쯤 되는 막대한 양의 탄소를 포함하고 있다. 그런데 그 양은 면적이 열 배나 더 큰 아마존 우림의 탄소량과 거의 맞먹는다. 열대의 토탄 습지는 지구의 탄소 순환과 관련해 중요한 특징을 보여준다. 이 토탄 습지들은 탄소를 공기 중에서 포획하고 배출함으로써 세계를 빙하기로 밀어 넣기도 하고, 빙하기에서 빼내는 것을 도와줄 수도 있는 기후변화의 중요한 증폭기 역할을 한다.

라일리는 1997년과 1998년의 엘니뇨 사건으로 팔랑카라야가 수개월에 걸쳐 연기에 휩싸이는 동안, 불에 탄 습지가 45센티미터 이상의 토탄층을 잃었고, 8억 8000톤에서 28억 톤 사이의 탄소를 대기 중으로 배출한 것으로 추산했는데, 그것은 그해에 전 세계에서 화석연료 연소로 방출된 양의 40퍼센트에 상당하는 수치이다. 처음에는 그가 추산한 수치에 대해 다소 회의적이었다. 그러나 2004년, 미국 정부의 연구자들이 전 세계에서 배출된 가스 측정치를 상세히 분석한 결과를 출간했는데, 그 결과는 1998년에 보통 때보다 대략 22억 톤 많은 탄소가 대기 중으로 들어갔음을, 그리고 그 초과량의 3분의 2가 동남아시아에서 비롯되었음을 보여주었다. 아마 보르네오의 산불이 그 대부분을 초래했을 게 틀림없고, 불에 탄 토탄이 그 주요 원인인 게 거의 확실하다.

온난화에 대한 생각



수산기의 공휴일 - 지구의 청소부가 출근하지 않는 날

대기의 정화제가 출근하지 않는 날, 그날은 세계의 종말이 될 수 있다. 왜냐하면 우리 지구의 신진대사와 관련해 대기에서 오염물질 대부분을 정화하는 능력을 가진 화학물질이 딱 하나밖에 없기 때문이다. 그 화학물질은 '수산기'인데, 수산기는 자외선이 오존과 수증기 같은 흔한 가스들에 충격을 가할 때 만들어진다. 수산기는 만들어지기가 무섭게 다른 분자와 반응하는데, 주로 일부 오염물질과 반응해서 금세 사라진다. 그래서 대기 중의 평균 농도가 1조 분의 1도 되지 않을 만큼 아주 드물다. 그러나 이 화학물질은 지구상의 생물에게 매우 중요하다. 왜냐하면 수산기가 대기를 청소해주는 세제이기 때문이다. 수산기는 '산화' 과정을 통해 온갖 종류의 가스 오염물질을 변화시켜서 물에 녹게 하고, 빗물에 씻기게 한다. 한 가지 예를 들어보면, 수산기는 이산화황을 산성비로 바꾸고, 그것은 곧 지면으로 떨어진다. 만약 그러지 않는다면 이산화황은 몇 달 동안 공기의 흐름을 방해할 것이다. 그리고 일산화탄소와 메탄과 일산화질소와 다른 오염물질에도 똑같은 일이 벌어진다. 그런데 수산기가 중화시키지 않는 한 가지 주요 오염물질은 이산화탄소다. 따라서 이산화탄소는 대기 중에 있는 대부분의 다른 오염물질보다 훨씬 더 수명이 길다. 그리고 수산기의 농도는 일반적으로 자외선 복사가 가장 강렬한 열대 지역의 따뜻한 공기에서 훨씬 더 높고, 북극 지역에는 거의 존재하지 않는다.

한편 수산기는 다른 어떤 것보다도 일산화탄소의 산화에 많은 에너지를 쓴다. 일산화탄소는 주로 산불과 화석연료 연소와 가정의 작은 아궁이에서 배출되기 때문에 오랫동안 신데렐라 오염물질로 불렸는데, 가장 큰 관심은 이 가스가 산화되어 이산화탄소가 된다는 것이다. 그런데 공기 중의 일산화탄소 농도가 20세기를 거치며 세계적으로 세 배가 되었다. 수산기와 그 작용에 대한 믿을 만한 자료가 부재한 가운데, 앞으로 닥칠 문제를 발견하는 최선책은 모델화 작업일 것이다.

콜로라도에 있는 국립대기연구센터의 사샤 마드로니치는 수산기가 변화하는 오염물질에 어떻게 반응하는지 알아보기 위해 모델을 만들어 연구한 소수의 연구자 중 한 명인데, 그는 대기의 정화 작용이 한계점에 도달할 수 있다고 다음과 같이 말했다. "어떤 임계값을 넘어가면 수산기는 급격히 감소할 수 있는데, 많은 도시들은 이미 수산기 수준이 국지적으로 압박을 받을 만큼 대기가 오염되어 있다." 이것은 부분적으로는 오염물질이 모든 가용한 수산기를 소비하기 때문이지만, 또한 스모그 자체가 자외선 대기를 뚫고 들어오는 복사를 막아서 더 많이 만들지 못하기 때문이기도 하다.