* 역자 주: 지구온난화와 북극의 산불로 북극의 영구 동토층이 빠르게 붕괴하고 있다. 몇 평방 마일의 거대한 호수가 며칠 만에 사라지고 곳곳에서 산비탈이 무너지고, 표면을 지탱하던 지하의 얼음들이 녹아내리면서 다각형이 표면들이 곳곳에서 모습을 드러내고 있다. 더욱이 각종 동식물의 잔해가 쌓이면서 지구 유기 토양 탄소의 50%를 저장하고 있는 영구 동토층의 해빙은 이산화탄소의 방출을 야기하고, 미생물의 활동을 활성화하면서 더 치명적인 온실가스인 메탄의 배출을 급증시킨다. 북극 영구 동토층의 붕괴는 결국 더 심각한 지구 온난화로 이어질 수 있다. 이 글은 일리노이 대학교 Urbana-Champaig 캠퍼스 식물 생물학 및 지리학과 조교수 Mark J. Lara의 Conversation 4월 12일 자 기고 Thawing permafrost is roiling the Arctic landscape, driven by a hidden world of changes beneath the surface as the climate warms의 번역으로 북극 영구 동토층의 해빙 원인과 그 영향, 기후변화와의 관계를 분석하고 있다.
기후 온난화에 따라 지표 아래 변화의 숨겨진 세계로 인해 녹는 영구 동토층이 북극의 풍경을 뒤흔들고 있다
북극 전역에 풍경에 이상한 일들이 일어나고 있다
크기가 몇 평방 마일인 거대한 호수가 며칠 사이에 사라졌다. 산비탈이 무너져 내리고 있다. 얼음이 풍부한 땅이 무너져 한때 평평했던 풍경이 물결 모양으로 남고 일부 지역에서는 크고 가라앉은 다각형의 광활한 들판이 생성된다.
지표 아래에서 오랫동안 얼어붙은 토양인 영구 동토층(permafrost)이 해빙되고 있다는 증거이다. 그것은 그 위에 세워진 지역 사회와 지구 기후에 나쁜 소식이다.
생태학자로서 나는 이러한 역동적인 경관 상호작용을 연구하고 있으며, 시간이 지남에 따라 영구 동토층이 주도하는 경관 변화가 가속화되는 다양한 방법을 기록하고 있다. 그곳에서 진행 중인 숨겨진 변화는 미래에 대한 경고를 담고 있다.
영구 동토층이란 무엇인가?
영구 동토층은 특히 캐나다, 러시아 및 알래스카에서 북반구 토지의 약 4분의 1을 덮고 있는 영구적으로 얼어붙은 토양이다. 그 대부분은 시간이 지나면서 얼어붙은 오래전에 죽은 식물과 동물의 유기물을 풍부하게 담고 있다.
이 얼어붙은 토양은 건물의 내 하중 지지대와 유사하게 초목이 있거나 혹은 없는 표면에 안정성을 제공하고 많은 북부 경관의 구조적 무결성(structural integrity)을 유지한다.
온도가 상승하고 강수 패턴이 변화함에 따라 영구 동토층과 다른 형태의 지상의 얼음은 해빙과 붕괴에 취약해진다. 이 얼어붙은 토양이 따뜻해지면 땅이 불안정해지고 수천 년에 걸쳐 이러한 역동적인 생태계를 섬세하게 얽어 온 직물이 느슨해진다. 북극 전역에서 증가하고 있는 산불은 위험을 증가시키고 있다.
표면 아래에는 다른 무언가가 활동 중이며 지구 온난화를 증폭시키고 있다. 땅이 녹으면 미생물은 수천 년 동안 얼어붙은 토양에서 유기물을 먹기 시작한다.
이 미생물은 이산화탄소와 메탄, 강력한 온실 가스를 방출한다. 이러한 가스가 대기 중으로 빠져나가면 기후가 더욱 온난화되어 따뜻한 온도는 더 많은 토양을 녹이고 미생물이 더 많은 온실 가스를 먹고 더 많은 온실 가스를 생성할 수 있는 유기 물질을 더 많이 방출하는 피드백 루프가 생성된다.
증거: 사라지는 호수
인간이 초래한 기후 변화의 증거는 영구 동토 전역에 걸쳐 증가하고 있다.
크기가 수 평방 마일인 큰 호수의 소멸은 최근 북부 경관 전환 패턴의 가장 두드러진 예 중 하나이다.
호수들은 넓고 깊은 배수로가 발달함에 따라 측면으로 배수되거나 또는 영구 동토층에 침투되어 물이 빠져나갈 때까지 호수 아래의 얼지 않은 토양이 점차 깊어지는 탈릭(talik, 영구 동토층 지역에 있는 연중 얼지 않은 땅의 층 - 역자 주)을 통해 수직적으로 배수된다.
이제 영구 동토층 지역의 지표수(surface water)가 감소하고 있음을 나타내는 압도적인 증거가 있다. 위성 관측과 분석에 따르면 호수 배수가 영구 동토층 파괴와 관련이 있을 수 있다. 동료들과 나는 그것이 더 따뜻하고 긴 여름철과 함께 증가한다는 것을 발견했다.
이 통찰은 알래스카 북서부에서 지난 5년 동안 기록상 가장 높은 비율의 파국적 호수 배수(영구 동토층 퇴화로 인해 며칠 동안 발생하는 배수)가 관찰된 후 나온 것이다.
영구동토층 범위에 걸친 호수의 소멸은 물새, 물고기, 그리고 다른 야생동물의 이동에 중요한 수질과 물의 가용성이 변화함에 따라 원주민 공동체의 생계에 영향을 미칠 가능성이 높다.
무너지는 언덕과 다각형 필드
묻힌 빙하의 해빙과 붕괴로 인해 러시아와 북미 북극 전역에서 언덕이 점점 더 빠른 속도로 무너져 토양, 식물 및 잔해가 내리막으로 흘러내린다.
시베리아 북부의 한 새로운 연구는 교란된 지표면이 지난 20년 동안 300% 이상 증가했다는 것을 발견했다. 캐나다 북부와 북서부의 비슷한 연구들은 그곳의 무너져 내림이 더 따뜻하고 습한 여름과 함께 가속화된다는 것을 발견했다.
평평한 지형에서는 얼음 쐐기(ice wedge)가 발달하여 육지 전체에 특이한 기하학적 패턴과 변화를 일으킬 수 있다.
수십 년에서 수백 년에 걸쳐 녹은 눈이 토양의 갈라진 틈으로 스며들어 얼음 덩어리가 형성된다. 이 쐐기는 그 위의 땅에 골을 만들어 다각형(polygon)의 가장자리를 만든다. 다각형은 건조 갯벌의 바닥에서 볼 수 있는 것과 유사한 방식으로 동결 및 해동 과정의 결과로 자연적으로 형성된다. 얼음 쐐기가 녹으면서 위의 땅이 무너진다.
극도로 춥고 고지대 북극 환경에서도 드물게 따뜻한 여름의 영향으로 지형의 표면이 극적으로 변화할 수 있으며, 이전에는 평평했던 지형이 아래 토양의 얼음이 녹으면서 움푹 들어간 곳으로 가라앉기 시작하면서 기복이 심한 지형으로 전환된다. 기후 온난화에 대한 반응으로 얼음 쐐기 해빙의 전체 비율이 증가했다.
많은 북극 지역에서 이러한 해빙은 산불로 인해 가속화되었다. 최근 연구에서 동료와 나는 북극 영구 동토층 지역의 산불이 화재 후 최대 80년 동안 얼어붙은 지형의 해빙 및 수직 붕괴 속도를 증가시켰음을 발견했다. 기후 온난화와 산불 교란은 모두 미래에 증가할 것으로 예상되기 때문에 북부 경관의 변화율을 증가시킬 수 있다.
최근 기후 및 환경 변화의 영향은 저지대 아한대 산림의 저위도에서도 감지되었다. 그곳에서 얼음이 풍부한 영구 동토층 고원(인접 습지 위로 솟아 있는 융기된 영구 동토층 섬)이 알래스카, 캐나다 및 스칸디나비아 전역에서 급속히 퇴화되었다. 그들은 습지로 가라앉는 사초(sedge), 관목, 나무로 가득 찬 화물선처럼 보일 수 있다.
그것은 왜 중요한가?
추운 기온과 짧은 생장기는 북부 생태계에서 죽은 식물과 유기물의 분해를 오랫동안 제한해 왔다. 이 때문에 지구 토양 유기 탄소의 거의 50%가 이 얼어붙은 토양에 저장된다.
오늘날 우리가 보고 있는 갑작스러운 전환(호수가 배수된 분지로 변하고 관목 툰드라가 연못으로 변하고 저지대 아한대 산림이 습지로 변하는)은 매몰된 영구 동토층 탄소의 분해를 가속화할 뿐만 아니라 물로 가득한 환경으로 붕괴되면서 지상 식물들의 분해를 가속화할 것이다.
기후 모델은 그러한 전환의 영향이 끔찍할 수 있음을 시사한다. 예를 들어, 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 최근 모델링 연구는 영구 동토층 파괴와 관련 경관 붕괴가 금세기 말까지 강력한 온난화의 시나리오에서 탄소 손실의 12배 증가를 초래할 수 있다고 제시했다.
이것은 영구 동토층이 오늘날 대기보다 2배 많은 탄소를 보유하고 있는 것으로 추정되기 때문에 특히 중요하다. 영구 동토층의 깊이는 다양한 데 시베리아 일부에서 3,000피트를 넘고 알래스카 북부에서 2,000피트를 넘으며 남쪽으로 가면서 급격히 감소한다. 알래스카의 페어뱅크스(Fairbanks)는 평균 약 300 피트(90미터)이다. 연구에 따르면 세계가 현재의 온난화 궤적을 그대로 유지한다면 깊이가 10피트(3미터) 이하인 얕은 영구 동토층의 대부분이 해빙될 가능성이 높다.
한 술 더 떠서, 산소가 부족한 물이 가득한 환경에서 미생물은 메탄을 생성하는 데, 이 메탄은 대기에 오래 머물지는 않지만 이산화탄소보다 지구 온난화에 30배 더 효과적인 강력한 온실 가스이다.
영구 동토층을 녹이는 것이 기후에 얼마나 큰 문제가 될 것인지는 미지수다. 우리는 그것이 지금 온실 가스를 방출하고 있다는 것을 알고 있다. 그러나 영구 동토층 해빙 및 관련 경관 전환의 원인과 결과는 활발한 연구 분야이다.
한 가지는 확실하다. 이전에 얼어붙은 경관의 해빙은 앞으로 몇 년 동안 고위도 생태계의 모습을 계속해서 변화시킬 것이다. 이 지역에 거주하는 사람들의 경우, 땅이 울퉁불퉁해지고 토양이 불안정해진다는 것은 굽은 도로와 건물이 가라앉는 등 위험과 비용을 감수해야 한다는 것을 의미한다.
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