북극 온난화, 다른 지역의 4배: 해빙, 영구 동토층, 만년설의 붕괴와 온난화의 피드백 루프의 치명적 결과

■ 역자 주: 네이처(Nature) 지에 게재된 최근 연구에 따르면 북극의 온난화는 1973년 이후 다른 지역에 비해 4배나 빠르다. 북극은 해빙(海氷, sea ice), 영구동토층, 광범위한 빙상과 만년설 등 복잡하고 미묘한 기후 요소들을 가지고 있기에 북극의 빠른 온난화 속도는 해수면 상승과 탄소배출 증폭 등 북극을 넘어 전 지구적 결과를 낳을 수 있다. 최근 북극에서는 몇 평방 마일인 거대한 호수가 며칠 사이에 사라지고, 산비탈이 무너져 내리고, 얼음이 녹으면서 한때 평평했던 풍경이 물결 모양 대지 혹은 다각형의 광활한 들판으로 변하고 있다. 이는 온난화로 인한 영구 동토층의 해빙(解氷)으로 인한 것이다. 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. 인간의 화석연로에 의한 탄소 배출로 인한 기후 변화와 온난화로 지구의 다른 부분보다 북극지방의 온난화가 더 심각해지는 소위 '북극 증폭'현상이 가속화되고 있다. 이는 북극을 덮고 있는 해빙(海氷)이 녹아내리는 것과 관련이 있다. 지구로 들어오는 태양 복사의 약 85%를 우주로 다시 반사하는 밝은 눈 층으로 덮여 있는 해빙이 온난화로 녹아내리면서 태양 복사 흡수율을 증가시켜 해양 온난화를 촉진하고 이는 다시 해빙이 녹는 것을 증폭하는 양성 피드백 루프가 생성되었다. 이 글은 브리스톨 대학교 자연지리학교수 Jonathan Bamber의 The Conversation 8월 11일 자 기고 Arctic is warming nearly four times faster than the rest of the world – new research의 번역으로 북극 온난화 속도, 북극의 미묘한 기후 요소, 북극의 빠른 온난화가 북극과 지구에 미치는 영향을 분석하고 있다.

북극이 세계의 다른 지역보다 거의 4배 빠르게 온난화되고 있다 – 새로운 연구 결과

Jonathan Bamber

새로운 연구는 북극이 세계의 다른 지역보다 4배 더 빨리 따뜻해질 수 있다고 추정한다. 사진: Netta Arobas/Shutterstock

지구는 산업혁명 초기보다 약 1.1℃ 더 따뜻해졌다. 그 온난화는 균일하지 않았으며 일부 지역에서는 훨씬 더 빠른 속도로 온난화가 진행되었다. 그러한 지역 중 하나가 북극이다.

새로운 연구에 따르면 북극은 지난 43년 동안 다른 지역보다 거의 4배 더 빨리 온난화되었다. 이것은 북극이 1980년에 비해 평균적으로 약 3℃ 더 따뜻하다는 것을 의미한다.

이것은 경종을 울리는 것이다. 왜냐하면 북극에는 민감하고 섬세하게 균형 잡힌 기후 구성 요소가 포함되어 있기 때문에 과도하게 밀어붙여질 경우 전 지구적 후과로 응답할 것이기 때문이다.

북극 온난화가 훨씬 더 빠른 이유는 무엇인가?

설명의 대부분은 해빙(海氷, sea ice)과 관련이 있다. 해빙은 겨울에 얼고 여름에 부분적으로 녹는 바닷물의 얇은 층(일반적으로 1미터에서 5미터 두께)이다.

해빙은 들어오는 태양 복사의 약 85%를 우주로 다시 반사하는 밝은 눈 층으로 덮여 있다. 대양에서는 반대 현상이 발생한다. 지구 상에서 가장 어두운 자연 표면인 바다는 태양 복사의 90%를 흡수한다.

해빙으로 덮일 때 북극해는 큰 반사 담요처럼 작용하여 태양 복사의 흡수를 줄인다. 해빙이 녹으면서 흡수율이 증가하여 해양 온난화의 빠른 속도가 해빙 용융을 더욱 증폭시켜 더 빠른 해양 온난화에 기여하는 양성 피드백 루프를 생성한다.

이 피드백 루프는 북극 증폭(Arctic amplification)*으로 알려진 것에 대한 대부분의 책임이 있으며, 왜 북극이 지구의 나머지 부분보다 훨씬 더 따뜻해지는지에 대한 설명을 제공한다.

* 역자 주: 북극 증폭은 남극과 북극 극 증폭(Polar amplicication)현상의 하나로 온실 효과와 같은 순 복사 균형의 모든 변화가 행성 평균보다 북극 근처에서 더 큰 온도 변화를 생성하는 경향이 있는 현상을 지칭한다. 이 효과는 일반적으로 극지방 온난화와 열대 지방 온난화의 비율을 나타낸다.

그린란드 빙상에는 완전히 녹으면 지구 해수면을 7.4m 상승시킬 수 있는 충분한 얼음을 포함하고 있다. 사진: MainlanderNZ/Shutterstock

북극 증폭은 과소평가되고 있는가?

수치적 기후 모델은 북극 증폭의 규모를 정량화하는 데 사용되었다. 그들은 일반적으로 증폭 비율을 약 2.5로 추정하는데, 이는 북극이 지구 평균보다 2.5배 더 빠르게 온난화되고 있음을 의미한다. 지난 43년 동안의 지표 온도 관측 기록에 기초하여 새로운 연구는 북극의 증폭률을 약 4로 추정한다.

기후 모델이 그렇게 높은 값을 얻는 경우는 드물다. 이는 모델이 북극 증폭에 책임이 있는 완전한 피드백 루프를 완전히 포착하지 못할 수 있으며 결과적으로 향후 북극 온난화와 그에 수반되는 잠재적 결과를 과소평가할 수 있음을 시사한다.

우리는 얼마나 염려해야 하는가?

북극에는 해빙 외에도 온난화에 극도로 민감한 다른 기후 요소가 포함되어 있다. 너무 세게 밀어붙이면 전 세계적인 후과도 초래한다.

이러한 요소 중 하나는 영구 동토층(지금은 그렇지 않음)으로 지구 표면의 영구적으로 얼어붙은 층이다. 북극 전역의 온도가 상승함에 따라 매년 여름에 녹는 토양의 최상층인 활성층이 깊어진다. 이것은 차례로 활성층의 생물학적 활성을 증가시켜 탄소를 대기로 방출한다.

북극 영구동토층은 지구 평균 기온을 3℃ 이상 올릴 수 있는 충분한 탄소를 함유하고 있다. 영구 동토층 해빙이 가속화되면 영구 동토층 탄소 시한폭탄(permafrost carbon time bomb)이라고도 하는 폭주하는 양성 피드백 과정이 발생할 가능성이 있다. 이전에 저장된 이산화탄소와 메탄의 방출은 추가 북극 온난화에 기여하여 미래의 영구 동토층 해빙을 가속화할 것이다.

온도 상승에 취약한 두 번째 북극 구성 요소는 그린란드 빙상(ice sheet)이다. 북반구에서 가장 큰 얼음 덩어리로 이 빙상은 완전히 녹으면 전 세계 해수면을 7.4m 상승시킬 수 있을 만큼의 충분한 동결된 얼음을 포함하고 있다.

만년설(ice cap) 표면의 녹는 양이 겨울 눈의 축적 속도를 초과하면 만년설은 그것이 얻는 것보다 더 빨리 질량을 잃게 된다. 이 임계값을 초과하면 표면이 낮아진다. 낮은 고도에서 온도가 더 높기 때문에 녹는 속도가 빨라진다.

이 피드백 루프는 종종 작은 만년설 불안정성(small ice cap instability)이라고 한다. 선행 연구에서는 이 임계값에 대한 그린란드 주변의 필요한 온도 상승은 산업화 이전 수준보다 약 4.5도 높아야 한다고 밝히고 있다. 북극 온난화의 예외적인 속도를 감안할 때 이 중요한 임계값을 넘어설 가능성이 빠르게 높아지고 있다.

북극 증폭의 크기에는 지역적 차이가 있지만 관측된 북극 온난화 속도는 모델이 암시하는 것보다 훨씬 빠르다. 만약 이것은 넘어설 경우 이것은 우리를 전 세계적인 결과를 초래할 주요 기후 임계값에 위험할 정도로 가까워지게 한다. 이러한 문제에 대해 일하는 사람이라면 누구나 알겠지만 북극에서 일어나는 일은 북극에 머물지 않는다.

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북극 영구 동토층의 붕괴와 지구 온난화: 북극 경관 붕괴와 온실가스 배출