우리 행성에서 가장 빠르게 변하는 지역 중 하나는 북극 바로 남쪽, 지구 꼭대기 근처의 가장 추운 지형들이다. 이 지역은 전 세계 평균보다 2배에서 4배 빠르게 온난화되고 있다.

이 “북방(boreal)” 숲과 나무 없는 평원인 “툰드라(tundra)” 아래에 있는 얼어붙은 땅이 빠르게 녹고 있다. 이것은 문제가 된다. 왜냐하면 영구동토층이 대기 중에 이미 존재하는 양의 두 배 이상에 달하는 막대한 양의 취약한 탄소를 함유하고 있기 때문이다. 이제 그 중 일부 탄소가 이동하고 있다.

우리는 북부 영구동토 지역에서 얼마나 많은 탄소와 질소가 방출되고 있는지 알아내고자 했다. 이 환경은 온실가스의 공급원이 될 수도 있고, 탄소를 흡수해 대기에서 제거하는 “저장고” 역할을 할 수도 있다. 그래서 우리는 이를 파악하고 균형을 맞춰야 했다.

글로벌 탄소 프로젝트(Global Carbon Project)의 일환으로, 우리는 북부 영구동토 지역에 대한 최초의 온실가스 예산(greenhouse gas budget)을 발표해 공급원과 저장고를 모두 합산한 결과를 내놓았다. 이 보고서는 기후에 대한 긍정적인 소식과 그렇지 않은 소식을 모두 담고 있다.

영구동토층이란 무엇이며, 왜 우리가 걱정해야 할까?

영구동토층(permafrost)은 지속적으로 얼어 있는 땅을 의미한다. 이 안에는 토양, 이탄(peat), 암석과 얼음이 포함될 수 있으며, 멸종한 털코끼리와 같은 고대 식물과 동물의 흔적도 종종 볼 수 있다.

이러한 차가운 환경에서는 여름 동안에만 식물이 주로 자란다. 새로 떨어진 잎과 죽은 식물들이 빠르게 얼어붙어 수천 년 동안 영구히 저장된다. 이로 인해 엄청난 양의 탄소가 축적되었으며, 그 양은 1조 톤이 넘는다. 비교하자면, 모든 열대우림과 토양이 저장하는 탄소량의 절반에도 미치지 않는 수준이다.

상층의 “활성(active)” 토양층은 따뜻한 계절에 자연적으로 녹을 수 있지만, 하층은 일반적으로 계속 얼어 있다. 그러나 인간이 초래한 기후 변화로 토양 온도가 높아지면서, 녹는 기간이 점점 길어지고 영구히 얼어 있던 탄소층도 녹기 시작하고 있다.

녹은 토양에서는 미생물이 죽은 식물과 다른 부패한 유기물을 분해하기 시작한다. 이 과정이 산소가 있는 상태에서 일어나면 이산화탄소(CO₂)가 방출된다. 산소가 없는 상태(호수나 물이 포화된 토양에서처럼)에서는 메탄(CH₄)이 방출된다.

러시아 체르스키의 얼어 있는 퇴적물. 출처: 구스타프 후겔리우스

메탄(CH₄)은 대기 중에서 더 많은 열을 머금기 때문에 이산화탄소(CO₂)보다 강력한 온실가스이며, 특히 우려되는 대상이다. 불행히도 영구동토층의 얼음이 녹으면서 산소가 부족한 습한 땅이 더 많아져, 더 많은 메탄이 방출되고 있다.

분해되는 토양 유기물은 질소도 포함하고 있어, 또 다른 강력한 온실가스인 아산화질소(N₂O) 배출도 발생한다.

온난화가 온실가스 배출을 증가시키고, 그로 인해 다시 온난화가 가속되어 더 많은 온실가스가 배출되는 과정을 “양의” 탄소-기후 피드백 고리(positive carbon-climate feedback loop)라고 한다. 이러한 양성 또는 자기강화적 과정을 피하는 것이 지구 온난화를 제한하는 데 중요하다.

다른 유형의 피드백 고리는 “음의” 탄소-기후 피드백(negative carbon-climate feedback)으로, 실제로는 긍정적 역할을 한다. 음성 피드백이라고 불리는 이유는 대기에 남아 있는 총 배출량을 줄이기 때문이다.

이번 연구에서는 대기에 남아 있는 총 배출량을 줄이는 음의 탄소-기후 피드백의 증거를 발견했다. 더 긴 생장기(지구 온난화로 인한), 토양에서의 질소 증가, 그리고 대기 중 CO₂ 농도 증가가 모두 식물의 생장 기간을 늘리고 더 많은 탄소를 축적하게 돕는다.

습지, 호수, 연못, 물이 포화된 토양 및 이탄지대와 같은 내륙 수역은 영구동토층 지역의 온실가스 순 균형에 중요한 역할을 한다. 출처: 구스타프 후겔리우스

우리는 무엇을 했나

35개 연구 기관의 과학자들로 구성된 우리 팀이 모든 가용한 관측 자료와 온실가스 배출 모델링을 수집하고 평가했다. 여기에는 육지, 담수, 대기에서의 온실가스 배출이 포함되었다. 이러한 정보를 바탕으로, 우리는 2000년에서 2020년까지 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)에 대한 통합 온실가스 예산을 개발했다.

이 작업은 모든 지역과 해양을 포함하는 전 세계적 평가의 일환이었다.

이동하는 탄소

우리의 연구에 따르면 영구동토층은 매년 2,900만에서 5억 톤의 탄소를 저장하는 작은 규모에서 중간 규모의 CO₂ 저장고 역할을 하고 있었다.

캐나다와 러시아의 북방 숲을 비롯한 일부 지역은 2000년에서 2020년까지 연구 기간 동안 주로 CO₂를 흡수하는 역할을 했으며, 이는 식물 성장과 생장기의 연장에 기인했다. 그러나 동시에 호수, 강, 산불은 CO₂의 방출원이 되었다.

이 지역은 또한 이산화탄소에 이어 두 번째와 세 번째로 중요한 온실가스인 메탄과 아산화질소의 배출원이기도 했다.

인위적 온난화가 일어나기 전부터 메탄 배출은 이미 존재했지만, 여러 배출원이 시간이 지나면서 증가했다. 우리는 습지가 메탄의 최대 배출원이라는 것을 발견했으며, 영구동토층이 녹으면서 더 많은 지역이 물로 포화되고 있었다.

아산화질소 배출의 가장 큰 원천은 상대적으로 면적당 배출량은 적지만, 건조한 툰드라와 북방 숲에서 발생했다.

100년 기준으로 계산했을 때, 이 세 가지 온실가스가 지구 온난화에 미치는 총 기여도는 거의 중립적이었다. 이는 CO₂ 흡수로 인한 냉각 효과가 메탄과 아산화질소 배출로 인한 온난화 효과를 상쇄하기 때문이다. 기후변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)은 21세기 동안 모든 온실가스를 비교하기 위해 100년 기준을 사용한다.

하지만 20년 기준으로 보면, 현재의 온실가스 배출은 순 온난화 요인이다. 이는 단기적으로 메탄 배출의 강력한 온난화 효과가 온도에 큰 영향을 미치기 때문이다.

영구동토층 붕괴로 시베리아에 거대한 크레이터들이 열리고 있다. 출처: 알렉산드르 루첸코, 셔터스톡

미래에는 무엇이 기다리고 있는가?

영구동토층 지역의 온실가스 배출이 미래에 어떻게 변화할지는 아직 확실하지 않다. 하지만 메탄 배출이 이미 많은 지역에서 증가하고 있으며, 이 추세는 계속될 가능성이 크다는 것은 알고 있다.

기후변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)이 사용하는 지구 시스템 모델에 따르면, 다양한 배출 시나리오 하에서 21세기 동안 CO₂ 흡수 역할을 유지할 가능성이 있다. 하지만 이러한 모델은 영구동토층의 급격한 붕괴(느린 해빙과는 다른 현상)와 극심한 산불을 대체로 간과하고 있는데, 이 두 가지는 온실가스 배출을 급격히 증가시킬 수 있는 요인이다.

영구동토층 지역의 산불은 점점 더 큰 우려 사항이 되고 있다. 우리의 온실가스 예산의 마지막 해는 2020년이어서, 시베리아에서의 2021년 초유의 산불과 캐나다에서의 2023년 산불을 포함하지 못했다. 이 두 사건의 산불 배출량은 각각 약 5억 톤의 탄소에 달해, CO₂ 흡수 역할을 상쇄하거나 순 배출원으로 전환할 만큼 충분하다.

영구동토층 탄소를 지하에 계속 머물게 하는 유일한 방법은 인간 활동으로 인한 온실가스 배출을 빠르게 줄이고 궁극적으로 제거하는 것이다. 이를 이행하지 않으면, 온난화가 영구동토층을 녹이고 고대 탄소와 질소를 방출하여 연속적인 피드백 고리를 생성하며 지구 온난화를 부추길 가능성이 크다.

[출처] The frozen carbon of the northern permafrost is on the move – we estimated by how much

[번역] 이꽃맘

덧붙이는 말

펩 카나델(Pep Canadell)은 CSIRO의 수석 연구 과학자이고 글로벌 탄소 프로젝트 전무 이사이다.구스타프 후겔리우스(Gustaf Hugelius)는 스톡홀름 대학교의 지리학 교수이다. 참세상은 이 글을 공동 게재한다.