January 22,2019

5천만년 전의 지구온난화, 다시 도래할까?

“온도 상승 따른 독성 증가로 수산업도 위험”

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‘먼 옛날에 일어났던 재앙이 다시 오는 것인가.’

캐나다 토론토대와 미국 캘리포니아대(산타 크루즈) 해양과학자들은 과학저널 ‘사이언스’(Science)에 발표한 논문(7월19일)에 5000만년 전 지구 대기의 이산화탄소 증가가 어떻게 지구 해양의 화학적 상태를 극적으로 변화시켰는지를 보여주면서, 오늘날 그런 현상이 다시 일어날지 모른다는 경고를 발했다.

이들은 전세계에서 현재와 같이 탄소 배출이 계속 늘어난다면 앞으로 바다에 사는 수많은 어류도 위험에 처할 수 있다고 밝혔다.

논문 공저자인 토론토대 지구과학과 울리 워트먼(Uli Wortmann) 교수는 “우리 연구에 따르면 지구 온난화는 극단적인 기상현상이나 더욱 뜨거워진 여름뿐만 아니라, 해양의 구조를 바꿔 어업에도 미지의 위험한 결과를 초래할 가능성이 있다”고 말했다.

현재 바다 1000미터 깊이에서의 산소 농도 분포도. 빨간색에서 노란색까지는 산소 농도가 높은 해역을 나타내며, 파란색은 저산소 해역으로 지구온난화가 계속되면서 황화수소 독성을 띨 가능성이 높다.  CREDIT: Uli Wortmann/University of Toronto

현재 바다 1000미터 깊이에서의 산소 농도 분포도. 빨간색에서 노란색까지는 산소 농도가 높은 해역을 나타내며, 파란색은 저산소 해역으로 지구온난화가 계속되면서 황화수소 독성을 띨 가능성이 높다. CREDIT: Uli Wortmann/University of Toronto

“5500만년 전 팔레오-이오신 최고온기와 유사해져”

그는 이런 일이 지구 역사에서 처음 일어나는 일은 아니라고 덧붙였다.

워트먼 교수는 “우리는 대기에 대량의 이산화탄소가 주입된 마지막 시기인 약 5500만년 전의 지질 2기 말 효신세와 시신세 사이의 최고온기(Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM)가 지구를 뜨겁게 달궜을 뿐만 아니라 해양의 화학적 조건을 크게 변화시켰다는 사실을 밝혀냈다”고 말했다.

이번 연구에는 토론토대 박사과정생인 웨이퀴 야오(Weiqi Yao) 연구원과 캘리포니아 산타 크루즈대 해양과학연구소 아디나 페이턴(Adina Paytan) 연구원이 공저자로 참여했다.

과학자들의 연구에 따르면 PETM 기간 동안 공기 중에 대량의 탄소가 유입된 기간은 2만년 미만이며, 전체 온난화 기간은 20만년 동안 지속된 것으로 조사됐다. 이 시기 지구 기온은 5~8°C 증가했다.

당시 지구에는 두 차례의 이산화탄소 대량 방출이 일어났고, 2000년 미만 정도 지속된 첫 번째 방출 기간에 반복된 이산화탄소 배출이 오늘날의 지구온난화와 유사한 것으로 보고 있다. 오늘날과 다른 중요한 차이는 당시에는 얼음이 없었다는 것.

최근 연구에 따르면 당시 이산화탄소 방출량은 연간 0.2기가톤(최고 0.58기가톤)이었는데 비해 오늘날 현대인들은 연간 10기가톤이나 배출하고 있다는 것이다.

바다는 거대한 이산화탄소 흡수원

2006년 발표된 한 연구에 따르면 대양에 녹아있는 탄소의 양은 대기 중 이산화탄소의 약 50배에 달하며, 바다는 거대한 탄소 흡수원 역할을 해 인간 활동에 의해 배출되는 CO2의 약 3분의1을 흡수하는 것으로 알려진다.

이산화탄소 증가는 온난화로 이어지고 이는 다시 바다의 저산소 상태를 초래한다는 것은 폭넓게 받아들여지고 있는 사실. 저산소 상태에서는 황화물을 먹는 박테리아가 번성하면서 황화수소가 발생하게 된다. 그런데 이 황화수소는 소량으로도 치명적인 광범위한 독성 현상을 일으킨다는 것이다.

워트먼 교수는 “이 현상은 바다 깊은 곳에 살고 있는 어류에까지 영향을 미칠 것”이라며, “가장 주목할 만한 것은 먹이사슬 꼭대기에 있는 참치나 고래 같은 종류에 충격을 주고, 이는 다시 해저 200미터 이내에 살고 있는 주요 어업 어종들과 1000미터 부근 중간 깊이에 살고 있는 어류들에도 파급효과를 미치게 된다”고 설명했다.

중간 깊이 및 심해 바다는 지구상에서 가장 크고 탐사가 덜 된 곳으로, 대왕 오징어와 기이한 심해어가 살고 있지만 칠레 바다농어로 알려진 파타고니아 메로 같은 상업적으로도 중요한 일부 종들이 서식한다는 것.

고래가 펌핑을 통해 바다의 영양소를 순환시키는 역할을 하는 모습을 그린 일러스트. 이산화탄소가 증가하면 고래 같은 상위 포식자들이 충격을 받게 되고 이는 아래 먹이사슬로 파급효과를 미치게 된다.  CREDIT: Roman J and McCarthy JJ / PLoS ONE 5(10): e13255. doi:10.1371/journal.pone.0013255

고래가 펌핑을 통해 바다의 영양소를 순환시키는 역할을 하는 모습을 그린 일러스트. 이산화탄소가 증가하면 고래 같은 상위 포식자들이 충격을 받게 되고 이는 아래 먹이사슬로 파급효과를 미치게 된다. CREDIT: Roman J and McCarthy JJ / PLoS ONE 5(10): e13255. doi:10.1371/journal.pone.0013255

바다, 독성 띤 양조장 될 위험”

PETM 최고온기는 지구 역사의 지질학적 두 시기 경계에서 이름을 따왔다. 이 기간 동안 대기로 유입된 이산화탄소 양은 21세기 전 기간에 걸쳐 이산화탄소가 계속 배출될 경우, 유엔의 정부간 기후변화 협약에서 채택된 2100년까지의 이산화탄소 예측 궤적과 유사하다.

이는 현재 계속 화석연료를 사용하고 있는 동안의 좋은 모델로 여겨지고 있으며, 과학자들이 기후변화의 맥락에서 집중적으로 연구하고 있다.

지난 6000만년 동안 해양 화학이 어떻게 전개돼 왔는지를 탐구하는 과정에서 야오 연구원은 페이턴 연구원의 이전 작업에서 힌트를 얻어 몇 가지 색다른 자료를 발견했다. 워트먼 교수에 따르면 이는 전통적인 학계 견해에서 볼 때 오류에 속한 것이었다.

그러나 이 자료가 PETM 기간과 일치한다는 사실을 발견하자 연구팀은 더욱 많은 데이터를 깊이 있게 분석해 그것이 인위적으로 잘못 측정해서 나온 자료가 아니라 실제 신호가 담긴 자료라는 것을 확인할 수 있었다.

워트먼 교수는 “대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 그와 병행해 바다의 산소가 소실된다”며, “이번 연구는 인간 활동으로 배출되는 이산화탄소가 바다 여러 곳을 독성을 띤 양조장으로 바꿀 수 있다는 최초의 증거”라고 밝혔다.

연구팀은 증가하는 이산화탄소 양의 충격이 언제쯤 명백하게 나타날 것인지는 밝히지 않았으나 그 전환은 빠르게 이루질 것이라고 말한다.

야오 연구원은 “우리 연구는 퍼즐의 또다른 부분”이라며, “지구 기후변화 논의에서 종종 무시된 ‘지구 온난화시대에 해양 수산업은 앞으로 어떻게 될 것인가’하는 측면을 부각시킨다”고 강조했다.

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