2015년 그린란드에서 미국 로체스터 대학(University of Rochester)의 벤자민 히미엘(Benjamin Hmiel) 박사 연구팀은 거대한 빙판의 얼어붙은 내부를 뚫어 오토바이 엔진 크기의 얼음덩어리들을 끌어올렸다.

이 얼음은 몇 년 동안 과학자들을 괴롭혔던 질문에 대한 답의 일부를 가지고 있다. 지구 온난화의 가장 강력한 원인 중 하나인 메탄가스 중 얼마나 많은 양이 석유와 가스 산업에서 나오는지 확인할 수 있을 것으로 기대됐다.

이전에는 화산 분출이나 가스가 많은 진흙 같은 지질학적인 자원이 매년 대기 중에 있는 메탄의 약 10%를 뱉어내는 것으로 생각해 왔다. 그러나 이번에 네이처(Nature)가 발표한 연구 결과에 따르면 오늘날 대기 중에는 자연에서 발생한 메탄이 훨씬 작은 부분을 차지하는 것으로 나타났다.

대신, 연구원들은 메탄이 인간의 활동에서 발생할 가능성이 예전에 알려진 것보다 훨씬 높다고 말한다. 이번 연구는 우리가 화석 연료에서 나오는 메탄 영향을 최대 40%까지 과소평가했다는 것을 보여준다.

메탄가스 배출 3세기 동안 150% 늘어

대기 중으로 방출되는 메탄은 희귀한 방사성 동위원소인 탄소-14 서명을 기준으로 두 가지로 분류할 수 있다. 화석연료에 의해 발생하는 메탄은 수백만 년 동안 고대 탄화수소 퇴적물에서 격리되어 왔고 더 이상 탄소-14를 함유하지 않는다.

이에 비해서 지구 표면의 식물과 야생동물에서 발생하는 생물학적 메탄은 탄소-14를 함유하고 있다. 생물학적 메탄은 습지와 같은 공급원이나 매립지, 논, 가축과 같이 인공적인 공급원을 통해 자연적으로 방출될 수 있다. 화석 메탄은 천연 지질학적 노출을 통해 또는 화석 연료를 추출하고 사용한 결과로 방출될 수 있다.

메탄은 강력한 온실가스로 지구 온난화에 큰 기여를 한다. 대기에 대한 메탄 방출은 지난 3세기 동안 약 150% 증가했지만, 연구자들은 이러한 배출이 어디에서 발생하는지 정확히 판단하기가 어려웠다. 메탄과 같이 열을 포함한 가스는 인간의 활동뿐만 아니라 자연적으로 방출될 수 있다.

로체스터 대학 지구환경과학 교수인 바실리 페트렌코(Vasilii Petrenko) 연구실의 벤자민 히미엘 박사는 과거로 눈을 돌렸다. 자연과 인공적인 요소를 정확하게 분리하기 위해 그린란드에서 얼음 코어를 시추하고 분석한 것이다.

얼음 코어 표본은 마치 타임캡슐처럼 작용한다. 얼음 내부에 소량의 고대 공기가 있는 기포를 포함하고 있다. 연구원들은 용해실을 사용하여 거품에서 고대의 공기를 추출한 다음 그 화학적 구성을 연구한다.

히미엘의 연구는 산업혁명이 시작되기 전인 18세기 초부터 현재까지 공기의 구성을 측정하는 데 초점을 맞췄다. 인간은 19세기 중반까지 상당한 양의 화석연료를 사용하지 않았다.

산업혁명 이전의 배출량 수준을 측정하면, 연구자들은 현재 대기 중에 존재하는 화석 연료의 배출량이 없는 자연 배출량을 확인할 수 있다. 천연 화석 메탄 방출이 몇 세기 동안 변화할 수 있다는 증거는 없다.

200여 년 전의 대기 중 탄소-14 동위원소를 측정함으로써, 연구원들은 대기에 방출되는 메탄은 거의 모두 1870년까지 자연에서 생물학적임을 발견했다. 그때 화석 성분이 급격히 상승하기 시작했다. 그 시기는 화석연료의 사용이 급증한 것과 일치한다.

자연적으로 방출된 화석의 메탄 수치는 이전 연구 보고된 것보다 10배 정도 낮다. 연구팀은 오늘날 대기에서 측정된 총 화석 배출량을 감안할 때, 인간이 만든 화석 성분이 예상보다 25~40% 더 높다고 추정한다고 그들은 밝혔다.

인간 노력의 중요성 더 많아져

이에 따라 히미엘은 “화석 연료 산업에 더 엄격한 메탄 배출 규제를 두는 것은 미래의 지구 온난화를 이전에 생각했던 것보다 더 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가질 것”이라고 말했다.

메탄은 이산화탄소 다음으로 인간의 활동에서 비롯된 두 번째로 중요한 물질이다. 그러나 다른 열 함유 가스와 비교하여 메탄은 비교적 짧은 저장 수명을 가지고 있다. 메탄은 대기에서 평균 9년 밖에 지속되지 않는 반면, 이산화탄소는 약 1세기 동안 대기에서 지속될 수 있다.

"만약 우리가 오늘날 모든 이산화탄소 배출을 중단시킨다고 해도, 대기 중 이산화탄소 수치는 여전히 오랫동안 높게 지속될 것"이라고 히미엘은 말한다.

만약 인공 메탄 방출이 전체에서 더 큰 부분을 차지한다면 화석 연료 사용과 같은 인간 활동에서 나오는 배출량을 줄이는 것은 과학자들이 이전에 생각했던 것보다 미래의 지구 온난화를 억제하는 데 더 큰 영향을 미칠 것이다.

천연가스의 주요 성분인 메탄은 20년 동안 지구를 이산화탄소 양의 80배 이상 따뜻하게 할 수 있기 때문에 특히 걱정되는 부분이다. 화석 연료 생산 외에도, 가축, 매립지 그리고 인간의 활동과 관련된 다른 자원들 또한 메탄을 방출한다.

히미엘은 “이 같은 사실은 기후변화에 대한 나쁜 소식이며 좋은 소식”이라고 말했다. 나쁘다는 것은, 석유와 가스 생산이 과학자들이 알고 있는 것보다 더 큰 영향을 미친다는 점이다. 그러나 마찬가지로 석유와 가스같이 인간의 활동을 정확히 확인할 수 있는 메탄 배출량이 많을수록 정책 입안자들, 기업들, 그리고 규제 기관들이 문제를 해결해야 한다는 것을 의미한다.

지난 수십 년간 이산화탄소 배출을 줄이자는 요구가 커지고 셰일가스 추출 기술인 프래킹 기술이 저렴해지면서 많은 석탄 화력발전소가 문을 닫았다. 미국에서는 2010년 이후 500개 이상의 석탄 화력발전소가 문을 닫았다.