기후변화, 그 대재앙의 끝은?(신동아 583호)

 

<신동아> 2008.04.01 통권 583호(p620~627)

http://www.donga.com/docs/magazine/shin/2008/04/04/200804040500005/200804040500005_1.html

 

 

 

[세계가 놀란 ‘대단한 실험’]

기후변화, 그 대재앙의 끝은? “육지와 바다는 사막으로…극지방에서 소수 인류만 생존”

이한음 과학평론가 lmgx@naver.com

기후는 혼돈 특성을 지닌 복잡계다. 작은 변화가 어떤 결과를 빚어낼지 제대로 예측할 수 없다. 정말로 지금 인류가 자신과 수많은 동료 생물을 벼랑 끝까지 몰았는지, 새로운 가능성이 눈앞에 펼쳐져 있는지 알 수 없다. 기후변화의 마지막은 어떤 것일지 예측해봤다.

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빙벽에서 떨어진 빙하가 북극 바다에 흩어져 있다. 인류 역사를 볼 때 만고의 진리 중 하나는 ‘한치 앞도 내다보지 못한다’는 말이다. 우리는 어떤 희로애락이든 세월이 지나면 무뎌진다는 것을 잘 안다. 이성과 감정은 따로 움직일 때가 많으며, 감정에 빠져 있을 때 지나간 세월은 까마득히 멀리 있는 듯하다.   감정만이 아니다. 우리는 무엇이든 받아들이면 그것에 집착하는 경향이 있다. 상식이든 물건이든, 손때 묻고 닳고 닳은 것일수록 애착을 느낀다. 구관이 명관이라는 식으로.   과학자들이라고 다를 바 없다. 머릿속에서야 과학적 진리는 새로운 증거가 제시되면 번복될 수 있다고 되뇌고 있지만, 실제 행동은 그렇지 않다. 그들도 반증 사례가 무수히 쌓이고 누군가 탁월한 논리로 결정적인 타격을 가할 때까지 기존 진리를 고수하려는 경향이 있다.   인간은 일정 정도 미래를 정확히 예측할 수 있다. 그렇게 하기 위해 갖은 노력을 다한다. 인류가 미래를 내다보기 위해 쓰는 방법 중 하나는 과거를 돌아보는 것이다. 과거 속에 미래가 있다는 말은 잘 들어맞을 때가 많다. 인간은 좀 더 정확히 미래를 내다보기 위해 여러 기법을 창안했다. 다양한 자료를 동원해 과거의 추세를 파악한다. 그 다음 추세가 가리키는 방향대로 선을 죽 긋는다. 그것이 미래다. 표본 조사, 확률, 통계는 미래를 예측하는 과학적 기반이다.   그러나 상식과 다른 결과가 나오면 거부감이 발동한다. 그럴 때 우리는 직관과 감정을 더 믿는다. 막연히 현 상태가 좀 더 오래 유지될 것이라는 태도를 취한다. 기후 추세에 대한 태도가 그렇다.   남극대륙의 얼음 기둥   1999년 장 로베르 프티를 비롯한 프랑스, 러시아, 미국의 공동 연구진은 남극대륙의 얼음 코어를 연구한 결과를 발표했다. 그들은 남극대륙 동쪽에 있는 러시아 보스토크 기지에서 드릴로 얼음을 뚫어 원기둥 모양의 얼음 덩어리를 채취했다. 소련의 붕괴, 혹독한 추위 등 갖가지 사정 때문에 10년이 넘게 걸렸지만 그들은 무려 3600m 깊이까지 얼음 기둥을 캐내는 데 성공했다. 42만년에 걸쳐 쌓인 눈이 짓눌려 생긴 얼음이었다.   눈이 내려 쌓이기 시작하면 떠다니던 먼지, 에어로졸 입자, 주위의 공기도 그 안에 갇힌다. 처음에 육각형 모양이던 눈은 짓눌리면서 싸락눈처럼 변하다가 이윽고 얼음으로 바뀐다. 연구진은 원기둥 모양으로 파낸 얼음을 녹지 않도록 하면서 톱으로 잘랐다. 그런 다음 오염이 안 된 중심부에 있는 얼음을 떼어냈다. 그 얼음을 진공 용기에 넣고 잘게 부쉈다. 그러자 갇혀 있던 공기가 빠져나왔다. 연구진은 그 공기를 채취해 분석했다.   얼음 코어로 분석할 수 있는 항목은 먼지와 에어로졸 입자뿐 아니라 이산화탄소와 메탄 같은 대기의 미량 기체, 각종 동위원소, 금속 성분 등 다양하다. 그 분석 자료는 과거의 기후 변화 양상을 알려준다.   프티 연구진의 논문은 지구의 기후가 장기간에 걸쳐 어떻게 변해왔는지를 보여줬다. 42만년 동안 지구 기후는 추워졌다 더워졌다가 하는 주기를 네 번 되풀이했다. 한 주기는 10만년 정도였고, 그 주기 내에서는 추운 시기인 빙기가 80% 이상을 차지했다. 따뜻한 시기인 간빙기는 짧을 때도 있고 길 때도 있는 등 변화가 심했다. 현재의 간빙기인 홀로세는 약 1만년 전에 시작됐다.   이 논문은 기후와 대기 온실기체의 농도가 거의 완벽한 동조 현상을 보인다는 것을 밝혀냈다. 빙하기에는 기온이 낮고 온실기체 농도도 낮았다. 온실기체인 이산화탄소의 농도는 빙하기에 180ppm이었다가 간빙기 때 280~300ppm까지 높아졌다. 현재의 간빙기에서 산업사회로 들어서기 전까지 대기 이산화탄소 농도는 거의 280ppm을 유지했으며 가장 높았을 때도 300ppm이었다.

 

식물 플랑크톤의 반란

 

이산화탄소와 메탄은 지구 온난화의 주범이다.

그린란드 등 만년설이 쌓여 얼음층이 높이 형성된 다른 지역에서도 얼음 코어 시추 작업이 이뤄졌다. 2004년에는 남극대륙의 돔C라는 곳에서 시추 작업을 하던 유럽 연구진이 74만년 전까지의 기후 기록을 담은 논문을 발표했다. 거기에는 기후 주기가 두 번 더 추가되어 있었다. 그 연구도 보스토크 연구 결과를 확인시켜줬다. 기온과 온실기체가 놀라울 정도로 높은 상관관계를 보인다는 것을 말이다.

 

1850년경 산업화가 시작되면서 인간은 점점 더 많은 화석연료를 태웠다. 숲을 비롯한 자연 생태계를 없애고 개간하면서 생활공간을 넓혀나갔다. 이에 따라 기온이 서서히 올라가기 시작했다. 이윽고 지구의 장기 평균 기온보다 1℃ 더 높은 상태에 도달했다. 하루에도 기온이 몇 도씩 변한다는 것을 생각하면 그리 대단치 않게 보이지만, 이 장기적인 변화 추세가 우리를 거의 전멸시킬 기폭제라는 인식이 점점 확산되고 있다.

 

기후 변화를 우려하는 과학자들이 강조하고 있듯이, 문제는 양의 되먹임이다. 작은 변화가 좀 더 큰 변화를 일으키고, 그 변화가 더 큰 변화를 일으키는 식으로 점점 더 변화가 가속되는 양상을 말한다.

 

기온이 올라가면 바닷물의 온도도 올라간다. 주로 햇빛이 닿는 표면층의 온도가 더 올라가며, 표면층과 그 아래에 있는 바닷물 사이에 밀도 차이가 생기면서 양쪽이 층을 이룬다. 그러면 표면층과 그 아래층의 바닷물이 섞이지 않게 된다. 바다의 생산자는 식물성 플랑크톤이며, 그들은 주로 햇빛이 비치는 수면 근처에 산다. 한편 플랑크톤이 필요로 하는 영양염류는 아래쪽의 차가운 물에 많다. 따라서 위와 아래의 바닷물이 섞이지 않으면 곧 플랑크톤들은 죽고 바다는 사막처럼 변한다.

 

식물성 플랑크톤은 공기에 든 이산화탄소를 흡수, 광합성을 통해 동물들이 먹을 양분을 만든다. 플랑크톤이 사라지면 바다가 대기 이산화탄소를 흡수하는 능력이 줄어든다. 또 식물성 플랑크톤은 공기 중의 수분을 모아 구름을 만드는 응결핵 노릇을 하는 물질을 배출한다. 응결핵을 통해 생긴 구름은 태양에서 오는 햇빛을 반사시켜서 지구 기온을 낮추는 기능을 한다. 플랑크톤이 사라지면 구름도 줄어들어 온실 효과는 더 강해진다.

 

기온 상승은 빙하에도 비슷한 영향을 미친다. 이미 남북극지방을 비롯하여 전 세계의 빙하와 만년설은 녹아내리고 있다. 양의 되먹임을 통해 그 현상은 가속될 것이다. 새하얀 눈과 얼음이 땅 전체를 뒤덮고 있을 때에는 햇빛이 반사되어 기온이 낮은 상태로 유지된다. 하지만 얼음 가장자리가 녹아 거무스름한 땅이 드러나면 상황은 달라진다. 그곳은 햇빛을 흡수하여 따뜻해지면서 주위의 얼음을 녹인다. 얼음이 녹는 속도는 빨라진다.

 

유럽과 시베리아에서 벌어질 일들

 

대서양의 표면에서 바닷물은 북쪽으로 흘러간다. 흘러가면서 바닷물은 점점 증발해 염분 농도가 높아진다. 그러다가 북극해의 차가운 얼음과 만나면 갑자기 밀도가 커지면서 밑으로 가라앉는다. 이 침강이 대서양의 따뜻한 물을 북쪽으로 계속 흐르게 하는 원동력이다. 이 해류 덕분에 영국과 프랑스 같은 서유럽 지역은 같은 위도대의 다른 지역에 비해 평균 기온이 8℃ 정도 높게 유지된다.

 

그런데 현재는 남북극지방에서 녹은 얼음이 바다로 흘러들어 바닷물의 염분 농도를 낮추고 있다. 이처럼 북극해 주변의 염분 농도가 낮아지고 수온도 올라간다면 북극해에서 표층수의 침강이 중단된다. 대서양 해류도 멈추면서 기후에 큰 변화가 일어날 것이다. 가이아 이론의 주창자인 제임스 러브록은 이 가설을 논의하면서 “그래도 서유럽의 기온이 떨어질 걱정은 안 해도 좋을 듯하다”고 말한다. 그때쯤이면 이미 지구 온난화가 그 효과를 상쇄시킬 정도로 서유럽의 기온을 올려놓았을 것이라고 말이다.

 

이 같은 양의 되먹임 효과는 육지에서도 일어날 것이다. 시베리아를 비롯한 동토대(凍土帶)에는 많은 이탄과 메탄이 얼음 속에 갇혀 있다. 온난화로 시베리아의 얼어붙은 땅이 녹으면 엄청난 양의 메탄이 대기로 방출될 수 있다. 메탄은 이산화탄소보다 24배 더 강력한 온실기체다. 또 이탄 늪은 불이 붙으면 쉽게 꺼지지 않는다. 땅속에서 계속 불이 옮겨 붙으면서 이탄이 타기 때문이다. 그 결과 엄청난 양의 이산화탄소가 대기로 방출될 수 있다.

 

이는 인간이 예상한 범위이며 그 외 미처 생각지도 못한 기후 변화 가속 요인들이 더 있을 수 있다. 인간의 자연 생태계 파괴는 기후변화에 큰 몫을 한다. 숲은 이산화탄소를 흡수함으로써 온난화 효과를 줄이는 중요한 기능을 한다. 인간이 마구 쓰고 있는 화석연료도 먼 옛날 숲이 저장해둔 이산화탄소였다. 따라서 숲을 파괴해 개간하는 행위는 온난화를 억제할 수 있는 요소를 제거하는 것이다. 인간은 그 자리에 논을 조성하고 소 같은 동물들을 기른다. 논과 소는 온실기체인 메탄의 주된 배출원이라고 알려져 있다.

 

이렇게 보면 인간의 행위 대부분이 지구 온난화를 부추기는 듯하다. 물론 먼지, 에어로졸 등 공기를 뿌옇게 만드는 오염 물질들은 햇빛을 반사시킴으로써 온난화를 억제하는 기능을 하지만, 온난화를 막겠다고 어두컴컴하게 오염된 공기를 들이마시며 사는 것이 대안일 수는 없다.

 

온난화가 유전자도 바꾼다

 

산업혁명이 시작된 뒤 불과 150여 년 동안 인간은 엄청난 양의 이산화탄소와 메탄을 대기로 쏟아냈다. 현재 대기에 있는 온실기체의 농도는 지난 65만년을 따졌을 때 유례없는 수준이다. 이산화탄소 농도는 380ppm으로 그 기간의 최대치보다 30% 더 높은 수준이다. 메탄 농도는 300%를 넘는다.

 

문제는 이런 추세가 계속되리라는 것이다. 유가가 배럴당 100달러를 넘어섰지만 신경이 무뎌진 탓인지 이제는 화석연료 소비를 줄이려는 기색이 별로 없다. 게다가 유가가 더 오르면 채산성이 없던 유전에서도 원유를 뽑아낼 수 있으므로 원유 채굴량은 더 늘어난다는 예측에 힘입어 석유가 고갈된다는 이야기는 쑥 들어갔다. 석유 고갈을 말하던 학자들은 갈릴레오 갈릴레이처럼 침울하게 “그래도 석유는 고갈된다”고 중얼거리고 있을지도 모르겠다.

 

환경 변화에 반응하는 양상과 정도는 생물마다 다르다. 변화에 대한 유연성이 큰 생물도 있고, 극도로 민감하게 반응해 환경이 조금만 바뀌면 죽는 생물도 있다. 대개 고도로 적응한 생물은 환경 변화에 취약하다. 한 가지 먹이에만 의지해 사는 생물들이 그렇다. 환경 변화로 먹이가 사라지면 죽을 수밖에 없다. 반면 급격히 진행되는 지구 온난화에 벌써 유전적 대응을 하는 생물들도 있다.

 

2001년 미국 오레곤 대학교의 윌리엄 브래드쇼와 크리스티나 홀자펠은 색다른 논문을 발표했다. 그들은 사라세니아 푸르푸레아라는 식충식물이 있어야만 살 수 있는 모기를 연구했다. 이 모기는 유생 때 식충식물의 잎들로 둘러싸인 고인 물에서 자란다. 유생은 겨울이 오기 전에 휴면 상태에 들어갔다가 봄이 되면 깨어난다. 모기들은 지구 기온이 높아지고 생육 계절이 길어짐에 따라, 휴면에 들어가는 날이 더 늦어졌다. 즉 낮의 길이가 더 짧아진 뒤에 휴면에 들어갔다.

 

그 기간에 북아메리카의 남쪽보다 북쪽의 지표면 기온이 더 상승했다. 따라서 연구진은 모기의 변화가 생육 계절이 길어진 데 대한 반응이자, 지구 온난화가 계절에 미친 영향에 대한 반응이라고 결론지었다. 이런 반응은 유전적이므로 연구진은 지구 온난화에 따라 모기들이 진화하고 있다고 추정한다. 이 연구는 지구 온난화가 생물의 유전자에 미치는 영향을 처음으로 검출한 사례다.

 

기온이 상승하면 식물들은 분포 범위가 넓어질 수 있다. 한반도의 평균 기온이 올라가면서 사과나무, 대나무, 동백나무 등의 분포지가 북쪽으로 올라가고 있는 것이 대표적인 사례다. 그런 식물들을 먹이로 하는 동물들의 분포 범위도 덩달아 넓어질 수 있다. 또한 기온이 상승하면 추운 겨울이 줄어들기 때문에 깨어나 활동하는 기간도 늘어난다. 그러면 더 많은 알이나 새끼를 낳을 수 있어서 개체수가 더 불어날 가능성도 있다.

 

뜻밖의 이유에 의한 멸종

 

앞서 말한 모기를 비롯해 다람쥐, 새, 곤충 등 여러 동물이 지구 온난화에 유전적인 반응을 보인다. 일부 연구자들은 생물들이 유전적 적응을 보이면서 서식 공간을 늘려간다는 연구 결과를 볼 때, 급격한 온난화가 생물의 멸종을 가져온다는 말은 거짓이라고 주장한다. 서식 공간이 더 넓어지니 지구 온난화가 오히려 생물에게 바람직한 것이 아니냐고 반문한다.

 

그러나 급격한 변화에 대한 반응은 생물마다 다르다. 급격한 변화가 일어나는 환경에서는 수명이 짧고 번식률이 높은 종이 유리하다. 반면에 한 세대가 길고 자손을 적게 낳는 몸집 큰 포유류 같은 동물은 적응하기가 쉽지 않다. 인간은 어느 쪽일까.

 

전세계적으로 일어나고 있는 양서류의 대량 멸종은 온난화와 관련이 있다는 연구 결과가 있다. 양서류 수천 종은 개체수가 급격히 줄어들고 있다. 멸종 위기에 직면한 종은 수백 종이며, 100여 종은 이미 사라졌을 가능성이 크다. 양서류가 이렇게 몰락하고 있는 원인은 아직 불분명하다. 서식지 파괴, 자외선, 환경 오염물질, 질병 등 다양한 요인이 복합적으로 작용한 듯하다.

 

2006년 앨런 파운즈 연구진은 멸종 위기에 직면한 코스타리카의 두꺼비들을 연구한 결과를 발표했다. 병원체인 진균류가 두꺼비 사망을 일으키는데, 지구 온난화로 진균류에는 최적 조건이 형성되어 진균류가 대량 발생하고 그 결과 두꺼비에 대규모 감염이 일어난다고 추정했다. 논란의 여지가 있긴 하지만 이 연구는 양서류 멸종이 지구 온난화와 관련이 있음을 보여줬다.

 

임계점 넘어서면 파국의 시작

 

제임스 러브록은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 온난화가 생물에게 좋다는 말에 일침을 가한다. 기온이 더 올라가면 생물들은 극지방으로 더 이동하고, 현재 적도 양편에 형성되어 있는 사막이 훨씬 더 늘어난다는 것이다. 육지뿐 아니라 바다도 거의 사막이 된다.

 

이한음 ● 1966년 서울 출생 ● 서울대 식물학과 졸업 ● 경향신문 신춘문예 당선 ● 과학평론가, 전문번역가 ● 저서 및 역서 : ‘신이 되고 싶은 컴퓨터’ ‘인간 본성에 대하여’ ‘조상 이야기’ ‘복제양 돌리’ ‘미리 보는 2050년 신세계’ ‘굿바이 프로이트’ ‘해변의 과학자들’ ‘만들어진 신’ 등

환경 변화가 임계점을 넘어서면 파국이 찾아온다. 일부 과학자들은 우리가 그 지점에 가까이 있다고, 아니 이미 넘었을지 모른다고 말한다. 문턱을 넘어서면 돌아올 수 없다. 지구는 지금과 다른 새로운 상태로 넘어갈 것이다. 그 뒤 다시 평형이 이루어지면서 기후가 안정을 되찾을 수는 있다. 그러나 인류가 지금처럼 수십억 명이 복작거리며 대규모 문명을 이루고 살아갈 가능성은 낮다. 지금보다 따뜻해진 남극대륙이나 북극지방에서 빈약한 식량으로 극소수만 살아갈 가능성이 높다. 최근 일부 과학자들이 주장한 것처럼 곤충을 식량으로 삼으면 좀 나아질 수도 있겠지만 말이다.

 

인류의 낙관론과 위기 대처 능력에 대한 믿음이 지금의 고도 문명을 낳은 것은 분명하다. 그러나 미래 예측 능력은 별로 나아지진 못했다. 어쩌면 우리는 벼랑에서 떨어지면서도 서로 옳다고 논쟁을 벌일지 모른다.

 

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