[기고] 북극 영구동토층 융해와 온실가스

김용원 알래스카주립대 페어뱅크스 교수

북극의 영구동토층은 막대한 양의 유기 탄소를 저장하고 있다. 얼어붙은 땅이 녹거나 해안 지역이 침식되면 이 탄소는 바다로 유입되며, 바닷속 미생물에 의해 분해되어 기후에 악영향을 미치는 온실가스로 전환될 수 있다. 하지만 지금까지 이 탄소가 대기로 얼마나 배출되고 또 얼마나 해저에 잔류하는지에 대해서는 정량적으로 파악된 바가 거의 없었다.
 
최근, 유럽의 연구진은 캐나다 허셸 섬(Herschel Island)의 영구동토층 해안을 대상으로 이 문제에 대한 해답을 최초로 제시했다. 이들은 퇴적물 시추 시료(코어)를 분석하여 상당량의 육상 기원 탄소가 해저에 저장되어 있음을 확인했다. 또한, 미생물이 ‘특별한 미식가’처럼 신선한 해양 기원 탄소를 훨씬 선호한다는 사실도 밝혀냈다.  
 
이번 연구는 해안에서 해저로 이어지는 동토 기원 탄소의 이동을 추적했다. 북극의 육상 영구동토층 생태계는 식물 잔해 등 유기물에서 유래한 탄소를 약 1300기가톤(1기가톤 = 10억톤)가량 저장하고 있다. 해양 및 강 하구의 퇴적물에도 추가로 400기가톤이 저장되어 있다. 그러나, 지구 온난화가 이 거대한 ‘천연 냉동고’에 타격을 입히고 있다. 즉, 북극의 기온은 어떤 지역보다 빠르게 상승하고 있으며, 그 결과 영구동토층이 급격히 녹아내리고 있다.
 
저장된 탄소는 강물이나 해안 침식을 통해 북극해로 유입된다. 이번 연구 책임자는 매년 최대 0.02기가톤의 탄소가 바다로 유입되고 있으며, 2100년까지 유입량이 70%에서 150%까지 증가할 수 있다고 언급했다. 하지만, 유입된 탄소 중 얼마나 많은 양이 온실가스로 대기 중으로 방출되고, 또 얼마나 해저에 저장되는지는 거의 알려지지 않았다. 그러나, 이러한 정보는 영구동토층 융해가 기후에 미치는 영향을 평가하는 데 있어 필수적이다.  
 
연구진은 허셸 섬 연안의 여러 지점에서 퇴적물 코어를 분석했다. 그 결과 놀라운 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 해양 미생물은 퇴적물 속 유기 탄소의 약 10%를 가스로 변환하는데, 이 가스는 물 위로 올라와 대기 중으로 방출되며, 대부분의 탄소는 해저에 저장된다는 결론을 내렸다.
 

연구진은 영구동토층 퇴적물이 해저에 얼마나 빠르게 쌓이는지를 조사했다. 이를 위해 연구진은 퇴적물 층 내부의 미세한 공간, 즉, 공극수 (pore water: 일정 고체 토적물 시료중 액체의 존재)에 무기 용존 탄소가 얼마나 존재하는지를 측정했다. 이는 미생물이 유기 탄소를 분해(소화)한 후 얼마나 많은 이산화탄소(CO2)를 배출했는지 보여주는 중요한 단서가 된다.  
 
연구팀은 퇴적물 속에는 영구동토층 유래의 오래된 탄소보다 조류 잔해 등에서 나온 신선한 탄소를 선호하는 듯한 ‘미식가’ 박테리아가 살고 있음을 증명했다. 이는 육지에서 바다로 유입되는 유기 탄소가 대기 중 온실가스 농도에 미치는 영향이 당초 우려했던 것보다 적다는 것을 시사한다. 하지만, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다고 밝혔다.
 
육지에서 바다로 이동하는 탄소는 온실가스 농도 외에 다른 것에도 영향을 미칠 수 있다. 연안 해역의 지정학적, 지질학적 변화 가능성이다. 예를 들어, 탄소 이동은 연안 해역의 생지화학적 특성 (biogeochemical characteristics)에 직접 영향을 미치는데, 이 해역은 지역 주민들에게 식량을 공급하는 중요한 역할을 한다. 이는 유입된 퇴적물이 햇빛에 대한 가용성(availability)의 양을 변화시키기 때문이다. 즉, 새로 떨어져 나온 파편들은 연안 바닷물을 탁하게 만드는 한편, 포함된 유기 탄소는 물의 색을 변화시킨다.  
 
 기온상승으로 인한 북극 영구동토층의 융해 가능성은 점차 커지고 있다. 이렇게 북극해에 유입된 오래된 동토 기원 탄소는 수생 미생물의 분해로 이산화탄소와 메탄 (CO2 and CH4)의 대기 유입에 직접 연관이 있음을 시사한다. 이는 극지 온난화의 위험성에 대한 경고다.

김용원 / 알래스카주립대 페어뱅크스 교수