식물의 배신, 지구온난화 가속화의 원인?

식물의 배신, 지구온난화 가속의 원인?

 16기 김창준

 

 지구온난화의 영향으로 작물 재배 북방한계선이 점차 북상하여 제주도에선 바나나, 파파야 같은 열대 과일을 재배하는 농가가 늘어나고 있다. 이런 북방한계선의 북상은 이제 북극의 기후변화에도 영향을 주고 생태계에 변화를 일으키고 있다.

 북극의 기온이 점차 높아지면서 식물이 번성할 수 있는 환경으로 점차 변하고 있다. 북극의 여름 기온이 점차 높아지면서 눈이 더 일찍 녹고 있고 봄은 더 빨리 찾아와 식물의 잎은 매년 더 빨리 자라고 있다. 북극해 연안의 동토 지대인 북극 툰드라의 식물들은 점차 새로운 땅으로 퍼져나가고 있으며 원래 식물이 자라던 곳에서는 식물들이 더 크고 두텁게 성장하고 있는 것으로 알려졌다.

 하지만 이런 변화는 우리가 흔히 알던 식물이 이산화탄소와 산소의 순환으로 온실가스 감소에 도움이 된다는 사실과는 달리 오히려 지구온난화를 가속화하고 있다. 식물들이 기후변화에 적응해가면서 어떤 문제점들이 발생하고, 어떻게 지구온난화를 가속하는지 소개하고자 한다.

[자료1.  캐나다 북극 지방 허쉘 섬 툰드라 지대가 녹지화된 모습]

출처 : 제프리 커비

[북극지방 식물의 높이가 커지고 있다?]

 북극에는 얼음과 눈으로 덮여 식물이 자랄 수 없다고 생각하지만, 사실 수백 종의 키 작은 관목과 풀, 그리고 내한성 식물들이 자라고 있는 곳이다. 이 식물들은 탄소 순환과 에너지 균형에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

 지난 30년간 냉대의 침엽수림대와 극지방 빙설 지대 사이 툰드라 지대 식물들이 기상 변화의 영향으로 키가 커졌다는 사실이 북극 전문 연구팀을 통해 알려졌다. 또한, 북극의 남쪽 지역에서는 키가 큰 식물 종들이 툰드라 지대를 가로질러 퍼지고 있다는 사실도 발견됐다.

 영국 자연환경연구위원회 (NERC)에서 지원한 북극 식물 다양성 연구는 130명의 과학자들이 참여했고, 북극과 툰드라 지역에서 6만 개의 샘플을 채취하고 분석했다. 그 결과 ‘북극과 툰드라 고산지역의 급속한 기후 온난화는 식물계의 구조와 식물상에 변화를 초래하고 있으며, 이는 광대하고 민감한 생태계의 기능에 중요한 영향을 미친다.’라는 결론을 도출했다.

[자료2.  연구에 참여한 과학자들이 캐나다 엘스미어 섬에서 식물들의 크기를 재고 있다.]

출처 : ANNE D. BJORKMAN

 키 작은 식물들은 더 많은 눈을 가두어 놓을 수 있고, 그 눈은 밑에 있는 땅의 단열재 역할을 하므로 겨울에 빨리 얼어붙지 않도록 하는데, 키 큰 식물들이 늘어나면 얼어붙은 탄소 저장고의 해동을 가속해 온실가스 배출량이 늘어나게 된다.

 전 세계 토양 탄소의 30~50%는 북반구 영구동토층에 있다. 즉 키가 큰 식물들이 북반구에 늘어나면, 땅까지 도달하는 햇빛이 줄어들고 땅을 덮고 있던 눈도 덜 녹게 된다. 단열재 역할을 하는 눈이 남아있으면, 땅도 잘 얼지 않게 되고 얼지 않는 북극 땅은 온실가스를 내뿜게 된다.

[식물의 숨구멍이 쏘아 올린 공]

 식물의 기공(숨구멍)은 광합성에 쓸 이산화탄소를 들이마시고 산소를 내뱉는 통로이다. 산소가 나갈 때 식물 몸속 수분도 기공을 통해 나가게 된다. 이 과정을 통해 더운 날 마당에 물을 뿌리는 것과 같이 지면 온도를 낮추는 역할을 한다. 그런데, 이산화탄소가 증가하면서 식물이 숨을 쉴 때 내뿜는 수분량이 감소해 북극의 온도가 올라간다는 흥미로운 연구 결과가 나왔다.

 포항공대(포스텍)는 환경공학과 국종성 교수와 박사과정 박소원 씨, 스위스 취리히대학교 김진수 박사 공동연구팀은 이산화탄소가 증가하면 고위도 지역 식물의 기공이 닫히고 증산량이 줄어들어 북극 온난화를 가속하는 것을 확인했다.

[자료3. 고위도(캐바나, 시베리아, 북극해, 만주)의 높은 기옥 상승폭]

출처 : POSTECH

 대기 중에 이산화탄소가 많아지면 식물은 기공을 조금만 열어도 충분한 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 대신 기공을 적게 열면 내보내는 수증기의 양이 줄어드는데, 이런 식물 증산작용이 감소하면 육지 온도가 더 쉽게 오르게 된다. 증산작용 감소는 북반부 육지지역의 폭염 증가의 원인 중 하나로 꼽힌다.

 이런 식생의 반응은 지표면과 대기의 에너지 교환을 조절함으로써 전 지구적 기후변화를 초래하는 데 이를 ‘생리학적 강제력’이라 한다. 하지만 지금까지 생리학적 강제력이 북극 기후 시스템에 미치는 영향을 확인한 연구는 없었다.

 공동연구팀은 지구 시스템 모형 모의실험 결과를 분석하여 이산화탄소가 늘면 육지 식생의 기공 닫힘 현상이 육지의 온난화를 일으키고, 이어 대기 순환 및 지구시스템 과정의 양(Positive)의 피드백 작용을 통해서 육지와 멀리 떨어진 북극에서의 온난화를 가속시킨다는 것을 확인했다. 또한, 이산화탄소 증가에 따른 기공 닫힘 효과가 북극 온난화에 미치는 영향을 정량적으로 평가한 결과, 대기 중 이산화탄소 증가로 인한 온실효과의 약 10% 정도가 생리학적 강제력에 의해 이루어진다고 밝혔다.

[자료4. 지구온난화 악순환의 고리]

 출처 : 엠빅뉴스

 북극 온난화를 다양한 관점에서 연구해온 국종성 교수는 “미래 기후 전망에서 이산화탄소 증가에 따른 기공 닫힘 효과가 충분히 고려되지 않고 있다”라며, “이는 북극 온난화가 현재 제시된 예측보다 훨씬 빠르게 진행될 수 있음을 의미한다.”라고 지적했다. 또, “이산화탄소의 증가는 기존의 알려진 온실효과뿐만 아니라, 식물의 생리작용을 바꿔서 지구 온난화를 가속시키고 있다”라고 경고했다. 한편, 이 연구는 과학 분야 권위 있는 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실리기도 했다.

[극지방의 기후변화, 전문가들의 경고]

 얼마 전 극지연구소에서 올린 ‘남극의 무더위’라는 이름의 영상에서는 남극에 위치한 세종과학기지 주변의 눈이 모두 녹은 모습이 확인됐다. 1~3월은 남극에서는 여름에 해당한다. 지난 30년간 1~3월 월평균 기온은 영상 1~2도였지만, 올해 1~3월 월평균 기온은 영상 1~3도였다. 1도가 굉장히 작은 숫자이긴 하지만, 남극에서는 1도라는 것은 큰 의미가 있다. 하계시즌에는 겨울 동안 쌓여있던 눈들이 녹아 없어지고 땅이 드러나는 시기인 것은 맞지만, 올해 특히 기온이 높아 그 정도가 조금 더 심해졌다고 한다. 세종과학기지 기상대원은 지난 30년 평균보다 올해가 1도 높아졌다는 것이 어떤 결과를 초래할지에 대해서는 생각해봐야 할 문제라고 말했다.

[자료5.  남극의 무더위 (ft. 남극의 민낯)]

출처 : 극지연구소 유튜브

 올해 시베리아는 통념을 뛰어넘는 이상고온 현상으로 대기의 흐름을 정체시켜 한 달 동안  긴 장마를 내리게 했다. 시베리아의 이번 장마는 세계적인 물 폭탄과 폭염을 몰고 온 진원지로 지목됐다.이 같은 고온현상 이면에는 식물도 있으며, 지금까지 인류가 예상하지 못했던 식물들의 기후변화 적응 움직임이 인간에게 더 위협적인 결과로 돌아오고 있어 서둘러 기후변화에 대응할 준비가 필요하다.

[참고문헌]

[북극지방 식물의 높이가 커지고 있다?]

1) 김병희, “북극식물 키 커지며 온실가스 배출 늘어”, 사이언스타임즈, 2018.09.27.,

https://www.sciencetimes.co.kr/news/%eb%b6%81%ea%b7%b9%ec%8b%9d%eb%ac%bc-%ed%82%a4-%ec%bb%a4%ec%a7%80%eb%a9%b0-%ec%98%a8%ec%8b%a4%ea%b0%80%ec%8a%a4-%eb%b0%b0%ec%b6%9c-%eb%8a%98%ec%96%b4/?cat=128 

2) 윤태희, “북극이 푸르게 푸르게…얼음 녹고 식물 번성하는 이유는?”, 서울신문, 2020.02.03.,

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=105&oid=081&aid=0003062904

 

[식물의 숨구멍이 쏘아 올린 공]

1) 이수인, “식물의 광합성 작용과 지구 온난화”, 용인시민신문, 2017.04.17.,

http://www.yongin21.co.kr/news/articleView.html?idxno=54381

2) 김병석, “CO2, 식물 기공닫아 북극 온난화 가속”, 사이언스모니터, 2020.05.11.,

http://scimonitors.com/co2-%EC%8B%9D%EB%AC%BC-%EA%B8%B0%EA%B3%B5%EB%8B%AB%EC%95%84-%EB%B6%81%EA%B7%B9-%EC%98%A8%EB%82%9C%ED%99%94-%EA%B0%80%EC%86%8D/

3) 포항공대 연구팀, "식물이 작게 숨쉬면 북극 온난화 가속", 연합뉴스, 2020.05.11.,

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=001&aid=0011601347

4) “식물이 먼저 움직이기 시작했다. 지구가 더 크게 요동치고 있다!”, 엠빅뉴스, 2020.08.20.,

https://imnews.imbc.com/original/mbig/5880449_29041.html

 

[극지방의 기후변화, 전문가들의 경고]

1) 극지연구소 유튜브, “남극의 무더위 (ft. 남극의 민낯)”, youtube, 2020.08.21.,

https://www.youtube.com/watch?v=G5ztjbiUKhE

2) 박수진, “최근 화제가 된 '남극 무더위' 사진…이거 진짜야? 세종기지에 직접 물어봄”, SBS뉴스, 2020.08.29.,

https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1005948866&plink=ORI&cooper=NAVER