영구 동토 (Permafrost) 는 주로 추운 고위도 지방에 1 년내내 얼어있는 상태로 땅이 존재하는 것을 의미합니다. 하지만 사실은 이름처럼 영구적이진 않습니다. 지구의 기후는 항상 변화하기 때문에 영구 동토의 범위와 면적은 항상 변화했습니다. 그리고 지구, 특히 북극권의 기온이 올라가는 21세기에 와서는 영구 동토가 이전보다 감소할 위기에 처해있습니다. 이것이 위기인 이유는 영구 동토 안에 잠들어 있는 막대한 양의 온실 가스 때문입니다.
(영구 동토 지역의 독특한 폴리곤 모양 지형 Source : USGS )
(북극권의 영구 동토 및 육지 얼음의 분포 Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground Ice Conditions. Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, and E.S. Melnikov. 1998, revised February 2001. Circum-arctic map of permafrost and ground ice conditions. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center/World Data Center for Glaciology )
영구 동토층은 막대한 양의 유기물을 내장 보관하는 역할을 하는데 이는 결국 대기중의 탄소 농도를 조절하는 역할도 겸하게 됩니다. 현재 영구 동토층에 있는 탄소의 양은 대기중에 있는 탄소 (대부분은 이산화탄소이지만 일부 메탄등도 포함) 의 양과 거의 맞먹는 것으로 추정되고 있습니다. 이 영구 동토층이 녹게 되면 이들이 대기 중으로 빠져나올 가능성이 있기 때문에 많은 과학자들이 여기에 주목하고 있습니다.
USGS (미국 지질 조사국) 의 과학자들은 최근 Geophysical Research Letters 에 발표한 논문에서 영구 동토층에 보존되어 있는 두가지 중요한 원소 - 탄소와 질소 - 가 미래 온난해진 지구에서 어떤 영향을 미칠 것인지를 연구했습니다. 이들이 야외 연구에서 얻은 Gelsoil (영구 동토의 토양) 샘플을 통해서 얼만큼의 탄소와 질소가 존재하는 지를 추정하고 그 영향을 조사했습니다.
이들의 추정에 의하면 영구 동토층의 표면에서 3 미터 이내에는 135 - 881 Pg (가장 가능성 있는 추정은 474 Pg. Pg = Gigaton) 의 탄소와 31- 102 Pg (가장 가능성 있는 추정은 66 Pg) 의 질소가 있는 것으로 생각되고 있습니다. 물론 영구 동토가 가지고 있는 전체 탄소와 질소의 양은 이보다 더 클 것으로 보입니다. (즉 표면 상층 3 미터에 4740 억톤의 탄소와 660 억톤의 질소가 존재하는 것으로 추정)
이 중 일부가 메탄이나 이산화탄소, 질소 화합물로 대기중으로 방출되기만 해도 지구 기후에 미치는 영향력은 매우 클것으로 예상됩니다. 중간 정도 온난화 시나리오에서 영구 동토층에서 방출된 탄소와 질소의 예상양은 각각 61 - 399 (214 가 가장 가능성 높은 값) Pg 과 16 Pg 정도로 생각 된다고 저자들은 주장했습니다. 수천억톤의 탄소와 160 억 톤 정도의 질소가 방출된다면 지구 기후와 환경에 매우 중대한 영향을 미칠 가능성이 있습니다.
이 연구외 다른 많은 연구들이 지구, 특히 북극권의 기온이 증가하면서 점차 해동될 영구 동토층에 대한 우려를 나타내고 있습니다. 더 많은 온실가스가 영구 동토층에서 배출될 수록 더 기온이 상승해서 다시 영구 동토층이 더 녹게 되는 악순환이 가장 큰 우려라고 하겠습니다. 따라서 과연 얼마만큼의 온실 가스가 앞으로 영구 동토층에서 풀려나게 될지는 앞으로도 중요한 연구 과제라고 하겠습니다.
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