'북극(Arctic)'이란 '북극해(The Arctic Ocean)'와 그것을 에워싸는 극지의 육지를 말한다. 북극을 특징짓는 것은 '설빙(Snow Ice)'이다. 한랭기에 내려 쌓이는 눈 이외에 '빙상(육지의 넓은 지역을 덮는 빙하)'과 '빙하(눈이 오랫동안 쌓여 다져져 육지의 일부를 덮고 이동하는 얼음층)' 등으로 얼음이 존재한다. 그런데 이 북극이 지금 급격하게 변화하고 있다. 광대한 얼음이 해면을 뒤덮어 파도 소리가 나지 않았던 북극해에서 큰 파도가 일어 해안을 침식하기 시작했다. 과거에는 얼어붙었던 항로가 열려 배가 다니고 있으며, 겨울에도 눈이 아니라 비가 내리는 일이 많다. 바다와 육지 모두 생물의 생활에 이상이 일어나고 있으며, 인간의 생활도 위협받고 있다.
0. 목차
- 북극 증폭
- 북극해를 뒤덮은 얼음이 빠르게 얇아지고 있다.
- 영구 동토의 융해
- 북극에서 살아가는 생물들은 어떤 영향을 받는가?
- 한국의 북극 연구
1. 북극 증폭
북극의 온난화는 지구 평균의 2~3배 속도로 진행되고 있다. 예컨대 1971~2019년에 북극에서는 연평균 기온이 3.1℃ 상승했는데, 이것은 전 세계 연평균 기온 상승의 3배 빠르기이다. 또 2021년에 발간된 'IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)' 제6차 보고서에 의하면, 미래에도 세계 평균의 1.5~2배 빠르기로 기온이 상승할 것으로 예상된다. 과거의 어느 기간과 현재를 비교하느냐에 따라 2배인지 3배인지는 바뀌지만, 북극이 지구에서 가장 온난화가 많이 진행되는 장소인 것은 분명하다.
북극의 기온 급상승을 '북극 증폭(Arctic Amplification)'이라고 한다. '북극 증폭'이 일어나는 메커니즘은 '기류(Air Current)'와 '해류(Oceanic Current)'과 관여하는 복잡한 것이며, 최첨단 연구 주제의 하나이다. '하천의 따뜻한 물'과 '삼림 화재로 생긴 검댕'이 북극의 온난화를 가속시킨다는 것도 최근 연구로 밝혀지고 있다.
복잡한 메커니즘을 가진 북극 온난화 증폭이지만, 북극 특유의 요인으로 밝혀진 것이 있다. '설빙(Snow Ice)'은 백색이며 태양의 약 60%를 반사한다. 하지만 설빙이 부분적으로 녹아 거무스름한 색을 띤 지면과 해면이 얼굴을 내밀면 태양광의 열이 흡수되기 쉬워져 지면과 해면이 따뜻해진다. 특히 해면은 태양광의 흡수율이 지구 표면에서 가장 높은 곳 중 하나이다. 지면과 해면이 따뜻해지면, 이어 그 주위의 설빙이 녹기 시작한다. 처음에는 바늘구멍 정도의 융해였더라도, 이 순환이 되풀이되면 융해가 차츰 진행되어 지면과 해면은 차츰 따뜻해진다. 이리하여 온난화의 브레이크가 말을 듣지 않게 되는 것이다. 이 순환을 '아이스 알베토 피드백(Ice Albedo Feedback)'이라고 한다. '알베도(Albedo)'라는 반사율이라는 의미이다. 얼음에 두께가 있으면 기온과 일사에 견딜 수 있지만, 현재의 얼음은 10년 전에 비해서도 압도적으로 얇다 그래서 쉽게 녹는 것이다.
2. 북극해를 뒤덮은 얼음이 빠르게 얇아지고 있다.
2-1. 기온과 수온이 올라 해빙이 얇아지고 있다.
북극해를 뒤덮은 '해빙(Sea Ice)'은 인공위성으로 관측하는데, 인터넷에도 공개되어 있으므로 누구나 쉽게 쉽게 정보를 볼 수 있다. 2012년 여름에는 인공위성에 의한 관측 사상 해빙의 면적이 가장 작아졌다. 2022년까지 기록은 깨어지지 않았지만, 언제 어느 정도의 감소가 일어나 여름의 북극해에서 광대한 얼음이 소실할지는 누구도 알 수 없다. 연구자의 의견이 일치하는 것은 여름의 북극해에서 광대한 얼음이 일시적으로 소실하는 것은 피할 수 없을 것이라는 점이다.
해빙의 두께를 측정하는 일은 매우 어렵다. 해빙의 두께는 예전에도 평균 2~3m밖에 안되었으며, 그 90%는 물속에 가라앉아 있다. 해빙의 두께가 10cm 줄어들었다고 해도, 공중에 나와 있는 부분은 고작 1cm 밖에 변화하지 않기 때문에 변화를 포착하기 어렵다. 게다가 해빙은 움직인다. '그린란드(Greenland)'의 남극의 빙상에서는 인공위성을 사용한 '정점 관측(Fixed Point Observation)'으로 빙상의 지점마다 높이를 측정할 수 있다. 그러나 북극해에 떠다니는 해빙은 끊임없이 복잡하게 이동하기 때문에, 지점마다의 얼음 성장을 추정하기가 어렵다. 해빙의 두께를 관측하려면, 육지에서보다 물속에서 하는 것이 적합하다. 그래서 연구자는 물속의 무인 탐사기를 이용하거나 '초음파 얼음 두께 측정기'를 물속에서 위쪽 방향으로 설치해서 해빙의 두께를 추정한다. 그러나 이 방법으로는 좁은 범위밖에 관측할 수 없다. 북극의 해빙을 넓게 관측하는 유효한 수단은 잠수함이다. 영국의 과학자 '피터 와덤스(Peter Wadhams, 1948~)' 교수는 1970년대부터 때때로 영국군 잠수함을 타고 물속에서 얼음을 관측했다. 그리고 북극해의 얼음이 놀라운 속도로 얇아지고 있다는 충격적인 사실을 발표했다.
온난화가 진행되어도 겨울의 북극해는 얼음으로 덮여 있었다. 하지만 현재의 겨울에 생기는 얼음은 매우 젊은 살얼음이다. 두께가 없기 때문에 봄의 기온과 수온 상승, 해류와 파도에 견디지 못하고 쉽게 부서진다.
2-2. 두꺼운 '다년빙'은 사라지고 젊은 '일년빙'뿐
기온과 수온이 오르면 해빙은 녹아 사라진다. 그리고 기온과 수온의 상승뿐만 아니라, 해류와 파도도 해빙이 소실되는 큰 요인임이 밝혀졌다. 북극해에는 '보퍼트 순환'과 '북극 횡단류'라는 해류가 존재한다. 이들 두 해류로 인해 해빙은 여러 해에 걸쳐 북극해를 떠돌고, 그동안 두께가 늘어나 '다년빙(Multi-Hear ice)이 된다. 하지만 온난화로 해빙이 얇아지고 작아지고 흩어지면 해류의 영향을 강하게 받아 곧 북극해에서 나와 버리게 된다. 또 얼음으로 덮여 있지 않은 바다에서는 파도가 인다. 이 파도에 의해 얼음끼리 서로 부딪혀 얼음의 붕괴와 융해를 가속시킨다. 북극해에는 대부분의 다년빙이 사라지고 젊은 '일년빙'이 주를 이루게 되었다. '일년빙'은 계절에 따라 얼었다 녹아 얿어지는 해빙으로 상대적으로 두께가 얇다.
캐나다 난바다에는 해류에 의해 다년빙이 모이는 곳이 있는데, 그곳을 'Last Ice Area'라고 부른다. 2019년에는 캐나다가 이곳을 보전 구역으로 지정했다. 다년빙이 만들어 내는 울퉁불퉁한 독특한 풍경은 이제 아주 한정된 곳에서만 볼 수 있게 되었다.
3. 영구 동토의 융해
3-1. 영구 동토가 황폐해지고 있다.
북반구 육지의 약 25%에는 '영구 동토'가 존재할 것이라 생각된다. '영구 동토(Permafrost)'란 2년 이상에 걸쳐 0℃ 이하로 얼어붙은 토지를 말한다. '영구 동토'는 깊은 곳에서는 1000m 이상이나 지하로 계속된다 영구 동토의 표층 수십 cm는, 여름에는 지온이 올라가 동결이 풀어지고 겨울이 되면 다시 동결한다. 물론 이것 자체는 이전부터 있던 현상이다. 하지만 2000년 이후로는 동결이 풀어지는 깊이가 차츰 깊어져 곳에 따라서는 얼음이 녹아 담수가 되어 버렸다.
영구 동토의 융해는 '열 카르스트(Thermokarst)'라는 현상을 일으킨다. '카르스트(Karst)'란 원래는 석회암이 비를 비롯한 여러 요인으로 침식되어 생기는 울퉁불퉁해지 지형을 가리키는 말이다. 영구 동토대에서는 '열(Thermo)'이 지하의 얼음을 녹이는 '열 카르스트'가 일어나 독특한 지형이 나타난다. 삼림 벌채와 삼림 화재로 인해, 열 카르스트가 몇 배나 가속되는 경우도 연구를 통해 밝혀지고 있다. 북극 지역에서는 영구 동토 위에 많은 사람이 생활하고 있다. 특히 러시아는 국토의 넓은 범위가 영구 동토이다. 그런 곳에서도 '열 카르스트'가 일어나서 사람들의 생활이 위기에 처해 있다. 지면이 함몰되거나 변형돼버리기 때문에, 도로와 건축물, 천연가스의 파이프라인에도 큰 영향을 미친다. 영구 동토에서 살아가는 동물 중에는 허물어진 동토에 구멍을 파고 둥지를 짓는 것도 많다. 이런 생물의 생활도 위협을 받는다.
아래의 사진은 알레스카(Alaska)'의 영구 동토대에 펼쳐진 '툰드라(Tundra)'에 나타난 '열 카르스트(Thermokarst)' 지형이다. '열 카르스트'에서는 줄처럼 움푹 팬 것으로 구분되는 다각형 또는 원형의 무늬가 나타난다. 이것을 '폴리곤(Polgon)'이라고 하며, 땅속에 자연스럽게 생긴 영구 동토의 균열 균포를 나타낸다. 온난화로 균열을 일으킨 얼음이 녹아 큰 물웅덩이가 생기고, 이어서 융해가 진행되면 연못과 호수가 나타난다.
3-2. 메테인가스 방출의 시한폭탄
영구 동토 위에서는 이끼류 식물과 침엽수가 자란다. 여름에 번식한 식물은 가을이 되면 시들지만, 시든 뒤에는 동결되기 때문에 분해가 거의 진행되지 않는다. 그래서 식물이 공기 속에서 이산화탄소로서 섭취하는 탄소는 땅속에 보존된다. 과거 수백 년~1000년 동안 영구 동토는 탄소의 흡수원 역할을 한 것으로 생각된다. 그런데 이 탄소가 지금 공기 중에 계속 방출되고 있다. 온난화로 땅속의 미생물 활동이 활발해져, 식물의 몸을 분해하고 있는 것이다. 영구 동토에 들어 있는 탄소량은 현재의 대기 중 탄소량의 2배로 추정된다. 그만큼의 탄소가 앞으로 대기에 추가될 가능성이 있다.
영구 동토에는 또 하나 골칫덩어리가 잠들어 있다. 그것은 바로 '메테인 가스(Methane Gas)'이다. '메테인 가스'는 이산화탄소보다 23배나 강력한 온실 효과 가스이다. 영구 동토의 메테인 가스는 과학자 사이에서 가장 뜨거운 화제 가운데 하나이다. 메테인이 공기 중에 대량 방출되면, 온난화가 폭발적으로 진행될 가능성이 있다. 그러나 아직 미래 예측을 시작하지는 않았다. 폭발적인 온난화를 일으킬 것이라는 의미에서 영구 동토의 메테인가스는 '시한폭탄'이락고도 해 왔다.
하지만 2014년 연구자들이 경악할 만한 사건이 일어났다. 러시아의 '야말(Yamal)' 반도에서 거대한 '크레이터(Crater)'가 발견되었는데, 영구 동토의 땅속에 있던 메테인을 함유하는 가스가 폭발해 생긴 것으로 생각된다. 크레이터는 그 밖에도 몇 개가 더 발견되어 2020년 말까지 17개에 이르렀다고 한다. 폭발 메커니즘은 현재도 조사 중이며 확실한 것은 밝혀지지 않았지만, 온난화가 방아쇠를 당긴 것은 아닐까 생각된다. 그렇다면 온난화가 일으킨 메테인 가스의 폭발에 의해 다량의 메테인가스가 대기에 방출되어 더욱 심각한 온난화를 일으키려 하고 있는 것이다. 영구 동토의 메테인은 밝혀지지 않은 점이 많다. 전 세계의 연구자가 서둘러 몰두해야 할 주제이다.
3-3. 동결되었던 병원균과 바이러스의 우려
또 영구 동토에서는 땅속에 동결되었던 병원균과 바이러스가 나와 감염증을 초래할 가능성도 있다. 2016년에는 동토에서 녹아 나온 병원성 세균인 '탄저균(학명: Bacillus anthracis)'이 수백 마리나 되는 순록과 1명의 소년과 그의 할머니의 목숨을 빼앗았다. 또 많은 사람이 치료를 받아야 했다. 이 탄저균은 1941년 대유행했던 것 가운데 살아남은 것이 아닐까 추측된다. 그렇다면 75년 동안 동결되었던 세균이 온난화로 부화한 셈이다.
4. 북극에서 살아가는 생물들은 어떤 영향을 받는가?
4-1. 멸종한 생물은 다시 돌아오지 않는다.
2020년 8월, 노르웨이의 '스발바르(Svalbard)' 제도에서 북극곰이 순록을 사냥하는 모습이 동영상으로 촬영되었다. 북극곰이 순록을 사냥하는 확실한 증거를 얻은 것은 처음이다. 북극곰은 보통 얼음 위에서 바다표범을 사냥한다. 호흡 때문에 물 위로 떠오를 바다표범을 얼음에 뚫은 구멍 옆에서 기다렸다 잡는 것이다. 그러나 최근에는 해빙이 빨리 녹아 사라져 버리기 때문에 바다표범을 사냥할 수 있는 기간이 줄어들고 있다. 살아남기 위해 북극곰은 순록을 사냥하게 된 것이다.
북극에서 살아가는 생물들은 미생물에서 북극곰까지 모두 온난화의 영향을 받는다고 해도 과언이 아니다. 설빙의 감소로 생물들은 서식지와 사냥터를 잃고 있다. 바다의 먹이 사슬의 기반인 '플랑크톤'의 생육에도 해빙의 존재는 빼놓을 수 없다. 얼음을 투과한 빛을 사용해 식물 플랑크톤은 봄에 얼음 아래에서 크게 발생한다. 이 대발생 시기가 조금만 어긋나도 식물 플랑크톤을 먹는 동물 플랑크톤의 생육에 영향을 미치고, 이어 동물 플랑크톤을 먹는 물고기와, 물고기를 먹는 새와 포유류에도 영향을 미친다. 앞서 말한 순록의 예로도 알다시피, 바다의 먹이 사슬 변화는 육지의 생태계에도 영향을 준다.
생물이 설빙이나 동토와 다른 점은 한 번 사라지면 대체할 수 없다는 점이다. 설빙과 동토는 만약 온난화를 억제할 수 있다면, 1000년이 걸리더라도 다시 원래대로 돌아온다. 그러나 멸종한 생물은 다시는 원래대로 되돌아오지 않는다.
4-2. 북쪽으로 '이동하는 생물'과 '이동하지 않는 생물'
북극에서는 이전에는 보이지 않던 생물이 목격되는 예가 잇따르고 있다. 온난화에 수반되어 좋은 환경을 찾아 생물들이 이동을 시작한 것이다. 스스로 움직일 수 있는 생물은 이동할지 모르지만, 음식물을 포함하는 생태계 전체가 이동하는 것은 아니다. 지금까지 오랜 세월을 거쳐 구축된 생태계가 파괴되면 그것을 다시 안정시킬 수 있을지는 알 수 없다. 온난화는 북극에 그치지 않고, 지구상 생물의 이동·증가·감소를 일으킨다. 그것은 생물 다양성의 변화를 의미한다.
- 어류: 북극에서 가장 자주 보고되는 것은 어류의 이동이다. 에컨대 대서양에서 북극해로 들어가는 입구에 해당하는 '바렌츠 해(Barents Sea)'에서는 대구와 가자미의 일종이 북극해로 이동해 숫자가 늘었다고 한다. 한편, 북극해에서 원래 있던 어류들은 거의 이동하지 않고 북극해 주변부의 대륙붕에서 계속 살아가고 있다. 대서양에서 이동해 온 어류들과의 경쟁에 지거나 잡아먹혀, 북극해의 어류는 그 수가 줄어들고 있다고 한다.
- 바닷새: '스발바르 제도(Svarbard Islands)'에서는 2009~2018년에 걸쳐 바닷새의 분포를 조사했다. 그 결과 원래 남쪽에 있던 바닷새가 북쪽으로 이동하고 있음이 밝혀졌다. 한편, 원래 북쪽에 살던 바닷새들은 그 수가 줄어들고 있었다.
한편, 2021년에는 태평양 최북부인 '베링해에(Bering Sea)'서 생물 다양성이 장기간에 걸쳐 유지되는 해역이 있음이 보고되었다. 이 해역에서는 해빙과 해수온이 비교적 온난화의 영향을 받기 어려운데, 그것이 생명 다양성 유지의 배경일 것으로 생각된다. 온난화의 영향은 한결같지 않음을 보여주는 예이다.
5. 북극에서 일어난 일이 바로 우리에게 영향을 미친다.
사실 그린란드에서는 2012년 이후 여름의 온난화가 감속하고 있음이 밝혀졌다. 그 원인을 조사했더니 놀랍게도 멀리 떨어진 열대 지방의 대기와 해양의 변동이 영향을 미쳤음이 밝혀졌다. 이것은 기후 변동이 지구 규모로 일어나고 있음을 명확하게 이야기해 준다. 한국이나 일본에서 일어나는 한파와 태풍도 그 메커니즘의 톱니바퀴 어딘가에 반드시 북극이 들어 있다.
한국에서 북극점까지는 거리로 약 6000km이다. 그러나 기상학적으로는 바로 이웃이라고 할 수 있다. 북극에서 일어난 일은 한국, 중국, 일본 같은 중위도에 위치하는 나라들의 기상에 영향을 미친다. 예컨대 여름에 북극에서 얼음이 줄어들면, 한국의 가을과 겨울에 강한 한파가 오기도 한다. 북극과 한국이라는 긴 거리를 넘어, 여름의 변화가 겨울에 한파를 가져오는 것처럼 계절도 넘어, 북극은 우리에게 영향을 미치는 것이다. 유럽의 나라들은 나아가 대서양을 통해 남극과도 이어져 있다는 의식이 강해, 양극의 연구에 힘을 기울이고 있다. 이처럼 바다와 하늘을 통해 우리와 극지방, 그리고 전 지구는 연결되어 있다. 북극에서 일어난 일이 바로 우리에게 영향을 미치는 것이다.
북극에서 진행된 급속한 온난화는 여러 가지 환경에 제어할 수 없는 영향을 차례로 주고 있다. 기온 상승이 설빙의 물리를 변화시켜, 생태계와 인간의 생활을 바꾼다. 모든 것이 서로 관계를 맺고 이어져 있기 때문에 어딘가가 바뀌면 다른 어딘가도 바꾸니다. 북극에서는 그런 여러 가지 변화가 엄청난 속도로 진행되고 있다. 어느 한계를 넘으면, 변화가 급변하거나 가속하거나 해서 원래대로 돌아가지 못할 수도 있다. 어쩌면 이미 그 상태에 있을 가능성도 우려된다.
해빙의 두께는 현재 측정과 예측 모두 불확실하다. 그리고 불확실한 것은 그 밖에도 많다. 빙상과 영구 동토, 생태계도 측정·예측이 불완전하다. 급속한 온난화로 계속 사라지는 북극이라는 복잡한 퍼즐의 완성에 조금이라도 가까워지기 위해 연구자들은 불확실한 조각을 하나하나 메워 가고 있다.
6. 한국의 북극 연구
세계 각국의 나라들은 북극을 연구를 진행하고 있다. 북극은 수수께끼가 가득하며, 외국 연구자들이 서로 평화적으로 협력하는, 연구자들에게는 가장 좋은 현장 가운데 하나이다.
- MOSAiC 프로젝트 참가함: 한국은 2019년 9월 시작한 역사상 최대 국제 공동 북극 연구 'MOSAiC 프로젝트'에 참가했다. 'MOSAiC 프로젝트'는 퇴역 예정인 독일의 쇄빙 연구선 '폴라스턴(Polarstern)'호를 북극해 중심에 있는 해빙에 고정해서 2019년 9월부터 2020년 10월까지 약 13개월 동안 해빙의 표류를 따라 무동력으로 이동하여 북극해의 환경 변화를 관측한 역사상 최대 규모의 국제 공동 연구이다. 독일 '알프레드 베게너 연구소(AWI)'가 주축이 되어, 세계 20개국에서 약 600여 명의 과학자가 참가한 역사상 최대 북극 연구 프로그램이다. 한국도 20개국 가운데 한 나라로 참가했다.
- '북극이사회'에 옵저버 국가로 참여 중: 또 한국은 현재 북극과 관련된 가자 중요한 국제기구인 '북극이사회(Arctic Council)'의 당사자인 8개의 극지 국가 이외에 중요한 영향력을 행사하는 국가 중 하나로, 프랑스, 독일, 이탈리아, 일본, 네덜란드, 중국, 폴란드, 인도, 싱가포르, 스페인, 스위스, 영국 등과 함께 '옵저버(Observer)' 국가로 참여하고 있다.
한국은 이와 같은 국제협력 사업에 적극적으로 참여함으로써, 앞으로 극지에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 과학적인 정보를 축적하고, 관련 연구를 선도할 수 있는 기반을 마련하기 위해 노력할 예정이다.
