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- 지구의 기후는 에너지 흡수와 방출의 정교한 균형에 기반
- 2023년 지구의 에너지 잉여량은 제곱미터당 1.8Watt에 달했다. 연구팀은 "이는 기후 모델과 IPCC가 예측한 양의 두 배
- 지구 관측에 치명적인 공백이 발생할 수 있다고 경고
- 도널드 트럼프 정권 하의 미국 정부는 기후 연구에 대한 예산과 직책을 점점 더 삭감

복사 균형: 불균형은 수수께끼
지구 에너지 균형의 불균형이 심화되고 있지만, 모델과는 다르다.

X 요인:
지구의 복사 균형은 점점 더 불균형해지고 있다. 지구가 방출하는 에너지보다 더 많은 에너지를 흡수하고 있기 때문이다. 기후 연구자들이 보고하는 바와 같이, 이러한 과잉 에너지는 모델이 이해할 수 있는 수준을 훨씬 넘어 빠르게 증가하고 있다. 연구자들은 이러한 현상의 원인을 부분적으로만 설명할 수 있다. 따라서 지구의 에너지 균형과 이에 영향을 미치는 요인들을 지속적으로 면밀히 모니터링하는 것이 더욱 중요하다. 하지만 바로 이러한 요인들이 위험에 처해 있다. 

▲ 지구의 에너지 균형은 점점 더 불균형해지고 있다. 그 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았다.

지구의 기후는 에너지 흡수와 방출의 정교한 균형에 기반한다. 유입되는 태양 복사는 에너지와 열을 제공하고, 과잉 에너지는 장파 열복사의 형태로 우주로 방출된다. 두 가지가 균형을 이루면 기후는 안정적으로 유지된다. 그러나 흡수되거나 반사되는 복사의 양은 온실 효과와 대기의 에어로졸, 빙하 표면의 반사율, 해양의 완충 효과 등 다양한 요인에 따라 달라진다.

하지만 인간은 지구의 에너지 균형을 변화시켰다. 위성 데이터에 따르면 지구는 이제 방출하는 에너지보다 흡수하는 에너지가 더 많아 복사 에너지 균형이 불균형을 이루고 있다. 그 결과 기후 변화는 끊임없이 가속화되고 있다.

에너지 균형 변화, 예상보다 더 심각

하지만 에너지 균형 변화의 정도는 기후 연구자들을 당혹스럽게 한다. 스톡홀름 대학교의 토르스텐 마우리첸과 그의 동료들은 "우려되는 것은 관측된 에너지 불균형이 예상보다 훨씬 빠르게 증가하고 있다는 점이다"고 보고했다. 2023년 지구의 에너지 잉여량은 제곱미터당 1.8Watt(와트)에 달했다. 연구팀은 "이는 기후 모델과 IPCC가 예측한 양의 두 배다"고 말했다.

연간 변동과 몇 년마다 발생하는 잘 알려진 엘니뇨 현상의 영향을 고려하더라도 이를 설명하기는 어렵다. 마우리첸과 그의 팀은 "현재의 지구 기후 모델은 2020년까지의 변화율만 간신히 재현할 수 있다"고 설명했다. "2020년 이후 불균형이 지속적으로 증가함에 따라 실제 사건이 모델 변동성의 변동을 훨씬 초과했다는 것은 의심의 여지가 없다.”

하지만 그 이면에는 무엇이 있을까? 연구팀은 "모델과 관측치 간의 이러한 불일치의 근본적인 원인은 아직 밝혀지지 않았다"고 말했다.

지구는 점점 어두워지고 있다.

하지만 몇 가지 가능한 요인이 있다. 측정 결과에 따르면 지구는 지난 20여 년 동안 점점 더 어두워졌다. 지구가 우주로 반사하는 태양 복사량이 점점 줄어들고 있기 때문이다. 알프레드 베게너 극지해양연구소(AWI)의 헬게 괴슬링이 이끄는 기후 연구원들이 2024년에 보고한 바에 따르면, 2023년 지구의 알베도는 이전 측정치보다 낮았다.

▲ 북극 해빙이 줄어들고 있으며, 이는 지구의 알베도에도 영향을 미치고 있다. © Jeremy Potter NOAA/OAR/OER

괴슬링과 그의 연구팀은 지구가 어두워지는 두 가지 주요 요인을 발견했다.
첫 번째는 북극 해빙과 같은 극지방의 얼음 표면이 줄어드는 것이다. 이는 2023년 지구의 태양 복사량 감소에 약 15% 기여했다. 그러나 두 번째 요인은 훨씬 더 큰 영향을 미친다. 바로 해양 상공의 밝고 낮은 구름이 감소하는 것이다. 현재 해양 상공의 구름은 단파장의 최대 60%를 우주로 반사한다. 괴슬링은 "하지만 낮은 구름이 줄어들면 냉각 효과가 사라지고 지구는 더 따뜻해진다"고 설명했다.

해양 구름이 주요 요인일까요?

해양 구름의 소멸은 특히 중위도 및 열대 해양에서 두드러지며, 대서양도 영향을 받는다. 괴슬링은 "북대서양 동부 지역은 2023년뿐만 아니라 지난 10년 동안 거의 대서양 전체와 마찬가지로 낮은 구름이 크게 감소한 것이 놀랍다"고 보고했다. 모델 시뮬레이션은 또한 이러한 구름 손실이 온난화가 심화됨에 따라 더욱 심화될 수 있다고 예측했다.

기후 모델은 이미 이러한 추세의 일부를 고려하고 있다. 예를 들어, 대기 오염 감소가 영향을 미친다는 것을 보여준다. 향상된 대기 오염 관리 덕분에 대기 중 부유 입자가 감소했다. 이로 인해 구름의 응결핵과 태양 광선을 식히고 약화시키는 에어로졸이 제거되었다. 이러한 냉각 효과는 2000년 이후 제곱미터당 0.1와트에서 0.32와트로 감소했다.

두 번째 영향도 있다. 기후 변화와 그에 따른 기온, 기류, 대기 습도의 변화가 해양 구름에도 영향을 미치고 있다. 결과적으로 밝고 낮은 구름이 더 빨리 분해된다.

▲ 지구의 구름 패턴: 저층 해양 구름은 지구를 냉각하는 데 특히 중요하다. © NASA Goddard Space Flight Center / Reto Stöckli

연구 위험?

이러한 결과에도 불구하고 여전히 의문은 남아 있다. 이러한 효과만으로는 지구 에너지 균형이 모델이 시사하는 것보다 훨씬 더 극적으로 변화한 이유를 완전히 설명할 수 없다. 모리슨은 "기후 모델에 뭔가 빠진 것이 있지만, 우리는 아직 그것이 무엇인지 알지 못한다"고 말했다. 따라서 지구 에너지 예산의 추이를 지속적으로 면밀히 모니터링하는 것이 중요하다.

하지만 바로 이 지점에서 문제가 발생할 수 있다. 지구의 복사 균형을 모니터링하는 여러 위성 임무가 향후 몇 년 안에 만료될 것이다. 국제 우주 정거장의 핵심 장비는 올해 교체될 예정이지만, 교체된 장비의 계획된 임무 기간은 3년이다. 연구팀은 이로 인해 지구 관측에 치명적인 공백이 발생할 수 있다고 경고했다. 게다가 도널드 트럼프 정권 하의 미국 정부는 기후 연구에 대한 예산과 직책을 점점 더 삭감하고 있다.

연구진은 "우리는 앞으로도 지구 기후의 이러한 근본적인 변화를 지속적으로 모니터링할 수 있도록 해야 한다"고 강조했다. 이렇게 해야만 지구의 에너지 균형에 영향을 미치는 복잡한 요인과 상호 작용을 파악할 수 있다.

참고: AGU Advances, 2025; doi: 10.1029/2024AV001636;
Science, 2024; doi: 10.1126/science.adq7280)
출처: AGU Advances

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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