3'00" 읽기
- CO2 점프 중 가장 큰 증가는 3만9500년 전 하인리히 사건 4(HS4) 동안 발생
- 단 55년 만에 대기 중 CO2 수준이 14ppm(백만분의 1) 증가
- 현재 대기 중 CO2 수준을 14ppm 증가시키는 데는 약 5~6년밖에 걸리지 않는다.
- 바람이 강해지면 남쪽 바다가 CO2 배출원이 된다.

이산화탄소가 5만년 만에 가장 빠른 속도로 증가하고 있다.
오늘날의 성장률은 빙하기의 CO2 점프 기간보다 10배 더 높다.

현재 CO2 수준은 지난 5만 년 중 어느 때보다 10배 빠르게 증가하고 있다. 빙하기의 급격한 기후 변화 중에도 남극 빙핵 분석에서 나타난 것처럼 이산화탄소 수준은 오늘날처럼 빠르거나 강하게 증가하지 않았다. 동시에 빙하기에 대한 회상은 가까운 미래의 기후에 대한 새로운 잠재적 위협을 드러낸다. 기후 변화로 인한 바람 지역의 이동은 거대한 CO2 저장소를 다시 활성화할 수 있다. 

▲ 남극 빙하 코어 조각에 있는 작은 기포는 마지막 빙하기의 기후와 CO2 수준에 대한 귀중한 정보를 제공한다. © Katherine Stelling/ Oregon State University

마지막 빙하기가 정점에 이르렀을 때 북반구의 많은 부분이 빙하로 덮여 있었다. 빙하 시대에도 반복적으로 갑작스러운 기후 변화가 있었다. 이는 종종 북대서양에서 대규모 빙산의 방출과 급속한(종종 단기간이기는 하지만) 온난화를 특징으로 한다. 이러한 하인리히 사건(Heirich events)과 병행하여 지구 대기의 메탄과 CO2 수준이 급격히 증가했다. 그러나 이러한 현상이 얼마나 심각했는지, 어느 기간에 발생했는지는 이전에는 불분명했다.

*하인리히 사건: 마지막 빙하기 동안 총 6번 발생한 것으로 알려진 기후 한랭화 사건으로 빙산에 의해 운반된 다량의 암석 파편(Ice Rafted Debris, IRD)이 북대서양 해저에서 발견되면서 밝혀짐

CO2 수준의 급격한 증가

이제 남극 대륙의 얼음 코어가 더 많은 정보를 제공하고 있다. 오레곤 주립 대학의 캐슬린 웬트(Kathleen Wendt)와 그녀의 동료들은 서남극 빙상 중심에서 3.2km 깊이의 코어에 있는 249개 층의 동위원소와 가스 함량을 분석했다. 이를 통해 그들은 지난 5만 년 동안, 특히 빙하기의 기후 변화 동안 대기 가스와 기후의 진화를 이해할 수 있었다.

각 빙하기 하인리히 사건 동안 CO2 수준이 갑자기 증가한 것으로 나타났다. 이러한 CO2 점프 중 가장 큰 증가는 3만9500년 전 하인리히 사건 4(HS4) 동안 발생했다. 단 55년 만에 대기 중 CO2 수준이 14ppm(백만분의 1) 증가한 것으로 연구팀은 밝혔다. 이 점프는 약 1만6800년 전 가장 최근의 하인리히 사건 1 동안 거의 강력하고 빨랐다. 농도는 75년 동안 12ppm 증가했다. 

▲ 하인리히 사건 5 부터1 동안 대기 CO2 수준이 상승했다. 녹색 영역은 이 점프에 걸린 시간을 나타낸다. © Wendt 외./PNAS, CC-by-nc-nd 4.0

오늘날 증가보다 10배 느림

Wendt와 그녀의 동료들은 “이러한 CO2 증가율은 전체 빙하 코어 기록 보관소에서 가장 빠르다”며 "그러나 이러한 자연 현상은 현재의 인위적 CO2 증가 속도보다 여전히 10배 느리다"고 보고했다. 인류가 현재 대기 중 CO2 수준을 14ppm 증가시키는 데는 약 5~6년밖에 걸리지 않는다. Wendt는 “이러한 증가율은 정말 전례가 없는 것이다”고 강조했다.

핵심 데이터는 또한 빙하기 동안 급격한 CO2 급증의 원인이 무엇인지, 그리고 당시 하인리히 사건이 어떤 결과를 가져왔는지에 대한 첫 번째 단서를 제공했다. “얼음 코어는 하인리히 사건 1과 4의 급격한 CO2 점프 동안 더 무거운 탄소 동위원소 13C의 감소를 드러낸다”고 연구원들은 보고했다. 이는 지구 탄소 순환의 더 깊은 변화를 시사한다.

▲ HS-4 및 HS-1 동안 대기 δ 13C–CO2, CO2 및 남빙양 해양 퇴적물 프록시. 왼쪽 패널: Taylor Glacier δ13C–CO2(연한 파란색), WD CO2(주황색)(본 연구, 심해 산소화를 위한 남대서양 퇴적물 프록시(파란색)(43) 및 심해 온도(. 오른쪽 패널: δ13C–CO2(연한 파란색)(29), WD CO2(주황색)(본 연구, 시뮬레이션된 대기 CO2(분홍색)(26;LH1-SO-SHW 시뮬레이션), 남극해와 대기의 차이 14C 연대는 2σ U-Th 연대 측정 불확실성을 포함하여 얕은(노란색), 중간(녹색), 깊은(짙은 녹색) 산호. 각각 HS4와 HS1의 Taylor Glacier와 WD CO2 피크를 정렬하기 위해 Taylor Glacier 연대기에서 160년과 150년을 뺀다. (출처: Southern Ocean drives multidecadal atmospheric CO2 rise during Heinrich Stadials / PNAS)

바람이 강해지면 남쪽 바다가 CO2 배출원이 된다.
하지만 어느 것? 추가 분석과 모델 시뮬레이션을 통해 하인리히 사건 동안 지구 전체에 걸쳐 있는 풍대와 기후대에 변화가 있었을 가능성이 있음이 밝혀졌다. 남반구의 서풍은 더욱 강해지고 극지방으로 이동했다. "이것은 남극해의 환기를 증가시키고 바다 깊은 곳에서 CO2의 급속한 방출로 이어진다"고 팀은 설명했다.

Wendt와 그녀의 팀은 계속해서 “깊은 곳에서 더 따뜻하고 CO2가 풍부한 수괴가 상승하면 남극해에서 열과 낮은 13C CO2가 대기로 방출되는 것을 설명한다”고 말했다. 결과적으로 상황에 따라 전 세계적으로 영향을 미칠 수 있는 기후 변화가 발생한다. 과학자들이 오랫동안 의심해 왔던 것처럼, 마지막 빙하기의 종말은 이러한 일련의 사건들로 인해 발생했을 수도 있다.

▲ Heinrich Stadials 동안 100년 규모의 남극 온도 반응. (A) WD CH4(회색), WD CO2(주황색)(본 연구), 남극 δ18O(노란색), 남극 dln(녹색), 증기원 온도(파란색)의 누적 평균 변화 및 HS 1~5 동안 현장 온도(보라색)(67). 시간 "0"은 HS 1~5의 관련 WD CH4 점프의 중간점을 나타낸다. (B) Ferreira et al.을 기반으로 한 SST 이상 강제력. 남반구 편서풍의 극방향 이동에 대한 반응. Ferreira 등의 SST 응답. (B)에 표시된 것처럼 SST 온도 강제를 부과하기 전과 후에 iCAM5에서 시뮬레이션된 (C) 모델링된 표면 온도, (D) δ18O(D) 및 (E) dln의 차이에 대한 공간 패턴. 각 얼음 코어의 위치, 약어 및 HS 프록시 값은 각 지도에 색상 점으로 표시. (F) CO2, dln 및 δ18O에 대한 배경 값 대비 HS 1~5와 관련된 WD CO2 농도 및 HS 프록시의 변화 크기를 보여주는 산점도).

가까운 미래에도 관련성 있음

이 결과는 빙하기의 기후 변화에 대한 새로운 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 오늘날의 기후 발전과도 관련이 있다. 측정 데이터와 모델에 따르면, 현재 기후 변화로 인해 서풍이 다시 이동하고 강화되고 있다. 이는 다시 남빙양에서 온실가스 방출을 증가시킬 수 있다.

“우리는 CO2 배출량의 일부를 흡수하기 위해 남극해에 의존하고 있다”며 "그러나 남반구에서 빠르게 증가하는 바람은 완충 능력을 약화시키고 있다“고 웬트는 말했다.

참고
Proceedings of the National Academy of Sciences,
2024; doi: 10.1073/pnas.2319652121
출처: Oregon State University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]