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- 빙하 후퇴는 메탄이 물거품에 용해된 지하수 소스를 대기보다 최대 60만 배 더 높은 농도로 표면에 노출 시킨다.
- 지하 천연가스 및 석탄 매장지에서 발생
- 온난화에 매우 느리게 반응하는 영구 동토층과 달리 빙하 관련 변화는 훨씬 더 빠르게 영향

북극: 빙하 후퇴로 메탄 발생원 노출
스발바르에서만 빙하 앞지대의 배출원에서 연간 2,300톤의 메탄이 배출된다.

치명적 피드백:
북극의 줄어들고 있는 빙하는 지금까지 과소평가된 강력한 온실가스 메탄의 원인이 될 수 있다. Spitsbergen의 측정에서 알 수 있듯이 빙하 후퇴는 메탄이 물거품에 용해된 지하수 소스를 대기보다 최대 60만 배 더 높은 농도로 표면에 노출시키기 때문이다. 이러한 메탄 배출을 통해 빙하 후퇴는 전형적인 악순환인 기후 변화를 더욱 부추길 수 있다. 

▲ 북극 빙하에 의해 노출된 지역에서 메탄이 풍부한 우물은 이 온실 가스를 대량으로 방출할 수 있다. © Gabrielle Kleber

메탄은 강력한 온실가스이다. 특히 토양, 해양 퇴적물 또는 수역에서 유기 물질이 혐기성 분해되는 동안 방출된다. 가스는 지하 천연가스와 가스 하이드레이트 퇴적물에서도 빠져나갈 수 있다. 그러나 이러한 잠재적인 메탄 공급원 중 일부는 여전히 차단되어 있다. 영구 동토층과 극지방의 빙상이 침전물을 덮고 가스가 빠져나가는 것을 방지한다.

그러나 이것은 기후 변화와 함께 변화하고 있다. 해빙이 녹고, 육지와 바다에서 녹고 있는 영구 동토층, 심지어 빙하에서 녹은 물까지 연구 결과에 따르면 이제 더 많은 메탄을 방출하고 있다.

빙하 후퇴는 표면으로의 길을 열어준다.

이제 또 다른 메탄 발생원이 있다. 캠브리지 대학의 Gabrielle Kleber가 이끄는 팀이 발견한 것처럼 후퇴하는 빙하에 의해 새롭게 노출된 지역에서도 상당한 양의 메탄가스를 방출할 수 있다. 연구의 출발점은 후퇴하는 북극 빙하가 한동안 노출된 영구 동토층 토양과 달리 이전 빙상에 의해 얼지 않은 토양 영역을 노출하고 있다는 관찰이었다.

Kleber와 그녀의 동료들은 "이것은 이전에 빙하 얼음에 의해 봉인되었던 가압 지하수 시스템을 위한 배출구를 열어준다"고 설명했다. 그 결과, 줄어들고 있는 빙하에 이르는 과정에서 수많은 지하수원이 형성되고, 이는 또한 지면이 더 이상 얼지 않도록 한다. 그러나 이전에 얼음 아래에 갇혀 있던 메탄은 탈릭(taliks)이라고 하는 얼지 않은 빙하 앞 지대에서도 나타날 수 있다.

▲ 스발바르의 빙하 앞 부글부글 끓는 지하수 온천. © Gabrielle Kleber

거의 모든 소스에서 메탄 방출

그러한 빙하 앞 지대에서 메탄이 방출되는지 여부와 얼마나 많은 메탄이 방출되는지 확인하기 위해 Kleber와 그녀의 팀은 스발바르의 78개 빙하 앞 지대에 있는 123개의 지하수 소스에서 물을 분석했다.

결과: 하나를 제외한 모든 출처에서 물은 메탄으로 매우 풍부했다.

"지하수 공급원은 메탄으로 과포화되어 대기와 평형 값의 60만 배 이상의 농도에 도달한다"라 연구원들은 보고했다. 평형 값은 가스가 물에 용해된 상태로 유지되는 농도를 나타낸다. 더 많은 메탄이 물에 용해되면 소스를 떠날 때 대기 중으로 방출된다. 이것은 샘플링된 거의 모든 소스의 경우였다.

지하 천연가스 및 석탄 매장지에서 발생

과학자들이 설명하듯이 지하수에 얼마나 많은 메탄이 용해되어 있는지는 주로 심토의 지질학에 달려 있다. 그들의 출처의 경우, 그들은 가스의 주요 출처로서 지하의 탄소가 풍부한 암석층, 특히 혈암뿐만 아니라 지하 천연 가스 및 석탄 퇴적물을 확인했다. "중앙 Sitzbergen의 지질은 해안 근처 해역으로 확장되는 그러한 발생의 알려진 시스템을 포함한다"고 그들은 보고했다.

이러한 암석층에 존재하는 메탄은 암석 공극을 통과하여 지하수로 들어가 표면으로 올라올 수 있다. 빙하가 이 지역을 덮고 있는 한 대부분 가스는 지하에 갇혀 있다. 그러나 얼음이 녹으면 메탄으로 포화된 지하수와 퇴적물에 존재하는 가스가 표면으로 올 수 있다. Kleber와 그녀의 동료들이 설명하듯이 미생물 분해로 인한 메탄도 배출량에 기여할 수 있지만, 그 정도는 적다.

더 넓은 문제의 예감

샘플을 기반으로 연구원들은 조사한 78개의 빙하에서만 연간 27~230톤의 메탄을 방출한다고 계산했다. Kleber와 그녀의 팀은 "지질학의 지역적 차이를 고려하지 않고 이것을 Spitsbergen 전체로 추정하면 이 군도의 모든 빙하기 지하수원에서 연간 2,310톤의 메탄을 배출하는 결과를 낳는다"고 말했다. 그러나 스발바르가 북극 평균보다 두 배 더 빨리 온난화되고 있다는 점을 감안할 때 이것은 매우 빠르게 증가할 수 있다.

"이러한 소스는 중요하고 잠재적으로 증가하는 메탄 배출 소스이며 전 세계 메탄 예산 추정치에서 크게 누락되었다"고 Kleber는 말했다. 그녀는 스발바르를 광산에 있는 유명한 카나리아에 비유한다. 그곳의 상태는 북극의 다른 지역에서 뒤따를 수 있는 상황을 예상한다. 또한 캐나다와 러시아 북극 일부 지역에는 줄어들고 있는 빙하와 지하 천연가스 저장소가 있다.

기후 시스템의 추가적 피드백

따라서 북극 빙하의 후퇴는 기후 시스템에서 또 다른 플러스 피드백을 시작할 수 있다. 빙하에 의해 더 많은 토양이 드러날수록 더 많은 메탄이 빠져나갈 수 있다. 이것은 차례로 온실 효과에 기여하고 북극 대기를 더욱 가열한다. "Spitsbergen에서 우리는 빙하 용융에 의해 유발되는 복잡하고 계단식 피드백 루프를 이해하기 시작했다"고 Kleber는 말했다.

온난화에 매우 느리게 반응하는 영구 동토층과 달리 이러한 빙하 관련 변화는 훨씬 더 빠르게 영향을 미친다. 이 연구에 참여하지 않은 독일 항공 우주 센터의 대기 물리학자인 Friedemann Reum은 “이 연구는 빙하가 메탄의 원천으로 후퇴하는 것을 주시하는 것이 중요할 수 있음을 보여준다. 특히 기후 변화의 결과로 빙하의 더 넓은 지역이 사라지고 있을 때”라고 말했다.
(Nature Geoscience, 2023; doi: 10.1038/s41561-023-01210-6)
출처: University of Cambridge

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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