지구온난화가 심화하면서 북극곰의 위태로운 생존, 사라지는 북극의 얼음 등을 단골 소재로 북극이 기후위기의 지표로 자주 언급된다. 북극의 얼음이 사라지는 시점을 두고도 이런저런 혼란스러운 소식이 전해진다. 도대체 북극 얼음이 언제 다 녹는다는 것일까. 이런 궁금증에서 시작해 북극 얼음의 변화가 인간과 동물 그리고 지구에 어떤 영향을 미치는지, 되돌릴 수는 없는지 등 지구 극지방의 얼음과 지구온난화 사이의 상관관계 등을 6회에 걸쳐 시리즈로 준비했다. [기자말]

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▲  1900-2021년의 북극(빨간색)과 전세계(파란색)의 지상온도 이상징후 수치를 기록한 자료이다. 2000년 이후 북극의 이상징후(연평균 지상기온이 평균 연간온도(1981-2010의 평균)에서 얼마나 벗어나는가를 보여주는 수치)가 눈에 띄는 상승세를 보인다.
ⓒ 미국 국립해양대기청	관련사진보기

미국 국립해양대기청(NOAA)이 2006년 이래로 매년 발표하는 '북극 성적표(Arctic Report Card)'는 지구온난화로 인한 북극의 변화를 추적하면서 특히 북극의 온난화가 지구 온난화보다 더 빠르게 진행되는 북극 증폭 현상에 주목한다.[1][2] 북극 증폭 현상은 북극의 온난화가 다른 지역의 온난화보다 더 빠르게 진행되는 현상을 말한다.[3]

유럽연합(EU)의 지구 관측 프로그램인 코페르니쿠스에 따르면 1990년대 이후 북극 지역은 지구 전체보다 훨씬 빠른 속도로 온난화가 진행되었다.[4] '북극 성적표'는 북극이 다른 지역보다 2배 이상 빠르게 온난화하고 있다고 보고했다.[5]   

2020년 6월 북극권에 위치한 시베리아 베르호얀스크 마을의 기온이 38°C까지 올라가 유엔 세계기상기구(WMO)는 관측 이후 북극 기온이 사상 최고치를 기록했다고 밝혔다.[6] 코페르니쿠스 기후 데이터에 따르면 시베리아는 그해 6월 예외적인 더위를 기록했으며 6월 평균 기온이 평년(1981-2010의 평균)보다 10°C나 높았다.[7] [8]

기온상승은 북극 생태계의 핵심인 해빙에 큰 영향을 미친다. 해빙은 북극을 둘러싼 대륙 안쪽 바다의 대기 접면이 얼어붙은 것으로 북극뿐 아니라 지구 전체의 기후에 중요한 역할을 한다. 해빙 면적은 얼음 농도가 15% 이상인 바다의 범위로 정의되며 마이크로파 위성 원격탐사를 통해 1979년부터 현재까지 43년치의 북극 해빙 면적이 조사되었다. 북극 얼음 면적의 실질적인 감소는 기후 변화의 가장 상징적인 지표이다.[9] 
 

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▲  1979년과 2021년의 9월 해빙 면적을 비교한 자료이다. 분홍색 선은 해당 월의 30년(1981-2010) 동안의 중앙값을 표시한다.
ⓒ 미 국립빙설자료센터	관련사진보기

 
북극 해빙의 계절적 순환은 3월에 최대 면적을 가지며 봄과 여름을 거쳐 얼음이 녹으면서 9월에 최저 면적을 기록한다.[10] 미 국립빙설자료센터(NSIDC)의 사진은 1979년과 2021년의 9월 해빙 면적을 비교한 자료이다. 1979년 9월 북극 해빙의 면적은 약 645만km²였지만 2021년 9월엔 413만km²로 줄었다.[11][12] 한반도 면적의 10배 이상의 얼음이 사라진 셈이다.[13] 해빙은 태양의 빛 에너지를 반사하여 온난화를 늦추고 해양 포유류에게 서식지를 제공한다.[14]

북극 해빙의 변화를 평가할 때 면적 외 또 다른 중요한 지표는 해빙의 나이이다. 북극 해빙은 생성된 지 얼마나 되었는지를 기준으로 구분된다.[15] 해빙은 바닷물이 얼어붙어 형성되는 것으로 겨울철에 생겼다가 여름철에 녹는 단년생 얼음과 최소 한 여름철을 버틴 다년생 얼음으로 구분된다.[16] 다년생 얼음은 더운 여름에도 녹지 않고 살아남는 두꺼운 얼음으로 두께가 4m까지 도달한다. 반면 1년정도 된 얼음은 일반적으로 최대 2m까지밖에 두꺼워지지 않으며 다년생 얼음에 비해 쉽게 녹는다.[17] 다년생 얼음은 북극 해빙 유지에 중요한 역할을 한다. 
 

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▲   1985년과 2021년 3월 기준 북극 얼음의 나이를 비교한 자료이다.
ⓒ 미 국립빙설자료센터	관련사진보기

지구온난화와 함께 북극 지역에서 다년생 얼음의 급격한 감소가 일어나고 있다. 다년 얼음은 1985년 9월 440만km²에서 2021년 9월 129만km²로 감소했다. 북극 얼음 나이에 관한 기록이 시작된 1985년에는 다년생 얼음이 우세하였지만 이제는 단년생 얼음이 우세하게 되었다.[18]

다년생 얼음 중에서도 4년 이상 된 오래된 얼음이 1985년에는 북극 얼음의 33%를 차지했지만 2020년 3월에는 4.4%로 크게 감소했다. 북극 얼음의 '체질'이 약해져 앞으로 여름철에 살아남을 가능성이 적어진다는 것을 의미한다.[19]

앞으로 더 빨라질 빙하 소멸 속도

북극 얼음의 깨어진 균형은 '되먹임 효과(Feedback effect)'에 따라 더욱 빠르게 악화할 전망이다. 되먹임 효과란 기후시스템에 존재하는 과정들 사이에서 최초 과정의 결과가 두 번째 과정에 변화를 촉발하고 이 과정이 다시 최초의 과정에 번갈아 영향을 미칠 때, 이러한 상호작용 메커니즘을 말한다.[20]
 

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▲   기후계 구성요소들의 과정 및 상호작용
ⓒ IPCC 보고서	관련사진보기

되먹임 효과를 이해하기 위해서는 기후시스템을 먼저 알아야한다. 기후시스템은 대기권, 수권, 빙권, 생물권, 지권의 5개 요소로 구성돼 각 요소의 상호작용으로 인해 기상이나 기후가 결정된다.

되먹임 효과는 이 다섯 요소가 서로 상호작용하면서 어떠한 현상을 증폭하거나 감소하는 것을 말하는데, 초기에 주어진 변화를 증폭하는 되먹임은 '양의 되먹임(Positive feedback)', 변화를 억제하는 되먹임은 '음의 되먹임(Negative feedback)'이라고 한다.[22]

이런 되먹임 효과는 북극에서 얼음이 다른 지역보다 더 빠르게 녹을 수밖에 없는 이유를 설명해준다. 대표적인 '양의 되먹임' 현상으로 알려진 '얼음-알베도 되먹임'은 극지방에 넓게 분포한 빙하가 녹으면서 태양열이 빠져나가지 못하고, 그 결과 계속해서 기온이 오르고 더 빠르게 빙하가 녹게 한다.

여기서 '알베도'는 표면이나 물체에 의해 반사되는 태양복사의 비율을 말한다. 눈처럼 흰 물질로 덮인 곳은 알베도가 높아 복사에너지를 더 많이 튕겨낸다. 반대로 초목으로 덮인 표면이나 해양은 낮은 알베도를 가진다.

극지방은 거대한 대륙빙상과 해빙으로 덮여 있어 대기가 차가우면 빙상이 계속 커져 얼음으로 덮인 면적이 늘어난다.[23] 흰색인 얼음은 지표상의 어떤 물질보다 알베도가 높아서 빙상이 늘어나면 지표가 흡수하는 태양에너지가 감소한다. 그러나 날씨가 따뜻해지면 얼음이 줄어들어 이전에 비해 튕겨내는 태양에너지가 줄고 동시에 녹은 얼음이 짙은 색의 바다로 변해 흡수하는 에너지가 늘어난다.

반사만 주는 게 아니라 줄어든 반사만큼 흡수가 늘어나는 구조다. 극지방에서 한번 온도가 높아지거나 낮아지면 계속해서 그 정도가 심해지는 양의 되먹임이 나타나는 이유다. 이때문에 중위도나 고위도 지역에서 적도 지방을 비롯해 얼음이 없는 지역보다 더 극적인 변화가 일어난다.[24][25] 
  

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▲   북반구 영구동토층 분포와 북극해 탄성파탐사 위치
ⓒ 극지연구소	관련사진보기

 
영구동토층의 해빙 역시 양의 되먹임을 가져온다. 북극 고위도에 위치한 영구동토층은 2년이상 토양온도가 0°C 이하로 유지되는 토양이라는 게 지질학적 정의이다. 북극해의 얕은 대륙붕에 있는 해저 영구동토를 비롯해 영구 동토는 오래된 유기탄소 퇴적물을 함유한다.

기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 영구동토층이 현재 대기에 이산화탄소로 존재하는 탄소량보다 최소 2배의 탄소와 메탄을 보유하고 있어 동토층에 묶여 있던 메탄이 대기 중으로 방출되면서 급격한 되먹임을 가져올 것으로 예측했다.[26] 북극은 빙하와 영구동토층으로 구성된 기후위기의 시한폭탄인 셈이다.

우리에겐 시간이 얼마나 남았을까

지구온난화 시대에 북극에서 일어나는 변화는 분명하고 위협적이지만, 변수가 많아 경로는 가변적이다. IPCC는 온실가스 배출량에 따른 각각의 시나리오를 만들어서 북극 해빙의 미래와 지구온난화 사이의 상관관계를 전망했다.[27]

2021년 IPCC가 내놓은 6차 평가보고서는 '공통 사회경제경로(SSP, Shared Socioeconomic Pathways)'를 이용하여 인간이 만들어내는 온실가스 농도와 미래 사회경제변화를 기준으로 SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5의 4개의 시나리오를 제시했다. 시간에 따른 변화를 강조하기 위해 온실가스 배출량 시나리오에 경로(Pathways)라는 단어가 사용됐다.[28][29]

SSP 뒤에 나오는 첫번째 숫자는 사회발전 지표와 온실가스 감축 정도에 따라 구별한다. SSP1과 SSP5는 사회가 발전되면서 온실가스 감축을 잘하거나(1), 못한(5) 경우이며, SSP3과 SSP4는 사회 발전이 더디나 온실가스 감축을 잘하거나(4), 못한(3) 경우이다.[30]

그 뒤에 나오는 숫자는 2100년 기준의 복사강제력을 나타낸다. 복사강제력이란 지구-대기 시스템에 영향을 주어 에너지 평형을 유지 및 변화시키는 영향력의 척도로 양(+)의 복사강제력은 지표면 온도를 상승시킨다.[31]

2.6/4.5/6.0/8.5의 복사강제력을 기준으로 하며, 8.5는 온실효과를 발생시키는 태양복사에너지 8.5W/m²이 지구로 더 흡수됨을 의미한다. SSP1-2.6을 예로 들면, 재생에너지 기술이 발달하며 지속가능한 경제성장을 이룰 것으로 가정하여 상대적으로 낮은 2.6 W/m²의 태양복사에너지가 흡수되는 시나리오를 전제한다.[32] 
 

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▲   공통 사회경제경로(SSP)에 따라 산출된 전지구 기후변화 시나리오
ⓒ 기상청	관련사진보기

모든 시나리오에서 기온은 21세기에 지속해서 상승한다. 기온 상승 자체를 막을 수는 없다는 뜻이다. 또한 후반기로 갈수록, 고배출 시나리오 일수록 더 큰 기온 상승이 예상된다. 가장 이상적인 시나리오인 SSP1-2.6에서는 2100년까지 지구표면 평균온도가 약 1.8°C 상승할 것으로, 온실가스 배출이 가장 많은 SSP5-8.5에서는 약 4.4°C 상승할 것으로 예측된다.[33]

북극 해빙은 이러한 시나리오들에 따라 21세기 말에 연평균 빙하량이 현재 대비 최소 19%에서 최대 76%까지 감소할 것으로 국립기상과학원이 분석했다. 특히 기온이 높아지는 여름철에 북극 해빙은 모든 시나리오에서 21세기 중반 이후 거의 사라지는 것으로 전망됐다.[34]
 

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▲   시나리오별 북극 해빙면적의 변화
ⓒ 국립기상과학원	관련사진보기

 

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▲   SSP에 따른 미래 중반기(2041~2060)와 미래 후반기(2081~2100)의 북극의 해빙 면적 월 변화를 나타내는 그래프로 여름철 얼음 없는 북극의 시나리오를 볼 수 있다.
ⓒ 국립기상과학원	관련사진보기

 
결국 미래에는 얼음 없는 북극이 현실화하며 IPCC는 2050년 이전 최소 한번은 얼음 없는 북극의 여름을 볼 수 있을 것으로 예상했다.[35] 기후변화는 북극의 빙하를 녹이며 북극 생태계에 큰 변화를 가져오고 있고 북극의 깨어진 균형은 되먹임 효과에 따라 더욱 빠르게 악화하는 중이다.

머지않은 미래에 북극에서 얼음이 사라지는 사태가 사실상 확정적이기에 우리는 지구온난화 속도를 늦추기 위한 노력과 함께 북극의 얼음이 소멸된 시대를 대비해야 할 것 같다.
 

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▲  2015년 8월 13일 북극해 빙하 위를 걷는 북극곰
ⓒ 연합뉴스	관련사진보기

글: 안치용 ESG코리아 철학대표, 이주현·소진영·현경주 바람저널리스트, 이윤진 ESG연구소 연구위원