급격한 북극의 온난화가 툰드라 영구동토층에 저장된 탄소를 방출해 지구 온난화를 더욱 가속시키는 것이 아닌가 우려되고 있다.

지난 7년 동안의 연구 결과 툰드라에서 성장하는 식물이 태양열로 인한 온난화와 영구동토층(permafrost soil) 해동에 따라 방출되는 탄소를 균형 있게 조절하지 못 하는 것으로 나타났다. 이로 인해 툰드라 지역에서도 이산화탄소가 대기 중에 꾸준히 방출되고 있는 것으로 확인됐다.

미국 북애리조나 대학과 플로리다대 연구팀을 포함한 협동연구팀은 ‘지구 변화 생물학’(Globa Change Biology) 9월호에 이 같은 내용의 논문을 발표했다.

해동에 따른 이산화탄소 방출과 식물의 흡수

툰드라는 삼림 한계선보다 북쪽에 위치한 북극해 연안의 동토지대로서 지의류, 선태류 등과 버드나무류 같은 일부 초본과 식물이 살고 있다.

북반구에 있는 얼어붙은 영구 동토층은 현재 대기 중에 있는 탄소의 거의 두 배를 저장하고 있는 것으로 알려진다. 그러나 급격한 북극의 온난화로 얼어붙었던 땅이 녹아 미생물 분해에 노출됨으로써 이 과정에서 이산화탄소 방출이 증가하는 것으로 예측되고 있다. 하지만 이 현상이 대기 중의 이산화탄소 균형에 미치는 영향은 명확하지 않았다. 그 이유는 영구동토층 해동으로 파생되는 따뜻한 온도와 영양분이 식물 성장을 증가시키고, 식물들이 이산화탄소를 이용해 광합성을 하므로 방출된 이산화탄소를 상쇄할 수 있을 것으로 생각되기 때문이다.

연구팀은 온난한 공기와 따뜻한 토양 그리고 영구동토층 해동이 툰드라 생태계 이산화탄소에 미치는 영향을 조사했다. 7년 동안의 실험 결과에 의하면 여름철 식물의 성장이 장기적으로 토양의 온난화와 영구동토층 해동으로 인해 방출되는 이산화탄소를 모두 흡수하지는 않는 것으로 나타났다.

온난한 공기와 영구동토층 해동 모두 반영

현재 북극의 온난화가 툰드라 생태계의 이산화탄소 균형에 어떻게 영향을 미칠 것인가에 대한 견해는 실험 모델과 관측에 따라 다르다. 그러나 따뜻해지는 공기와 영구동토층 해동을 결합해 이 지역 생태계의 이산화탄소 균형을 평가한 연구는 거의 없다. 이번 연구는 두 요소를 모두 반영해 따뜻한 공기만을 기반으로 한 연구보다 훨씬 강력한 상응관계를 보여준다.

급격한 영구동토층 해동은 처음에는 여름 동안 식물이 성장하면서 이산화탄소 흡수를 촉진하는 것으로 나타났다. 그러나 해동이 심화되면서 이산화탄소 흡수율은 낮아졌다. 실험 기간 동안 내내 흡수되는 이산화탄소 양은 연중 방출되는 이산화탄소 양을 상쇄하기에 불충분했다.

식물 자라는 여름에도 이산화탄소 방출돼

툰드라 지역에서 장기간 대기와 토양의 온난화를 실험한 이번 연구는 토양의 온난화와 영구동토층 해동이 태양에 의한 대기 온난화보다 이산화탄소 균형에 훨씬 더 강력한 영향을 미친다는 사실을 확인해 준다.

영구동토층 해동은 여름철에 처음에는 이산화탄소 배출량보다 더 많은 이산화탄소 흡수를 촉진했으나 이 같은 초기 현상은 지속되지 않았다. 해동이 계속 진행됨에 따라 여름철의 이산화탄소 배출과 흡수량은 거의 대등하게 되었고, 이 평준화는 해동이 지표면을 붕괴시킴에 따라 식물 성장이 지연되고 식물 성장을 가로막는 토양의 포화도가 높아지는 것으로 설명될 수 있다.

영구동토층 해동과 식물 성장 및 토양 수분 사이의 복잡한 상호작용은 수학적으로 2차관계식으로 정리돼 시간이 지남에 따라 영구동토층의 해동이 이산화탄소 방출과 흡수에 미치는 영향을 보여준다. 겨울 동안의 이산화탄소 방출을 측정하는데 사용한 모델과 방식을 사용해 여름철 상황을 조사한 결과 영구동토층의 해동은 식물 성장과 이산화탄소 흡수를 촉진하는 여름철에서조차 이산화탄소를 방출함으로써 툰드라 지역에서 연간 지속적으로 이산화탄소가  방출되고 있는 것으로 확인됐다.