이글을 작성하는 2010년 1월은 간만에 보기드문 한파와 폭설이 내렸던 달이었다. 최근 북반구 중위도 지역에는 강력한 한파와 폭설로 인해 각종 사건 사고가 다발하고 있다. 필자도 지난주 월요일 고속도로를 타다가 과연 살아서 갈 수 있을 지 의심스러운 생각이 들었으니 말이다. (고속도로가 온통 새하얀 색으로 덮혀 차선도 구별되지 않았다)
그런데 최근의 한파와 폭설이 다가오자 이를 두고 여러가지 해석이 나오고 있는 듯 하다. 종종 믿을 수 없는 기사를 쏟아내는 한국의 몇몇 기자들은 이를 두고 지구 온난화가 아니라 미니 빙하기가 찾아온다면서 호들갑을 떨고 있다.
(위의 링크는 그냥 예시를 든 것으로 특정 언론사를 비방할 목적은 아님)
그런데 또 한 쪽에서는 이것이 지구 온난화의 과정이나 결과라고 주장하는 의견도 있는 것 같다 과연 누구 말이 옳을까?
필자의 결론을 이야기 하면 어느 쪽이든 너무 성급한 결론이라는 것이다. 모두들 '날씨는 기후가 아니다' (Weather is not climate) 라는 간단한 명제를 이해하지 못한 것 같다. 무슨 이야기냐면 한두달 정도의 추운 날씨로 - 그것도 북반구 중위도 일부 지역에서 - 지구 전체의 기후 변화를 이야기 할 수 없다는 것이다.
간단한 예를 들어 보자. 여러분이 미국에 대한 지식이 전혀 없는데 어떤 미국 사람을 우연히 만나게 되었다. 그런데 그는 흑인이었다. 그래서 그를 만난 후에 모든 미국인이 흑인이라는 결론을 내린다면 ? 당연히 성급한 일반화의 오류라고 할 것이다. 그런데 우리 사회에는 - 물론 필자를 포함해서 - 성급한 일반화의 오류를 범하는 경우가 너무나 많다.
미니 빙하기니 지구 온난화니 하는 이야기가 지금의 한파와 연결시켜 말하기에는 아직 이르다는 점을 설명하기 위해 현재 한파의 원인에 대해서 간단히 분석해 보자. (다만 이에 대해서 한가지 당부 말씀은 필자가 기상학 전공은 아니라는 것이다. 따라서 100% 신뢰하지는 마시기 바란다)
현재 북반구 중위도 지역에 한파가 몰아닥친 이유를 설명하기 위해서 북극 진동 지수 (Arctic Oscillation Index, AO) 에 대해서 이야기 해야 할 것이다. AO 는 아주 간략화 하여 설명하면 북극과 중위도 지역의 기압의 차이를 설명하는 것으로 만약 AO 가 양 (Positive) 의 값을 가지면 이는 중위도 지역의 기압이 평소보다 높은 반면 북극 지역은 평소보다 낮다는 뜻이고 , AO 가 음 (Negative) 인 경우는 반대인 경우이다.
(우측이 AO 가 음의 값 (Negative) 인 경우의 모식도 이다. 이 경우 차가운 북극권의 공기가 중위도까지 내려와서 기온을 춥게 만든다. 바로 현재 같은 경우라고 하겠다. 반면 좌측의 경우는 AO 가 양의 값 (Positive) 인 경우이며 이 경우 중위도 지역은 따뜻해지고 눈도 적게 내린다 출처 : NSIDC (National Snow and Ice Data Center) )
2009년 12월 AO index 는 1950년대 이후 사상 최저치로 떨어졌다. (AO - 3.41) 이것이 의미하는 바는 결국 북극권의 차가운 공기가 아래로 남하해서 중위도는 추워지는 반면 북극권은 따뜻해 진다는 것이다. 아래의 그래프를 참조하자.
(AO 수치는 적어도 1950년 이래로 최저치로 떨어졌다. 출처 : NSIDC)
(2009년 12월의 북위도의 온도 이상 : 이 그래프를 보면 위의 결론을 보다 확실히 알 수 있다. 그린란드와 베링해 주변 지역은 올 겨울 매우 따뜻해 졌다. 평균 기온보다 많게는 8도 이상 오른 지역도 있다. 반면 캐나다를 중심으로한 북미 대륙의 기온은 내려갔으며 특히 유라시아 대륙 북부의 시베리아는 온도가 평균보다 -8 까지 더 떨어졌다. 이 그래프는 덜 추운 그린란드와 더 추운 시베리아를 말해준다. 출처 : NSIDC/NOAA )
위의 그래프들을 종합한 결론은 결국 2009 년 12월 이후 북반구는 북극권은 따뜻해진 반면 중위도 부근은 기습 한파가 닥쳤다는 것이다. 이런 상황은 AO 가 이례적으로 낮은 상황. 즉 북극의 기압은 올라가고 중위도의 기압은 낮아진 상태로 인해 발생했다. 쉽게 말하면 북극의 찬공기가 잘 발달해 아래로 밀고 내려오면서 이를 막아주던 기류의 흐름 을 약화시키고 평소보다 남하했다는 것이다.
그런데 이것은 북반구가 추워진 것과는 전혀 별개의 이야기이다. 중위도 지역은 이번 겨울이 춥겠지만 북극지역은 이전보다 따뜻하다. 그러니 평균을 내보면 지구 기온이 갑자기 추워진건 아니다. 따라서 이를 두고 빙하기가 온다느니 하는 이야기는 완전히 넌센스에 가까운 이야기일 수 있다. 모르긴 해도 지금 빙하기 운운하는 언론사들은 올해 다시 여름이 더우면 한반도 아열대화 같은 기사를 내보낼 수도 있다는게 솔직한 필자의 생각이다.
여기에 남반구는 지금 사상 최고로 더운 여름 중에 하나를 보내고 있다. 현재까지만으로도 이미 호주와 뉴질랜드는 2005년 이후 가장 뜨거운 여름 날씨를 기록하고 있다. FT 의 보도에 따르면 호주에서는 너무 뜨거워진 철로로 인해 열차 운행이 중단되고 섭씨 40도가 넘는 폭염이 도시를 강타하고 있다고 한다.
아무튼 지구가 갑자기 추워지는게 아니니 빙하기 걱정은 당장 할 필요는 없다. 그리고 이정도 이야기를 종합해 보면 앞서의 예시가 이해가 될 것이다. 미국인 한명이 흑인이라는 사실에서 모든 미국인이 흑인이라는 결론을 도출할 수 없듯이, 최근의 북반구 중위도의 추운 날씨로 인해 전지구적으로 기후가 변한다는 결론을 도출할 수는 없다. 이것이 기후가 변경되었다는 결론이 되려면 보다 오랜 시간을 걸쳐 비슷한 기온 변동이 있어야 할 것이다.
하지만 역시 한가지 궁금증은 남는다. 그렇다면 대체 AO 가 1950년 이래로 가장 낮은 측정치를 보이는 원인은 무엇일까? 혹시 최근의 지구 온난화가 그 원인은 아닐까?
여기에 대한 답변은 쉽지 않은 일이다. 어쩌면 인간이 대기중에 과도하게 배출한 온실가스가 이런 기상 이변을 가능하게 할 수도 있다. 하지만 그렇다는 결정적인 증거가 있을까? 또 최근의 지구 온난화 심화가 원인이라면 최근 몇년간은 왜 북반구에서 비슷한 일이 발생하지 않았던 것일까 ? 과연 이것이 앞으로수십년간 지속될 기후 변동의 시작일까 ?
이 모두는 지금 답변하기 어려운 일이다. 아마도 앞으로 수년간의 과학적 분석과 토론이 이어질 것이며, 믿을 만한 과학적 데이터와 이론은 지금은 바로 나오기 어려울 것이라는게 필자의 주관적인 생각이다. 현재도 어떤 연구자는 지금의 AO 이상 및 NAO (North Atlantic Oscillation ; AO 와 비슷한 진동이다) 이상이 최근의 인위적 온실가스 증가와 연관이 있다고 의심하고 있고 또 일부는 반론을 제시하고 있다. 아마 어느 한쪽으로 결론이 나려면 보다 많은 관측 자료와 분석이 필요할 것이다.
따라서 이상의 이야기에서 결론을 이야기 한다면 현재의 기습 한파만 가지고 빙하기를 이야기 하는 것은 너무 앞서가는 이야기이며, 이것이 지구 온난화 때문이라는 의견도 아직은 검증이 필요할 것이라는 것이다. 그리고 정말 의심할 수 없는 과학적 근거를 제시하지 않는 이상 언론보도는 항상 주의해서 받아들여야 할 것이다. 일부 기자들은 자질이 심각하게 의심되는 기사를 쓰기도 하기 때문이다.
그리고 이어서 다음 이야기를 진행하겠다.
그것은 지구 온난화가 진행되면 지구의 모든 지역의 기온이 상승하는 것이 아니라 어느 지역은 잠시 더 추워지고 눈이 많이 내릴 수 있다는 주장에 대해서이다. 특히 열염수 순환에 장애가 발생하면 그것이 혹시 미니 빙하기를 가져오지 않을까 하는 주장에 대해서이다. 이 주장은 이전부터 제기 된 바 있고 또 이번 한파와는 연관없이 생길 수 있기 때문에 - 그런데 이 둘을 연결시켜 기사를 써내는 기자들이 있다 - 이 주장에 대해서 잠시 이야기 해보자.
전지구적인 기후 및 해수의 순환에 중요한 역활을 하는 것 중에 하나는 바로 열염수 순환 (Thermohaline Circulation 熱鹽分循環 ) 이라는 메카니즘이다. 이는 바닷물의 온도와 염분의 차이에 의해 발생되는 바닷물의 흐름으로 적도지방의 열에너지를 극지방으로 전달함과 동시에 바닷물을 통한 물질 교환 특히 심해의 산소 공급에 중요한 역활을 한다. (따라서 심해 생물에 생존에 중요하다)
대표적인 예 중에 하나는 멕시코만에서 따뜻한 해수의 흐름 (Gulf Stream)이 미국 동북부및 캐나다 동부의 기온을 상승시키고 또 스칸디나비아 반도의 기온을 같은 위도의 다른 지역보다 따뜻하게 만드는 것이다. 또 반대로 북대서양의 차가운 물이 적도 지방을 식힌다. 이 열염수 순환은 적도 지방의 열에너지를 고위도로 전달해서 적도 지방의 온도를 낮추고 고위도 지역의 온도를 높이는 중요한 역활을 한다.
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(열염수 순환을 보여주는 모식도 파란색은 차가운 심층수이며 빨간색은 따뜻한 표층수 이다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
이 흐름의 시작인 북대서양 심층수 (North Atlantic Deep Water : NADW) 는 래브라도해, 그린란드해, 그리고 덴마크 해엽등 북대서양에서 생성된 고염도, 고밀도의 차가운 해수로 북대서양 수심 2000 - 4000 m 사이의 공간에 위치한다. 이 북대서양 심층수는 표층의 멕시코 만류 (Gulf Stream) 와 반대로 북에서 남으로 흐르며 그 폭이 50 - 500 km 에 달하고, 평균 2 - 2.5 cm/s 의 느린 속도로 이동한다. 이렇게 위아래로 해수와 열의 이동이 일어나기 때문에 이 흐름을 컨베이어 벨트라고 표현하기도 한다.
물론 북대서양 심층수 외에도 다른 해수의 흐름도 있지만 모두 설명하려면 너무 시간이 걸리니 일단 넘어가고 결론을 말해 보겠다. 이 해수의 흐름이 끊어진다면 어떻게 될 까? 그러면 적도는 더 뜨거워지며 필연적으로 북위도 중고위도 지역 일부는 지금보다 더 추운 겨울을 지낼 수 밖에 없다.
그러면 지구 온난화가 이 북대서양 심층수의 흐름일 끊을 수 있다는 말인가 ? 일부 과학자들은 가능하다고 생각하고 있다. 현재 지구 온난화는 모든 지역에서 동일하게 기온을 끌어올리지 않는다. 최근 100년간 온도가 크게 상승한 지역은 바로 극지방, 특히 북극 지역이었다. 따라서 그린란드 및 북극권의 빙하들이 현재 빠른 속도로 녹아내리고 있다.
이런 녹아 내린 해빙수들은 차가운 담수로 만약 바다로 들어간다면 염도를 낮추게 된다. 바닷물이 약간 덜 짜게 되는게 무슨 대수냐고 생각할 지 모르지만 해수의 염도는 밀도에 직접적인 영향을 미친다. 만약 해수가 염도가 떨어지게 되면 상대적으로 밀도가 낮아져 북대서양의 물이 아래로 가라앉지 않는 일이 발생한다. 즉 북대서양 심층수의 하강이 일어나지 않게 될 수 있다는 것이다. 그리고 이것은 열염수 순환을 중단시켜 북미 대륙 북동부 및 유럽 북서안 지역의 겨울을 더 춥게 만들 수 있다.
고기후학을 연구하는 과학자들은 과거 이와 같은 일이 실제로 일어났을 가능성을 의심하고 있다. 마지막 빙하기에 그린란드의 빙핵을 분석해본 과학자들은 비슷한 시기의 남극과는 달리 그린란드 지역에서 약 1500년 정도 주기로 25회 정도 기온이 상승하고 하강하는 일을 반복했다는 사실을 알았다. 이는 Dansgaard - Oeschger Event 라고 불리며 그 원인으로 지목된 것이 바로 당시 지구 기온 상승으로 인해 녹은 담수의 유입으로 발생한 열염수 순환 중단이라는 것이다.
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(빙핵을 분석한 바에 따르면 마지막 빙하기에 그린란드에서는 여러차례 기온이 올랐다가 내린 이벤트가 있었다. Comparison of temperature proxies for ice cores from Antarctica and Greenland for 140,000 years. Greenland ice cores use delta 18O, while Antarctic ice cores use delta 2H. Note the en:Dansgaard-Oeschger events in the Greenland ice core between 20,000 and 110,000 years ago, which barely register (if at all) in the corresponding Antarctic record. GRIP and NGRIP data is on ss09sea timescale, Vostok uses GT4, and EPICA uses EDC2. CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시 저자 Original uploader was Leland McInnes)
- (red) Vostok data: ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/icecore/antarctica/vostok/deutnat.txt
- (orange) EPICA DomeC data: ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/icecore/antarctica/epica_domec/edc_dd.txt
- (purple) GRIP data: http://www.glaciology.gfy.ku.dk/data/grip-ss09sea-cl-50yr.stp
- (pale blue) NGRIP data:http://www.glaciology.gfy.ku.dk/data/NGRIP_d18O_50yrs.txt )
또 같은 메카니즘이 12800년전에서 11500년 사이 그린란드에서 갑자기 기온을 하강시킨 Younger Dryas 의 원인이거나 혹은 1500년대 이후 찾아온 소빙기 (Little Ice Age) 의 원인 중 하나라고 생각하는 학자도 있다.
따라서 이와 같은 이유에서 혹시 앞으로 지구 온난화가 진행되어 그린란드 등지에서 담수의 유입이 줄면 동일한 이벤트가 생기지 않을지 의심하는 학자들도 있다. 심지어 이 내용을 소재로한 영화 (투머로우 : The Day After Tomorrow) 까지 등장했다. 하지만 모두가 이 내용에 동의하는 것은 아니다.
2005년에는 사이언스지에 북대서양의 해수의 온도가 가장 높아졌지만 염도 또한 높아졌다는 논문이 제출되었다. 물론 저자들은 앞으로 빙하가 녹은 담수가 대량으로 유입되면 염도에 영향을 줄 수 있다는 의견을 제시했다. (Hjalmar Hátún, Anne Britt Sandø, Helge Drange, Bogi Hansen og Hedinn Valdimarsson: "Influence of the Atlantic Subpolar Gyre on the Thermohaline Circulation", Science 309: 1841-1844 16 September 2005)
한편 영국의 National Oceanography Centre 소속의 과학자 해리 브리든 (Harry Bryden) 는 뉴 사이언티스트 지에 멕시코 만류가 1992년 관측에 비해 30% 정도 감소했다는 다소 충격적인 발표를 했다. (http://www.newscientist.com/article/dn8398) 그러나 일부에서는 관측의 정확성에 의문을 제기했다.
아무튼 우리가 확실히 아는 사실은 지난 수십년간 북미와 유럽의 기온이 상승했다는 것이다. 앞으로 수십년 후는 어떻게 될지 모르지만 현재까지 온도는 끊임없이 상승했고 하강한다는 명확한 증거는 없는 셈이다.
(1940 - 1980 년 사이 평균 기온과 비교한 1999 - 2009년의 평균 기온. 북미 대륙 북동부와 북유럽의 기온도 상승했다. This plot is based on the NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP), which combines the 2001 GISS land station analysis data set (Hansen et al. 2001) with the Rayner/Reynolds oceanic sea surface temperature data set (Rayner 2000, Reynolds et al. 2002). The data itself was prepared through the GISTEMP online mapping tool, and the specific dataset used is available here This figure was prepared by Robert A. Rohde from public domain data and is incorporated into the Global Warming Art project. )
분명 과거의 데이터를 보더라도 열염수 순환이 중단되더라도 지구 전체의 기온이 떨어진 것은 아니었다. 주로 기온 하강은 북반구 고위도 지역에 중점적으로 일어났으며 더 나아가 이런 열염수 순환 중단 메카니즘도 1만 2천년전에는 일시적으로 북위도 일부의 기온을 하강시켰을 뿐 당시의 온난화 자체를 막을 순 없었다. 만약 그렇지 않고 빙하기가 계속되었더라면 지금 뉴욕이라고 부르는 곳은 수천미터 두께의 빙하로 덮혀있었을 것이다.
과연 지금의 온난화가 열염수 순환을 중단시킬 수 있을 것인가 ? 충분히 가능성은 있어 보인다. 그러나 이것을 지구 전체의 기온이 하강하는 빙하기와 연관시키는 것은 타당할까? 일부 고위도 지역에서는 온도가 하강해도 결국 적도 부근의 온도가 오를 수 밖에 없을 것이다. 또 열염수 순환 중단으로 인한 일부 지역에서 온도 하강 효과보다 지구 전체의 온난화 효과가 더 클 경우 결국 북미와 북유럽 및 북대서양의 기온은 상승하게 될 것이다.
IPCC 4차 보고서에서도 향후 기온은 지속적으로 상승할 것으로 판단했다. 또 현재의 해수 - 얼음 시스템은 빙하기 말과는 다르기 때문에 과거 Younger Dryas 때 처럼 다시 빙하기로 일시적으로 기온이 하강하는 현상은 일어나지 않을 가능성이 있다.
그러나 그럼에도 불구하고 열염수 순환은 지구 생태계에 중요한 영향을 미치기 때문에 주의 깊은 연구가 필요하다. 앞서 이야기 했듯이 열염수 순환은 심해 생태계나 플랑크톤의 번식, 그리고 엘니뇨 현상등 여러가지 현상에 영향을 미치며 이 순환이 사라지는 경우 심각한 지구 생태계 파괴와 온갖 기상 이변이 발생할 가능성이 아주 크기 때문이다. 어쩌면 열염수 순환 중단의 가장 큰 문제는 북미대륙과 북유럽 일부의 기온 하강이 아닐 수 있다.
그렇다면 결론적으로 일부에서 제기 되는 주장 처럼 미니 빙하기는 오지 않을 것인가? 사실 현 상태에서 이 질문에 자신있게 답하기는 어려울 것이다. 하지만 만약에 열염수 순환 중단에 의한 북반구 기온 하강이 일어나더라도 이것은 일부 지역에 그칠 것이며 - 이론적으로 적도 지방은 더 뜨거워질 것이다. 그리고 과거에도 그랬듯이 상대적으로 안정적인 남극 빙상 때문에 남반구에서는 그런 일이 발생하지 않을 가능성이 높다 - 궁극적으로는 지구 전체 기온 상승 현상이 더 크기 때문에 결과적으로 지구의 평균 기온이 오르게 될 가능성이 높다.
어쩌면 가장 그럴듯한 시나리오는 실제로 열염수 순환의 중단이나 약화가 일어나고 북미의 북동부 지역에서는 평소보다 더 추운 겨울과 눈이 더 많이 내리는 기상이변이 일어나긴 하지만 결과론적으로는 지구 전체의 기온이 오름에 따라 나중에는 이 지역 역시 기온이 상승하는 것이다. 필자의 지식으론 절대 다수의 기후 예측 모델이 지구 기온 상승을 예측하고 있다.
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(8개 기후 예측 모델의 이후 지구 기온 상승의 예측 모델. 모두 기온이 상승하는 시나리오를 보여준다. Shows climate model predictions for global warming under the SRES A2 emissions scenario relative to global average temperatures in 2000. The A2 scenario is characterized by a politically and socially diverse world that exhibits sustained economic growth but does not address the inequities between rich and poor nations, and takes no special actions to combat global warming or environmental change issues. This figure was created by Robert A. Rohde from public data and is incorporated into the Global Warming Art project )
The model data used above was taken from the IPCC-DDC, and the models are as follows:
- CCSR/NIES: Center for Climate System Research [2] & National Institute for Environmental Studies, [3], CCSR/NIES AGCM + CCSR OGCM Models 1890-2100
- CCCma: Canadian Center for Climate Modelling and Analysis [4], CGCm2 Model 1900-2100
- CSIRO: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation [5], CSIRO-Mk2 model 1961-2100
- Hadley Centre: Hadley Centre for Climate Prediction and Research [6], HADCM3 model 1950-2099
- GFDL: Geophysical Fluid Dynamics Laboratory [7], R30 Model 1961-2100
- MPI-M: Max Planck Institute für Meteorologie [8], ECHAM4/OPYC coupled model 1990-2100
- NCAR PCM: National Center for Atmospheric Research [9], PCM model 1980-2099
- NCAR CSM: National Center for Atmospheric Research [10], CSM Model 2000-2099
(HadCM3 모델에 따른 기온 상승 모델. 이 모델에서도 역시 미니 빙하기는 찾을 수 없다
This figure shows the predicted distribution of temperature change due to global warming from Hadley Centre HadCM3 climate model [1]. These changes are based on the IS92a ("business as usual") projections of carbon dioxide and other greenhouse gas emissions during the next century, and essentially assume normal levels of economic growth and no significant steps are taken to combat global greenhouse gas emissions. This figure was prepared by Robert A. Rohde from publicly available data, and is incorporated into the Global Warming Art project.)
설명이 길었지만 결론을 내리면 다음과 같다. 열염수 순환 중단이나 감소는 지구 온난화가 가져올 수 있는 잠재적인 큰 위협이 될 수 있다. 그리고 일부 과학자들은 이로 인해 북반구의 일부 지역에서 기온의 하강하는 현상이 일어날 수도 있음을 예측했다. 그러나 그것이 인간의 활동으로 인한 지구 전체의 기온의 상승을 반박하는 증거는 될 수 없다. 미니 빙하기는 아마 현재로써는 성급한 결론일 것이다. 분명히 현재까지의 관측 결과는 온도가 상승했다는 것 뿐이다. 그리고 현재까지 기후 예측 모델들도 열염수 순환을 고려해도 대부분 지구 기온이 앞으로 상승한다는 예측을 했다.
2009 - 2010년 겨울의 북반구 중위도의 한파는 정확한 이유는 알 수 없지만 열염수 순환과는 관계없이 AO index가 사상 최저치로 감소하면서 발생했다. 이것이 지구 온난화의 영향인지는 확실치 않다. 아무튼 일시적인 한파를 지구 기후의 변화의 조짐으로 보는 것은 너무 성급한 결론이다. 날씨와 기후는 다르기 때문이다. 또 북반구 전체로 보면 오히려 북극권에서는 온도가 크게 상승했으며, 남반구 일부지역은 이상 고온 상태이다. 따라서 역시 현재 한파를 두고 미니 빙하기 운운 하는 것은 역시 성급한 결론이다.
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