솔직히 저는 올여름 폭염을 그냥 "올해도 유독 덥네" 정도로 넘겼습니다. 그런데 빙하 연구를 들여다보고 나서 생각이 바뀌었습니다. 수십만 년치 대기 기록이 얼음 속에 통째로 저장돼 있다는 사실, 그리고 그 기록이 지금 우리가 얼마나 비정상적인 상태에 놓여 있는지를 정확히 가리키고 있다는 것을 알고 나서는 더 이상 그냥 넘길 수가 없었습니다.
빙하 코어: 지구가 직접 쓴 기후 일기장
일반적으로 빙하는 그냥 두꺼운 얼음 덩어리라고 생각하기 쉽습니다. 저도 그렇게 생각했습니다. 그런데 실제로는 완전히 다릅니다. 빙하는 눈이 수천 년 동안 쌓이고 압축되면서 만들어진 것으로, 그 안에는 당시의 대기, 먼지, 화학물질이 그대로 봉인되어 있습니다.
이를 연구하기 위해 과학자들이 사용하는 방법이 바로 빙하 코어(ice core) 시추입니다. 여기서 빙하 코어란 빙하를 원통형으로 수직으로 뚫어 꺼낸 얼음 시료를 말합니다. 지름 약 10cm의 원통을 수천 미터 깊이까지 뽑아내면, 층마다 다른 시대의 기후 정보가 담겨 있습니다. 나이테로 나무의 나이를 읽듯, 과학자들은 빙하 코어의 층을 분석해 수십만 년 전의 기후를 복원합니다.
제가 특히 인상 깊었던 부분은 빙하의 약 10%가 공기로 구성되어 있다는 사실이었습니다. 눈송이가 쌓이는 과정에서 대기 중 기체가 얼음 결정 사이로 스며들어 갇히게 되는데, 이 고대 공기를 분석하면 당시의 이산화탄소 농도를 직접 측정할 수 있습니다. 식물 화석의 기공 수를 세어 간접적으로 추정하는 방식과 달리, 빙하 코어는 과거 대기를 사실상 그대로 보존하고 있습니다.
연구에서는 이 공기를 추출할 때 빙하 샘플을 진공 용기에 넣고 물리적으로 파쇄해서 기포를 터뜨린 뒤, 가스 크로마토그래피(gas chromatography)로 분석합니다. 가스 크로마토그래피란 혼합 기체를 성분별로 분리해 각각의 농도를 측정하는 분석 장비입니다. 녹여서 분석하지 않는 이유가 있는데, 얼음이 녹는 과정에서 빙하 속 탄산칼슘과 산이 반응해 인공적인 이산화탄소가 발생하면서 수치가 왜곡될 수 있기 때문입니다. 제가 이 부분을 처음 읽었을 때, 이렇게 세밀한 변수 하나하나를 통제하면서 연구한다는 게 놀라웠습니다.
빙하의 연대를 측정하는 방식도 흥미롭습니다. 물동위원소(water isotope)를 활용하는데, 여기서 물동위원소란 중성자 수가 다른 산소 원자를 포함한 물 분자를 말합니다. 무거운 산소(중성자 10개)를 품은 물은 따뜻한 시기에 극지까지 더 잘 이동하고, 추운 시기에는 도중에 비로 먼저 떨어져버립니다. 덕분에 빙하층 안의 무거운 산소 비율을 보면 그 층이 여름에 만들어진 것인지 겨울에 만들어진 것인지 알 수 있고, 이를 통해 1년 단위로 나이를 끊어낼 수 있습니다.
빙하 코어로 밝혀진 주요 발견을 정리하면 다음과 같습니다.
- 핵실험 흔적: 1945년 이후 500회 이상의 핵실험에서 발생한 플루토늄이 그린란드 빙하에 기록되어 있습니다.
- 산업 오염 추적: 베이징 올림픽 전후로 그린란드 빙하 속 납 농도가 절반 이상 감소한 것이 확인되었습니다.
- 화산 이벤트: 대형 화산 폭발 시기가 층 안의 황산염 농도로 기록되어 연대 측정의 기준점이 됩니다.
이산화탄소 농도와 제가 직면한 불편한 숫자
저는 개인적으로 이 부분에서 가장 오래 멈췄습니다. 남극 빙하 코어를 분석한 결과, 지난 80만 년 동안 이산화탄소 농도는 180ppm에서 280ppm 사이를 규칙적으로 오갔습니다. 빙하기에 낮아지고, 간빙기에 높아지는 패턴이 반복되었습니다. 그런데 현재 대기 중 이산화탄소 농도는 420ppm을 넘어섰습니다(출처: 미국 해양대기청(NOAA)). 80만 년치 자연 변동폭의 최대치를 50%나 초과한 수치입니다.
일반적으로 기후변화 이야기를 들으면 "자연적으로도 기온이 오르내리지 않았나?"라는 반론이 먼저 나옵니다. 저도 그런 생각을 한 적이 있습니다. 그런데 빙하 데이터를 보면 그 반론이 상당 부분 힘을 잃습니다. 자연적인 변동은 분명히 존재하지만, 그 변동은 명확한 상한선 안에서 이루어졌습니다. 지금은 그 상한선을 훌쩍 넘어 있습니다.
밀란코비치 사이클(Milankovitch cycle)이라는 개념이 있습니다. 밀란코비치 사이클이란 지구 공전궤도의 이심률 변화, 자전축 기울기 변화, 세차 운동 등이 복합적으로 작용해 수만 년 주기로 기후를 변화시키는 현상입니다. 이 사이클의 영향으로 빙하기와 간빙기가 반복되어 왔는데, 그 자연스러운 흐름 안에서 이산화탄소는 일정한 범위를 벗어나지 않았습니다. 지금의 급등은 그 흐름과는 명백히 다릅니다.
현재 빙하 손실 규모도 심각합니다. 최근 연구에 따르면 전 세계 빙하는 연평균 약 2,700억 톤씩 사라지고 있습니다(출처: 네이처(Nature)). 그린란드 빙하가 전부 녹으면 해수면이 약 7m, 남극 빙하가 전부 녹으면 약 58m 상승할 수 있습니다. 특히 남극 서쪽의 스웨이츠(Thwaites) 빙하가 주목받고 있습니다. 스웨이츠 빙하는 주변 빙하가 무너지지 않도록 지탱하는 역할을 하는데, 이것이 붕괴되면 연쇄적으로 주변 빙하가 쏟아져 해수면이 3.5~5m 급상승할 수 있습니다. 이 때문에 '운명의 날 빙하'라는 별칭이 붙었습니다.
빙하 연구, 환경 이야기
제 경험상 환경 이야기가 나오면 사람들은 대부분 "나 하나로는 어쩔 수 없다"는 생각을 먼저 합니다. 저도 솔직히 그랬습니다. 그런데 이번에 달랐던 건, 수십만 년치 숫자를 들이밀었을 때 그 숫자가 너무 명확해서 막연한 낙관을 유지하기가 어려웠습니다.
한 가지 아쉬웠던 건, 이런 내용을 다룰 때 개인의 분리수거나 에너지 절약 같은 행동 변화만 강조되는 경향이 있다는 점입니다. 물론 그것도 중요하지만, 빙하 연구가 보여주는 수치들은 사실 산업 구조와 국가 차원의 에너지 정책 변화 없이는 개인 실천만으로는 역부족임을 함께 말해주고 있습니다. 개인 노력과 구조적 변화를 동시에 이야기하는 것이 더 정직한 접근이라고 생각합니다.
빙하학자들이 80만 년 치의 기후 일기장을 읽으면서 전하는 메시지는 생각보다 단순합니다. 아직 늦지 않았다는 것, 그리고 우리가 지금 어디 서 있는지를 정확히 알아야 한다는 것입니다. 올여름 폭염이 유독 길게 느껴진다면, 그 느낌이 착각이 아닐 가능성이 높습니다. 빙하가 기록한 숫자들이 이미 그것을 말하고 있습니다. 빙하 연구에 더 관심이 생기셨다면 극지연구소의 공개 자료를 살펴보시는 것도 좋은 시작이 될 것 같습니다.
참고: 요즘 날씨, 왜 이렇냐면요... (feat. 신진화 빙하학자) [취미는 과학/ 46화 확장판] :
https://www.youtube.com/watch?v=1oc7hLeqBBI&list=PLkKcqR2KGxgzqeKZo1Rx93kJFokuVkpye&index=44