북극 얼음이 바꾸는 구름의 양…새 기후 변수 발견[과학을읽다]

해빙·멜트폰드 따라 '구름 씨앗' 생성 정반대…북극 대기 메커니즘 규명

북극의 얼음이 녹으면서 구름을 만드는 '씨앗' 역할을 하는 미세입자의 생성 방식이 달라진다는 연구 결과가 나왔다. 북극 바다가 얼음으로 덮였는지, 녹아 물웅덩이(멜트폰드)가 형성됐는지에 따라 대기 중 미세입자 발생량이 크게 달라져 기후 변화 예측의 중요한 변수로 작용할 수 있다는 분석이다.

박지연 극지연구소 박사 연구팀은 북극 해빙 상태에 따라 해염 에어로졸(Sea Spray Aerosol) 생성 효율이 크게 달라진다는 사실을 규명했다고 11일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '환경과학·기술(Environmental Science & Technology)' 2월호 표지 논문으로 게재됐다.

해염 에어로졸 출처별 생성량 비교 결과. 생성 위치(아래 사진 붉은 화살표 왼쪽부터: 멜트폰드, 해빙, 바닷물)에 따른 해염 에어로졸의 생성량 비교(위 그래프-붉은색: 해빙, 녹색: 멜트폰드, 파란색: 바닷물). 연구팀 제공

해염 에어로졸은 파도가 치거나 바닷물 거품이 터질 때 대기 중으로 튀어 올라가는 미세 입자로, 구름을 형성하는 핵심 '씨앗' 역할을 한다. 구름은 태양빛을 반사하거나 지표의 열을 가두는 방식으로 지구의 에너지 균형에 영향을 미치기 때문에 에어로졸 발생량은 북극 기온과 기후 시스템을 좌우하는 중요한 요소로 꼽힌다.

연구팀은 스페인 국립과학위원회와 국제 공동연구를 통해 2017년 쇄빙연구선 아라온호를 이용해 북극해에서 채취한 해빙과 멜트폰드, 그리고 얼음이 없는 바닷물을 대상으로 해염 에어로졸 생성 모사 실험을 수행했다. 멜트폰드는 해빙이 녹으면서 얼음 위에 형성된 민물 웅덩이를 의미한다.

분석 결과 에어로졸 생성 효율은 시료의 출처에 따라 뚜렷하게 차이가 나타났다. 해빙에서 생성된 에어로졸 농도는 바닷물보다 약 3.7배 높게 나타난 반면, 멜트폰드에서는 에어로졸 생성이 오히려 크게 억제되는 것으로 확인됐다.

이 같은 차이는 해빙 내부 생물 활동에서 비롯된 것으로 분석됐다. 해빙 속 미세조류가 배출한 유기물이 에어로졸 형성을 촉진하는 반면, 멜트폰드는 해빙이 녹으며 염분이 희석돼 입자를 형성하는 능력이 약해지기 때문이다.

Environmental Science & Technology 표지 이미지. 극지연구소 제공

이번 연구는 북극 대기에서 해염 에어로졸이 차지하는 비중이 크다는 점에서 의미가 있다. 아라온호의 실측 자료에 따르면 북극 대기 중 100~300나노미터(㎚) 크기 입자의 최대 42%가 바다에서 유래한 것으로 나타났다.

이는 북극 바다가 해빙으로 덮여 있을 때는 에어로졸 배출이 늘어 구름 형성이 촉진될 수 있고, 반대로 얼음이 녹아 멜트폰드가 확대되면 입자 생성이 억제돼 구름 생성이 줄어드는 등 상반된 기후 효과가 나타날 가능성을 시사한다.

기존 기후 모델은 북극 미세먼지 특성을 비교적 단순화해 계산해 왔다. 연구팀은 이번 연구를 통해 해빙 상태에 따라 구름 형성이 촉진되거나 억제되는 상반된 메커니즘을 규명함으로써 기후 예측 모델의 불확실성을 줄일 근거를 제시했다고 설명했다.

신형철 극지연구소 소장은 "이번 연구로 확인한 '북극 맞춤형 해염 에어로졸 지수'는 북극 온난화 속도를 보다 정밀하게 분석하고 예측하는 데 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr