기후변화→영구동토층 해빙→북극 산불 가중된다

IBS, 100개 시뮬레이션으로 해빙 영향 분석

"21세기 중후반 북극 산불 심화될 것" 전망

토양 수분과 대기 변화가 산불 불러…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 가속화된 지구온난화로 인해 급격한 영구동토층 해빙에 따른 북반구 극지역 산불 강화 메커니즘 모식도.(사진=IBS 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 지구온난화로 영구동토층 해빙이 가속화되면서 북반구 극지역의 산불이 더욱 증가하고 피해도 심화될 것이라는 연구결과가 제시됐다.
 
기초과학연구원(IBS)은 악셀 팀머만 기후물리연구단장(부산대 석학교수) 연구팀이 기후 및 영구동토층 전문가와 함께 대규모 기후모델 시뮬레이션 자료를 이용해 지구온난화 가속화에 따른 산불 증가를 예측한 결과, 캐나다와 시베리아의 영구동토층지역 산불이 급격히 심화될 것으로 나타났다고 25일 밝혔다.

영구동토층은 일반적으로 2년 이상 기간을 기준으로 일년 내내 0℃이하로 지속적으로 얼어있는 지층이다.

최근 이례적으로 따뜻하고 건조한 상태로 북극지역의 대형 산불피해는 더욱 증가하면서 산불 연소의 핵심 요소이자 영구동토층에 영향을 크게 받는 토양 수분 함량 및 영구동토층 해빙 가속화의 역할에 대한 이해가 필요하다.

하지만 기존 산불연구들은 주로 기상조건에 의한 산불위험지수를 산출해왔으며 관련 연구 기후모델들은 지구온난화, 영구동토층의 해빙, 토양 수분-산불 간의 상호작용, 식생변화 등을 충분히 고려하지 못했다.

이번에 IBS 연구팀은 가장 포괄적인 지구시스템 모델 중 하나인 '복합 지구시스템 모델(CESM)'을 영구동토층 및 산불분석에 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층, 산불과정을 통합적으로 결합한 최초의 모델이다.
 
IBS 연구팀은 미국 콜로라도 국립대기연구센터(NCAR) 연구팀과 자연적 요인에 의한 기후변화와 인간활동에 의한(온실가스 배출 증가) 영향을 명확히 구분키 위해 IBS 슈퍼컴퓨터 '알레프(Aleph)'를 이용, 1850~2100년 기간을 다루는 과거-미래의 대규모 100개 앙상블 시뮬레이션(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 수행하고 이 중 명확한 메커니즘 설명을 위한 동일 조건의 50개의 앙상블 시뮬레이션 자료를 선택 후 분석했다.

분석 결과, 21세기 중후반에는 인간활동에 의한 온난화(온실가스 배출 증가)로  영구동토 지역의 약 50%에서 급격한 해빙이 발생할 것으로 예측됐다.

이는 많은 지역에서 과잉된 토양 수분 배수의 빠른 증가와 토양 수분을 급격히 감소시키며 토양 건조환경은 특히 여름철 지면으로부터의 증발산을 감소시켜 기온을 증가시키고 대기를 더욱 건조하게 만든다.

이런 급격한 토양 수분과 대기의 변화는 산불을 심화시킨다는게 연구팀의 설명이다.

연구팀에 따르면 지구온난화로 연평균 토양 온도가 0℃를 초과할 때 북반구 영구동토층의 급격한 해빙이 발생한다. 영구동토층에서 얼음이 녹으면서 토양 수분 배수가 증가하게 되고 이는 급격한 상부 토양 건조를 유발한다.
 
이런 환경은 여름에 지면으로부터 대기 중으로의 증발산을 약화시키며 기온을 더욱 상승시키고 기온 상승은 대기를 더욱 건조하게 만들어 결과적으로 급격한 산불 발생 피해 증가 및 탄소 배출을 발생시킨다.

또한 대기 중 이산화탄소 농도 증가는 식물의 광합성을 도와(이산화탄소 비료 효과) 고위도 지역의 식생을 증가시키며 이는 산불 연료로 역할을 해 산불 피해 증가에 기여한다.

김인원 연구원은 "모델 시뮬레이션을 통해 산불이 거의 발생하지 않던 지역이 강한 산불이 발생하는 지역으로 급변하는 것이 불과 몇 년 안에 발생할 수 있음을 밝혔다"며 "또 인간활동에 의한 대기 이산화탄소의 농도 증가는 식물 광합성을 도와 고위도 지역의 식생을 증가시키고 이런 식생의 증가는 산불연료 역할을 해 산불 피해를 심화시킨다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 25일(한국시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.7)'에 게재됐다.(논문명:Abrupt increase in Arctic-Subarctic wildfires caused by future permafrost thaw)

악셀 팀머만 IBS 연구단장은 "산불은 대기 중으로 이산화탄소, 블랙카본,  유기탄소를 방출하고 이는 기후에 영향을 미치고  북극의 영구동토층 해빙과정에도 영향을 미칠 수 있다"면서도 "아직 지구 시스템 모델에 산불에 의한 연소생성물과 대기 간의 상호작용은 완전히 포함돼 있지 않아 앞으로 더 자세히 연구가 필요하다"고 밝혔다.


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