지구의 냉동고라 불리는 영구 동토층(Permafrost)의 뜻은 땅 속 깊은 곳이 0도씨 이하로 영구적으로 얼어 있는 지층을 의미합니다. 지구 표면의 약 20%를 차지한다고 알려져 있으며, 고위도의 북극, 시베리아, 알래스카 등에서 존재하고 있습니다.
영구 동토층 특징
- 상부 동토층 : 계절에 따라 녹고 얼 수 있는 상부 지층입니다. 대략적인 깊이는 수십 센티미터정도의 깊이입니다.
- 하부 동토층 : 영구적으로 얼어 있는 하부 지층이며, 수천년 이상 얼어 있는 상태를 유지하고 있습니다. 대략 수백 미터에서 수 킬로미터까지 다양하게 분포되어 있습니다.
영구 동토층의 토양 온도는 항상 0도씨 이하로 유지되며, 온도가 더 낮은 곳은 -10도 이하까지 내려갈 수 있습니다. 따라서, 다양한 형태의 얼음과 얼음층이 존재합니다. 이로 인해 영구 동토층은 많은 양의 유기물이 저장되어 있죠.
약 1,700억 톤의 유기 탄소가 저장되어 있는 것으로 추정되고 있으며, 이 정도 수준은 대기 중에 존재하는 탄소량의 두 배 이상입니다. 따라서, 영구 동토층이 녹으면 방대한 탄소가 대기 중으로 방출될 것으로 보고 있습니다.
여름철에 상부 지층(Permafrost active layer, PAL)이 녹으면서 이산화탄소보다 약 10배 이상 강력한 메탄가스가 생성되어 대기로 배출되는 현상이 발생됩니다. 최근에는 지구 온난화로 인해 지구 평균 온도가 높아지면서 북극의 영구 동토층이 빠르게 녹으면서 더 많은 양의 메탄이 대기로 방출되고 있습니다.
메탄가스는 온실효과를 극대화시킬 수 있는 기체이기 때문에 영구 동토층의 메탄가스가 판도라 상자처럼 열리게 되면 기후 과학자들은 지구 평균기온 상승을 더욱 가속화시킬 것으로 내다보고 있습니다.
유기물 탄소 전환 메커니즘
- 분해 : 해동된 유기물은 미생물에 의해 분해되는 과정에서 이산화탄소와 메탄이 만들어집니다.
- 토양 호흡 : 분해된 유기물은 토양 표면으로 이동하여 토양 호흡 과정을 통해 대기 중으로 방출되며, 이 토양 호흡은 이산화탄소 배출의 주요 원인 중 하나입니다.
결국 영구 동토층 유기물의 탄소 전환 과정은 지구의 탄소 순환에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 영구 동토층은 지구 생태계에서 충분한 역할을 하고 있는 것입니다.
영구 동토층의 역할
지구 표면 온도 조절
영구 동토층은 지구 표면 온도를 조절하는 역할을 하고 있습니다. 여름에는 태양 에너지를 흡수하하여 온도상승을 완만하게 하고, 겨울철에는 열을 방출하여 지구 표면온도 하강을 늦춰주는 역할을 하고 있습니다. 결국 급격한 지구 표면 온도 변화를 스펀지처럼 받아주는 역할을 하고있는 셈입니다.
탄소 저장고 역할
영구 동토층에는 방대한 양의 탄소가 저장되어 있습니다. 이러한 탄소는 유기물 형태로 존재하고 있으며, 만약 영구 동토층이 녹으면 이산화탄소보다 강력한 메탄으로 변환되고 그 메탄가스는 성층권으로 올라가 결국 지구 온난화를 가속화시킬 것입니다. 온실효과 기준으로 메탄가스가 이산화탄소보다 약 10배 이상 강력하다고 알려져 있습니다.
| 기준 | 메탄가스(CH4) | 이산화탄소(CO2) |
| 온실효과 | 이산화탄소보다 10배 이상 강력 | 상대적 |
| 대기 중 수명 | 약 10년 | 약 수백, 수천년 |
| 부요 배출원 | 천연가스 생산, 벼농사, 폐기물 처리 등 | 화석연료, 시멘트 생상 등 |
| 영향 기간 | 단기적 | 장기적 |
| 온난화 영향도 | 지구 온난화 가속 | 지구 온난화 지속영향, 생태계 변화 |
생태계 서식지 역할
영구 동토층은 다양한 생물의 서식지입니다. 특히 툰드라 지역의 생태계는 영구 동토층을 기반으로 형성되어 있으며, 지하수와 얼음 저장고 역할을 하고 있습니다. 특히 여름철에는 하천과 호수의 주요 수자원 역할도 하고 있죠.
영구 동토층 바이러스 연구
영구 동토층 바이러스는 수만 년 동안 영구 동토층에 얼어 있던 바이러스를 의미하며 영구 동토층이 해동되면서 다양한 바이러스들이 발견되고 있습니다. 이러한 바이러스들은 사람과 동물들에게 새로운 질병을 발생시킨다거나 현존하는 항생제에 내성이 있다거나, 새로운 면역이 필요한 개체수들에게는 생태계 변화에 위협을 줄 만큼 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서, 영구 동토층에서 발견한 바이러스들을 미리 파악하고 연구함으로써 인간과 생태계를 보호하기 위한 백신 및 치료법 개발을 할 수 있으며, 오랜 기간 묻혀있던 바이러스의 진화 과정을 규명하는 역할을 할 수 있습니다.
다만, 영구 동토층에 묻혀있는 바이러스가 밖으로 녹아 나오는 것보다 지구 온난화를 막아서 계속 묻혀 두는 것이 가장 안전한 방법일 것입니다.
영구 동토층이 녹으면 나타나는 문제점
1. 온실효과를 일으키는 메탄가스 배출
영구 동토층이 녹으면 땅속에 있던 유기물 해동 -> 메탄가스 변화 -> 대기 방출 -> 온실효과 가속 -> 영구 동토층 더 녹음 -> 더 빠르게 메탄가스 방출로 멈출 수 없는 기후변화에 직면할 가능성이 높습니다.
2. 해수면 상승
영구 동토층에 저장되어 있던 얼음이 녹으면 해수면 상승을 일조하게 됩니다. 해수면 상승은 해안 침식, 저지대 침수 등 해안가 지역에 살고 있는 사람들에게 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 안타깝게도 전 세계의 유서 깊은 큰 도시들은 해안가에 위치하고 있기 때문에 그 영향도가 강력할 수 있습니다.
3. 지표 안정성 감소
영구 동토층이 녹으면 토양 붕괴, 산사태, 인프라 피해 등 지표 안정성을 악화시켜 고위도에 거주하며, 살고 있는 사람들에게 큰 피해를 줄 수 있습니다.
4. 바이러스의 위험성
영구 동토층이 녹으면 얼어 있던 바이러스들 해동되면서 인간과 동물들에게 새로운 위협을 줄 수 있다고 우려하고 있습니다. 과학자들은 현재까지 알려지지 않은 새로운 바이러스뿐만 아니라 멸종된 것으로 알려졌던 바이러스까지도 영구 동토층에서 발견되고 있다고 알리고 있습니다.
영구 동토층 해빙 해결방안
화석연료를 기반으로 산업 혁명을 일으킨 후 약 200여 년간 인간은 이산화탄소를 비롯한 온실가스를 무분별하게 폭발적으로 배출하였습니다. 대기 중으로 배출된 이산화탄소 농도는 지구 역사상 가장 높은 수준이며, 높아지는 속도도 가장 빠른 속도입니다. 자연계에서는 몇십 만 년 혹은 몇백만 년 동안에 일어나는 일이 인간에 의해 약 200년 만에 나타났습니다. 그 결과 영구 동토층이 완전히 녹는 시점을 예상할 수 있을 만큼 온실가스 배출 농도와 해빙 면적은 비례하고 있습니다.
현재 과학자들은 영구 동토층이 녹는 것을 완벽하게 복원할 수 없다는 것을 정설로 받아들이고 있습니다. 하지만 영구 동토층의 해빙 속도를 늦추고, 완전히 녹지 않게 할 수 있는 현실적인 해결방안은 세계 각국이 제시하고 있는 탄소중립 목표를 최대한 빨리 달성하는 것이 가장 합리적이고 현실적인 해결방안입니다.
이외에 개인들의 에너지 절약, 친환경 제품 사용, 소비 습관 변화, 환경 보호 활동 참여 등 다양한 방안들이 있으나 가장 근본적인 방법은 탄소 배출을 줄이거나 배출 자체를 제로화하는 모든 활동이 영구 동토층이 녹는 속도를 최대한 늦출 수 있는 가장 좋은 해결방안일 것입니다.