[이미디어= 황원희 기자] 온실가스의 대기 중 배출 증가는 지구의 지속적 존재에 대한 몇 가지 심각한 세계적 위협 중 하나이며, 그 감소는 파리협정과 유엔 지속가능개발목표와 같은 국제협정의 핵심이 되고 있다. IIASA(국제 응용 시스템 분석 연구소)의 연구진은 우크라이나 리비우 폴리테크닉 대학교의 연구진들과 함께 인간의 활동으로 인한 방출로 인한 지구의 부담과 그 역학관계를 잘 이해하기 위한 새로운 접근법을 취했다.
특히 온실가스 배출의 지속적 증가와 지구 온난화의 영향과 관련한 인간의 활동과 그 역동성을 더 잘 이해하기 위해, 연구진은 이 문제에 "응력-변형률" 관점에서 접근했다. 기존의 지식을 넘어, 연구진은 모델 시스템을 특징짓는 세 가지 매개 변수, 즉 지연 시간, 메모리, 지속성을 도입했다.
메모리를 구축하는 시스템의 능력은 자연적인 메커니즘 내에서 반응하는 능력으로 이해될 수 있으며, 메모리 축적이 제한적일 경우 미래의 글로벌 시스템 장애에 대한 측정으로 이해될 수 있다. 이러한 능력은 메모리가 높은 수준의 착취에 도달하면 상당히 감소한다. 이에 대해 저자들은 지구 메모리의 약 60%가 1959년 이전에 이미 이용되었다고 지적한다.
지속성은 지구상 과정에 갇혀 시스템을 점차적으로 완화하기 어렵게 만드는 것을 말한다.이 세 가지 매개변수는 모든 것이 동일한 지구 시스템의 특징적인 유동성(점탄성) 행동에만 의존하며 그 시스템에 대한 더 깊고 새로운 통찰력을 가능하게 한다. 연구진은 대기 중 이산화탄소(CO2)의 방출을 지구 시스템의 응력 요인으로 보고 응력-변형률 단위로 지구의 상태를 조사했다. 이러한 관점은 탄소 공동체가 일반적으로 적용하는 지구 탄소량 균형 관점을 넘어선 것으로, 이는 지구가 미래에도 생명체가 살 수 있는 환경을 유지할 것인지를 평가하는 데 있어 기준으로 널리 언급된다.
연구자들은 1959~2015년 화석연료 연소와 토지 이용으로 인한 이산화탄소 배출로 인한 응력에서 출발해 지구 관찰자의 관점에서 이 기간 동안 대기 중 CO2 농도가 다소 빠르게 증가했음을 확인했다. 동시에 1990년 이후 대류권에서는 대기가 약 15~20m씩 따뜻해지고 팽창하는 것으로 보고되었으며, 탄소의 일부는 육지와 해양에서 격리되어 있었다. 소위 탄소 흡수원으로 불리는 대기의 팽창과 탄소의 흡수는 대기-육지-해양 탄소계의 전반적인 변형 반응이라고 한다.
저자들에 따르면 속도가 느린 과정(흡수원에 의한 탄소 흡수)이 속도가 빠른 과정(대기 팽창)에 비해 얼마나 가역적이고 발산적인지 명확하지 않다. 그러나 알려진 것은 전자의 과정이 후자의 영향을 기억하고 있다는 것이다. 이것은 연구원들이 세 가지 질문을 하게 만들었다. 즉, 이 지구 메모리라는 세계적인 규모의 기억이 정량화된 수치로 나타낼 수 있는가. 고갈 정도가 어느 정도인가. 또한 지구의 메모리는 그 지속성을 정량화할 수 있게 하고, 그 두 가지가 서로 독립적이지 않다고 추측할 수 있을까 등이 그것이다.
이러한 질문에 답하기 위해, 저자들은 인간 활동으로 인한 응력이 전혀 없다고 가정하고, "메모리"를 1850년까지 거슬러 올라가게 한다. 그들은 1850년 이후 대기, 육지, 해양 시스템이 지속성의 측면에서 점진적으로 갇혔으며(즉, 시스템을 완화시키는 것은 점차 어려워질 것이다), 기억을 쌓는 능력은 감소했다는 것을 발견했다. 메모리 활용과 맞물려, 지속성이 지향하는 한계값이 1850년 이후 약 2~3배 증가했으며, 이전처럼 전세계적으로 CO2 배출량 방출이 지속되면 추가로 증가할 것으로 예상된다는 연구결과가 나왔다.
대기, 육지, 해양 탄소 체계는 널리 알려진 것보다 훨씬 더 취약하다. 이번 연구의 응력-변형률 통찰을 바탕으로, 현재 배출 추세가 즉각적이고 지속가능하게 반전되지 않는다면 2050년 이전에 대기, 육상, 해양 탄소 체계가 자연 체제 외로 밀려날 수 있다고 예상한다.
저자들은 그들의 연구의 초점이 대기, 육상 및 해양 탄소 시스템에 있지만, 응력-변형률 접근법은 질량 균형 기반 탄소 주기 모델의 일부로 간주되어서는 안 된다고 언급했다. 대신, 그것은 현재 응력-변형률 모델을 이용할 수 없는 복잡한 3차원 기후 및 지구 변화 모델을 보호하는 데 큰 이점은 감소되었지만 여전히 통찰력 있는 모델군에 속하는 자체 모델로 보아야 한다.
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