남극 운석과 지구온난화, 매년 약 5,000개가 회수 불가능해질 것으로 추정

환경 연구 동향 | 앨지닥터

벨기에 브뤼셀자유대학교(ULB)와 스위스 취리히연방공과대학교(ETH Zürich) 등이 참여한 국제 공동연구팀은 기후 온난화가 남극 빙상 표면의 미회수 운석을 얼마나 회수 불가능하게 만드는지 분석해 Nature Climate Change에 발표했습니다. 연구진은 위성 관측으로 만든 운석 분포 분류모형에 지역기후모형의 미래 표면온도를 적용했습니다. 모형은 현재 약 5,000개의 운석이 해마다 표면에서 사라지며, 2050년에는 2020년 운석의 약 24%가 손실될 것으로 추정했습니다. 고배출 시나리오에서는 2100년 손실률이 76%까지 커졌습니다.

블루아이스에 모였다가 얼음 아래로 잠기는 운석

운석은 우주에서 날아온 물질 가운데 대기를 통과한 뒤 지표에 남은 암석입니다. 남극에 수만 년간 쌓인 눈이 무게에 짓눌려 공기 방울 없는 단단한 지하 얼음이 되고, 이 얼음이 바다로 흘러가다 지하 산맥에 부딪혀 위쪽으로 솟구쳐 오르면, 그 위로 초강력 바람이 불어 하얀 눈을 날려버리고 표면을 깎아내면서 깊은 곳의 푸른 얼음판이 드러나게 됩니다. 이때 한 곳에 모인 운석이 표면에 드러날 수 있습니다. NASA가 정리한 선행 연구에서도 운석 발견 가능성은 블루아이스의 위치뿐 아니라 얼음의 이동 속도와 표면온도에 함께 좌우됐습니다. [배경 1]

표면에 드러난 운석은 주변 얼음보다 색이 어두워 햇빛을 더 많이 흡수합니다. 데워진 운석이 바로 아래 얼음을 국지적으로 녹이면 작은 물주머니와 움푹 팬 자리가 생기고, 녹은 물이 다시 얼어붙는 동안 운석은 점차 표면 아래로 내려갑니다. 얕게만 잠겨도 눈으로 찾기 어려워져 회수 대상에서 사실상 사라집니다. [배경 2]

위성 관측과 기후모형을 결합한 미래 손실 추정

연구진은 빙하 이동 속도, 표면온도, 레이더 반사도, 지표 경사를 입력한 기계학습 분류기로 운석이 있을 가능성이 큰 450m 격자를 찾았습니다. 온도 입력에는 2001~2020년 8일 평균 표면온도 분포의 99번째 백분위수, 즉 19년 동안의 매우 높은 온도 수준을 사용했습니다.

이어 35km 해상도의 남극 지역기후모형(MAR)을 저배출 시나리오 SSP1-2.6과 고배출 시나리오 SSP5-8.5로 구동했습니다. 2020~2100년 각 해에 대해 직전 19년의 높은 표면온도 변화를 구해 관측값에 더한 뒤, 미래의 운석 가능 격자 수를 다시 계산했습니다. 분류기의 정밀도와 민감도, 학습자료에서 양성 격자 하나당 발견된 운석 5개를 이용해 운석 수의 하한과 상한을 산출하고 이미 회수된 운석은 제외했습니다.

현재 손실 속도와 2050년까지의 시나리오 공통 전망

모형은 현재 온난화 조건에서 남극 운석이 해마다 약 5,000개씩 회수 불가능해지는 것으로 추정했습니다. 과거 현장조사에서 발견한 운석은 연평균 약 1,000개였으므로, 추정 손실 속도가 발견 속도보다 약 다섯 배 빠른 셈입니다. 남극 표면에는 2020년 기준 약 30만~85만 개의 미회수 운석이 남아 있는 것으로 추정되기 때문에, 이러한 손실이 2050년까지 누적되면 전체의 약 24%가 사라지는 셈입니다. 두 배출 시나리오의 차이는 2050년까지는 크지 않았습니다. 보충자료에서 두 시나리오의 차이가 발생하는 시점은 2052년이었습니다.

연도 대신 지구 평균기온 상승폭과 직접 비교하면, 산업화 이전보다 기온이 0.1°C 더 오를 때마다 표면 운석 5,100~12,200개가 손실되는 것으로 계산됐습니다. 이는 2020년 표면 운석의 약 1~2%에 해당합니다. 범위는 기계학습 분류기의 정밀도와 민감도에 따른 불확실성을 반영합니다.

온난화 수준에 따라 커지는 회수 불가능 비율

온난화를 산업화 이전보다 1.5~2.0°C로 제한하는 조건에서도 2020년 표면 운석의 9~20%가 회수 불가능해지는 것으로 모의됐습니다. 고배출 시나리오 SSP5-8.5에서는 2100년 손실률이 76%에 이르렀고, 운석 밀집지대는 150곳, 면적은 3,180km²만 남았습니다. 이는 2020년보다 지대 수가 76%, 면적이 78% 줄어든 값입니다.

지역과 고도에 따라 달라지는 운석 손실

손실은 남극 전역에 고르게 나타나지 않았습니다. 모형은 일부 기존 고밀도 채집지에서 2050년 이전에 전체 운석의 최대 50%가 표면에서 사라질 수 있다고 추정했습니다. 아직 충분히 탐사되지 않은 동남극 엔더비랜드에서도 2054년 이전에 50%가 손실되는 것으로 계산됐습니다.

현재 운석이 가장 많이 모여 있는 해발 1,800~2,000m 구간에서는 SSP5-8.5 아래 2100년까지 회수 가능한 운석 수가 88% 감소하는 것으로 모의됐습니다. 반대로 해발 2,500m보다 높은 곳에서만 손실률이 50% 아래였습니다. 같은 시나리오에서도 앨런힐스 밀집지대는 남았지만 엘리펀트모레인과 레클링모레인은 2100년 전에 사라지는 것으로 추정돼, 고도뿐 아니라 지역 조건도 함께 작용했습니다.

회수 가속의 필요성과 보수적인 손실 추정

연구진은 운석이 수천 년에 걸쳐 모이지만 표면에서는 몇 년 안에 사라질 수 있다는 시간 차이에 주목했습니다. 저자들은 앞으로 10~15년 동안 더 큰 조사팀이 이미 알려진 지대를 다시 찾고 미탐사지에 접근하는 국제 공동 회수를 제안했습니다. 무인항공기와 고해상도 모형은 탐색 범위를 넓힐 수 있지만, 남극의 극한 환경에서 견고하고 확장 가능한 탐지법을 만드는 일은 여전히 어렵다고 설명했습니다. 장기적으로 미회수 운석 대부분을 보존하려면 온실가스 배출을 빠르게 줄여야 한다고 결론내렸습니다.

논문과 보충자료는 이번 손실 추정이 오히려 보수적일 수 있다고 밝혔습니다. 기후모형은 따뜻한 기후에서 늘어날 것으로 예상되는 고온 사건을 직접 반영하지 못했고, 블루아이스가 눈에 덮이거나 노출 면적이 달라지는 변화도 계산에 포함하지 않았습니다. 또한 분류기는 운석 발견 시점과 온도 관측기간의 차이를 구분하는 시간 변수를 사용하지 않았습니다. 블루아이스의 반사율을 미래에도 고정해 표면 가열을 더 키울 수 있는 반사율 되먹임도 제외했으므로, 실제 온도 증가와 운석 손실은 모형값보다 클 가능성이 있다고 저자들은 설명했습니다.