2만 년 전 빙하기의 실제 기온을 밝혀내다
미국 애리조나 대학교가 주도한 연구팀이 약 2만 년 전 '마지막 빙기 최성기(LGM)'의 지구 평균 기온이 화씨 46도(약 섭씨 8도) 수준이었으며, 이는 현재보다 화씨 11도(약 섭씨 6도) 낮은 값이라는 사실을 밝혀냈습니다.
이번 연구 결과는 대표적인 온실가스인 대기 중 이산화탄소 농도 상승과 지구 평균 기온 사이의 관계를 기후 과학자들이 더 깊이 이해하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.
빙하기, 얼마나 추웠나?
마지막 빙기 최성기(LGM)는 거대한 빙하가 북아메리카·유럽·남아메리카의 절반가량과 아시아의 여러 지역을 뒤덮었고, 추위에 적응한 동식물이 번성했던 빙하기입니다.
"이 시기는 오랫동안 연구되어 왔기 때문에 관련 데이터가 매우 풍부합니다. 하지만 과학계가 오랫동안 답하고 싶어 했던 질문은 단순했습니다. 바로 '빙하기는 얼마나 추웠는가?'라는 것입니다."라고 애리조나 대학교 지구과학과 제시카 티어니 부교수는 말했습니다.
국제 학술지 네이처(Nature)에 게재된 이번 연구의 제1저자인 티어니 교수에 따르면, 빙하기의 지구 평균 기온은 현재보다 섭씨 6도(화씨 11도) 낮았습니다. 참고로 20세기의 지구 평균 기온은 섭씨 14도(화씨 57도)입니다. 티어니 교수는 "큰 차이가 아닌 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 엄청난 변화"라고 강조했습니다.
연구팀은 또한 지역별로 온도 차이가 얼마나 달랐는지 보여주는 지도도 함께 작성했습니다.
"북아메리카와 유럽의 최북단 지역은 얼음으로 덮여 극도로 추웠고, 심지어 애리조나에서도 한파가 몰아쳤습니다. 하지만 가장 크게 냉각된 곳은 북극 같은 고위도 지역으로, 현재보다 약 화씨 25도(섭씨 14도) 더 추웠습니다."라고 티어니 교수는 설명했습니다.
극지방은 기후 변화에 더 민감
이번 연구 결과는 지구 극지방이 온도 변화에 반응하는 방식에 대한 기존의 과학적 이해와 정확히 일치합니다.
"기후 모델은 고위도 지역이 저위도보다 빠르게 따뜻해질 것이라고 예측합니다. 미래 전망을 살펴보면 북극이 매우 더워지는데, 이른바 '극지 증폭' 현상입니다. 마찬가지로 마지막 빙기 최성기에는 그 반대 패턴, 즉 고위도가 더 크게 냉각되는 경향이 나타났습니다. 고위도는 기후 변화에 더 민감하며, 앞으로도 그럴 것입니다."라고 티어니 교수는 말했습니다.
빙하기 기온이 중요한 이유
빙하기의 기온을 아는 것이 중요한 이유는, 이를 통해 '기후 민감도', 즉 대기 중 탄소 농도 변화에 대해 지구 기온이 얼마나 반응하는지를 계산할 수 있기 때문입니다.
티어니 교수와 연구팀은 대기 중 탄소가 두 배가 될 때마다 지구 기온이 섭씨 3.4도(화씨 6.1도) 상승할 것으로 추정했으며, 이는 최신 세대 기후 모델이 예측한 범위(섭씨 1.8~5.6도)의 중간값에 해당합니다.
빙하기 당시 대기 중 이산화탄소 농도는 약 180ppm으로 매우 낮은 수준이었습니다. 산업혁명 이전에는 약 280ppm까지 올라갔고, 오늘날에는 415ppm에 도달했습니다.
"파리 기후협정은 산업화 이전 수준보다 지구 온난화를 섭씨 1.5도(화씨 2.7도) 이내로 유지하는 것을 목표로 했지만, 이산화탄소 농도가 현재와 같은 속도로 상승한다면 섭씨 2도(화씨 3.6도) 이상의 상승을 피하기가 극히 어려울 것입니다. 이미 약 섭씨 1.1도(화씨 2도) 상승했습니다. 하지만 덜 더워지는 것이 좋습니다. 지구 시스템은 실제로 이산화탄소 변화에 반응하기 때문입니다."라고 티어니 교수는 말했습니다.
플랑크톤 화석과 데이터 동화 기법의 결합
빙하기에는 온도계가 없었기 때문에, 티어니 교수와 연구팀은 해양 플랑크톤 화석에서 수집한 데이터를 해수면 온도로 환산하는 모델을 개발했습니다. 이후 일기예보에 활용되는 '데이터 동화(data assimilation)'라는 기법을 사용해 이 화석 데이터를 LGM의 기후 모델 시뮬레이션과 결합했습니다.
"기상청에서는 온도, 기압, 습도 등을 측정하고, 이 측정값으로 예보 모델을 갱신해 날씨를 예측합니다. 우리 역시 콜로라도주 볼더에 위치한 미국 대기연구센터(NCAR)의 기후 모델로 LGM 모델을 만든 뒤, 실제 데이터로 이 모델을 업데이트하여 당시 기후가 어땠을지 예측했습니다."라고 티어니 교수는 설명했습니다.
과거의 온난기를 재현해 미래 기후 예측까지
연구팀은 앞으로 동일한 기법을 활용해 지구 과거의 온난기를 재현할 계획입니다.
"과거의 따뜻한 기후를 재구성할 수 있다면, 지구가 실제로 높은 수준의 이산화탄소에 어떻게 반응하는지에 대한 중요한 질문에 답할 수 있게 되고, 미래 기후 변화에 대한 이해를 한층 높일 수 있을 것입니다."라고 티어니 교수는 덧붙였습니다.
