태양의 주(Sunny State)라고 불리는 미국 플로리다의 오렌지 밭이 얼어붙고, 일광욕의 천국인 마이애미도 영하권에 근접했다. 중국 베이징의 수은주는 40년 만의 최저인 영하 16℃까지 내려갔고, 노르웨이는 영하 40℃를 기록했다.
이처럼 엄청난 한파로 인해 지구가 재차 미니 빙하기에 들어서는 것 아니냐는 분석이 제기되고 있다. 원인으로는 북극진동 약화, 열 염분 순환 이상, 북대서양 진동 약화 등이 거론되고 있다.
하지만 분명한 것은 지구의 기후가 끊임없이 변한다는 것이다. 또한 아무리 첨단 과학기술을 이용한다고 하더라도 지금 당장 지구의 기후가 어떻게 변하고 있는지 알아내는 것은 불가능에 가깝다는 것이다.
최근 지구의 날씨가 심상치 않다. 2009년 말~2010년 초 사이 북반구에는 기록적인 한파와 폭설이 찾아왔다. 지난달 20일 현재 유럽에서만 190명 이상이 죽고, 교통과 전기가 끊기는 등 피해가 속출했다. 북유럽에서는 지난 1981~1982년 사이의 겨울 이후 가장 추운 날씨를 보였다. 실제 노르웨이는 영하 40℃를 기록했다.
북미 역시 상황은 마찬가지. 플로리다의 기온이 영하 10℃까지 떨어져 이곳의 오렌지밭이 얼어붙었다. 플로리다는 1월에도 평균 기온이 영상 5~25℃를 기록하는 곳이다.
중국에서는 한파로 160만명 이상의 이재민이 발생했으며, 수만 마리의 가축이 동사했다. 우리나라 역시 지난해 크리스마스를 즈음 해서 3~4주 동안 기온이 영하 10℃ 이하를 맴돌고, 올 들어 지난 1월 4일에는 서울에 기상관측 이래 최고인 25.8cm의 눈이 왔다.
얼마 전까지만 해도 인류는 지구온난화에 따른 폐해를 걱정했다. 하지만 지금은 기록적인 한파와 폭설을 걱정하고 있다. 앞으로는 지구온난화 대신 한파 및 폭설과 싸워야 하는 것일까. 일부에서는 최근의 논란을 '호들갑'이라고 평가 절하하기도 한다.
사실 지구는 언제나 따뜻했던 것이 아니다. 믿기 어렵겠지만 45억년의 지구 역사에서 꽁꽁 얼어붙었던 기간이 더 많았다. 그리고 지난 250만년 동안만 하더라도 17차례의 크고 작은 빙하기가 있었다.
지구의 기후는 끊임없이 변한다. 과거에도 그랬고 앞으로도 그럴 가능성이 크다. 이 때문에 특정 지역의 기상자료만 갖고 전지구적 기후변화를 정확하게 진단할 수는 없다는 지적도 나온다.
북극진동 약화와 엘니뇨가 원인
최근의 한파와 폭설 원인에 대해서는 여러 가지 가설이 제기되고 있다. 이 가운데 비교적 널리 수용되고 있는 것은 북극진동의 약화, 그리고 엘니뇨의 작용이다. 북극진동의 약화는 제트기류에 변화를 가져와 한파를 초래하고, 이에 엘니뇨가 맞물려 폭설이 내렸다는 것.
제트기류는 고도 11Km의 대기권 서쪽에서 동쪽으로 빠르게 흐르는 기류. 북극과 북반구 북위도 지역에서처럼 인접한 공기의 온도 차이가 큰 지역의 경계에 형성된다.
그런데 제트기류의 축에서는 편서풍 파동이 발달, 차가운 극지방의 공기와 따뜻한 열대지방의 공기를 분리해 주는 역할을 한다. 모양은 사인 곡선의 형태를 띠는데, 극지방의 한기가 북위도 지역이나 중위도 지역으로 내려가지 못하도록 하는 일종의 둑과 같은 역할을 한다.
적도지방과 극지방은 서로 받아들이는 태양 복사에너지의 양이 다르다. 이 때문에 열은 일반적으로 적도지방에서 극지방으로 흐르게 되고, 이때의 열 흐름은 공기의 흐름에 수반돼 일어난다. 즉 적도지방의 공기는 열을 극지방으로 수송하고, 극지방의 공기는 열대 지방에서 온 공기로부터 열을 받아들여 다시 적도지방으로 이동하게 되는 것.
이처럼 대조적인 두 공기의 흐름이 만나는 곳에서 편서풍 파동이 형성되면 온난기단과 한랭기단이 서로 분리돼 각각 저기압권과 고기압권을 형성하게 된다. 이들은 북위도와 중위도 지역의 기후를 조절하는 매우 중요한 요인으로 작용한다.
그런데 어떤 이유로 편서풍 파동의 사인 곡선 진폭이 커지면, 즉 둑이 무너지면 극지방의 한랭기류가 하강해 예년에는 그리 춥지 않았던 지역에 한파를 몰고 오게 된다.
과학자들은 이 같은 원인을 북극진동의 약화에서 찾고 있다. 북극진동이란 북극권과 북반구 북위도의 기압 차이를 말한다. 북위도의 기압이 평년보다 높고, 북극권의 기압이 평년보다 낮으면 북극진동지수는 양(+)으로 표시된다. 그리고 그 반대의 경우, 즉 북극권의 기압이 비교적 높은 경우 북극진동지수는 음(-)으로 표시된다.
지난해 12월 북극진동지수는 1950년대 이후 최저치인 -3.41이었다. 학계에서는 이것을 이상 한파의 원인으로 보고 있다. 공기는 고기압에서 저기압으로 움직이기 때문에 북극진동이 약화되면서 북극권의 찬 공기가 북위도는 물론 중위도 지역으로 내려오게 됐다는 것.
엘니뇨는 한파에 더해 폭설 피해를 증폭시키는 역할을 했다는 게 과학자들의 분석이다. 스페인어로 '남자아이' 또는 '아기예수'를 의미하는 엘니뇨는 남아메리카 페루 및 에콰도르 서부에 있는 해상의 수온이 평년보다 높아지는 현상이다.
페루 연안에서는 심층으로부터 해수가 용승을 한다. 용승이란 비교적 찬 해수가 아래에서 위로 표층을 제치고 올라오는 현상을 말한다. 그리고 이 바닷물은 페루 연안에 부는 남동무역풍을 따라 호주 연안으로 이동하게 된다.
그런데 알 수 없는 원인에 의해 해수의 용승이 줄어들게 되면 대신 태평양 적도의 더운 바닷물이 밀려온다. 이로 인해 따뜻하고 습기가 많은 공기가 생성되고, 이 공기가 위로 올라오면서 북위도와 중위도 지역에 내려온 한랭 기단과 충돌, 폭설을 내리게 한다는 것이다.
인간생활에 영향 미친 미니 빙하기
학계 일각에서는 최근의 한파를 계기로 미니 빙하기의 도래를 거론하고 있다. 앞으로는 지구온난화 속도가 늦춰질 것이며, 대신 미니 빙하기에 진입할 것이라는 얘기다.
미니 빙하기란 지난 1939년 프랑수아 E.마테가 도입한 개념으로 진짜 빙하기만큼 춥지는 않지만 중세의 온난기 이후 기온이 급격히 낮아져 빙하의 양이 증가했던 시기를 말한다. 중세의 온난기는 10세기부터 14세기까지 평균에 비해 기온이 높았던 시기를 말하며, 미니 빙하기는 16세기부터 19세기까지 기온이 현저히 낮았던 시기를 지칭하는 것이다.
여러 가지 설이 있지만 일반적으로 미니 빙하기 중에서도 1650년, 1770년, 그리고 1850년 등 적어도 세 번에 걸쳐 빙하의 신장이 최대에 달했다는 게 통설이다.
또한 1만2,000년 전 끝난 마지막 빙하기 이후 북대서양에 축적된 퇴적물의 상태를 관찰하면 기후변화와 관련해 의미 있는 사실을 알 수 있다. 북극의 빙산이 바다로 나와 녹으면서 발생한 굵은 퇴적물이 일정한 간격으로 늘어난 것. 이를 감안하면 1만2,000년 전부터 현재까지 약 1,500년 주기로 미니 빙하기와 유사한 한랭기가 여러 차례 있었던 것으로 판단된다.
미니 빙하기의 평균 기온은 중세의 온난기에 비해 섭씨 1~2℃ 낮았던 것으로 판단되지만 이는 지구 전체의 기후에 있어 무시할 수 없는 큰 변화였다. 북반구에서는 유럽의 일부와 북미에 지금보다 훨씬 추운 겨울이 찾아왔다.
17세기 중반에는 스위스 알프스의 마을과 농장이 빙하에 의해 침식됐으며, 영국과 네덜란드의 운하 및 강은 스케이트를 탈 수 있을 만큼 꽁꽁 얼어붙었다.
특히 1607년에는 겨울에 처음으로 얼어붙은 영국의 템즈강 위에서 축제가 벌어졌는데, 이 축제는 1814년 겨울까지 계속됐다. 또한 이 시기에 발트해, 뉴욕항 등이 얼어붙은 기록이 있으며, 아이슬란드 인근의 해빙이 늘어나 선박의 정박이 불가능하기도 했다.
이 같은 한파는 인간생활에 큰 영향을 미쳤다. 평균보다 낮은 기온으로 농사가 흉작이었던 아이슬란드와 그린란드에서는 인구가 줄어들 정도였다. 당시의 조선에서도 1670~1671년 사이에 대기근이 발생해 100만 명이 굶어 죽었다고 한다. 이렇게 세계를 뒤흔든 미니 빙하기는 19세기 중반이 돼서야 끝나게 된다.
미니 빙하기 도래의 다양한 원인
중세의 온난기 이후 도래한 미니 빙하기의 원인으로는 다양한 변수가 지목된다. 그 가운데 첫 번째는 태양 활동의 변화. 미니 빙하기에 해당하는 1645~1715년 사이에 마운더 극소기라는 시기가 있었다.
이 시기에서는 태양의 흑점이 발견되지 않았는데, 이를 발견한 마운더의 이름을 붙여 이 같은 명칭이 생겨나게 됐다. 또한 1460년부터 1550년 사이의 기간에도 스푀러 극소기라는 시기가 있었다.
이처럼 흑점이 발견되지 않거나 줄어드는 것은 태양 활동이 그만큼 적어진다는 증거다. 메커니즘이 확실하게 규명되지는 않았지만 태양 활동이 줄어들면 지구 대기에도 영향을 미쳐 대기가 냉각되고 수축되는 현상이 나타난다.
미니 빙하기 도래의 원인을 화산활동에서 찾기도 한다. 미니 빙하기 기간에는 지구의 화산활동 수위가 비교적 높았다. 화산은 폭발할 때 다량의 화산재를 대기 중에 흩뿌리는데, 이 화산재는 태양의 복사에너지를 차단해 지구의 기온을 냉각시킨다. 화산은 또한 대기 중에 아황산가스도 뿜어내는데, 아황산가스가 성층권에 도달하면 황산입자로 변하면서 태양열을 반사해 지표에 닿는 태양의 복사에너지를 차단한다.
대표적인 사례가 지난 1815년 발생한 인도네시아의 탐보라 화산폭발이다. 전 세계의 대기권에 화산재를 뿜어낸 이 화산의 폭발로 1816년 한해는 여름이 사라졌다고 해도 좋을 만큼 추운 해가 됐다. 그리고 미국의 뉴잉글랜드와 북유럽에서는 6월과 7월에도 눈이 내렸다.
미니 빙하기 도래의 또 다른 원인으로는 열 염분 순환의 이상이 지목되기도 한다. 열 염분 순환이란 해수의 온도와 염분에 의한 밀도 차이에 의해 발생하는 바닷물의 흐름을 말하는데, 적도지방의 열에너지를 극지방으로 전달함과 동시에 바닷물을 통한 물질교환에도 중요한 역할을 한다.
열 염분 순환 메커니즘은 다소 복잡하지만 물은 밀도에 따라 가라앉기도 하고 떠오르기도 한다는 점을 상기하면 이해하기 쉽다. 즉 차갑고 염분이 많아 밀도가 높은 바닷물은 아래로 가라앉는 반면 따뜻하고 염분이 적어 밀도가 낮은 바닷물은 위로 떠오르는 것이다. 이처럼 온도와 염분에 의한 밀도 차이에 의해 발생하는 바닷물의 큰 흐름을 열 염분 해류라고 하며, 이 해류의 흐름은 지구의 거대한 열 교환기 구실을 한다.
이 흐름의 시작인 북대서양 심층수는 차갑고 염분이 많아 밀도 역시 높다. 이 바닷물은 세계 여러 바다를 흐르다가 중부 태평양과 인도양 등 더운 바다에서 따뜻하고 염분이 적어지는 등 밀도가 낮아져 표층으로 떠오른다.
그리고 이 바닷물이 재차 북대서양으로 돌아가면서 밀도가 높아져 심층으로 가라앉는 것이다. 이 같은 과정을 통해 적도지방에 남아도는 열에너지를 극지방으로 분산함으로써 에너지의 균형을 찾게 된다.
중세 온난기 이후 나타난 미니 빙하기는 바로 이 같은 열 염분 순환의 이상 때문이라는 분석이 많다. 즉 미니 빙하기 이전의 중세 온난기에 북극의 빙하가 녹으면서 전반적으로 북대서양 바닷물의 온도가 높아지고 염분은 적어졌다. 그리고 이는 바닷물의 밀도가 낮아지는 원인으로 작용하면서 북대서양 심층수의 생성을 어렵게 한 것.
북대서양 심층수가 생성되지 않으면 열 염분 순환이 이루어지지 않고, 이에 따라 적도 지방의 열에너지가 극지방에 들어오지 못한다. 이는 유럽 등 북반구에 미니 빙하기가 초래되는 원인이 된다. 이 같은 열 염분 순환의 이상으로 인한 미니 빙하기의 도래는 영화 '투모로우'의 모티브가 되기도 했다.
북대서양 진동 약화도 한 원인
열 염분 순환 이상 가설의 대표주자는 영국 국립해양학연구소의 해리 브리든 박사. 그는 지난 2005년 11월 지구온난화 속도는 늦춰질 것이며, 곧 미니 빙하기가 다시 찾아올지 모른다는 내용의 논문을 발표했다.
브리든 박사 연구팀은 당시 대서양 해류를 관찰한 결과 따뜻한 멕시코 만류의 양이 지난 50년간 30% 감소했다는 점을 발견했다. 북대 서양으로 들어가 유럽의 기온을 5~10℃ 정도 높여주는 바람을 생성하는 이 만류의 양이 줄어들면 그만큼 유럽의 기온은 떨어진다는 것을 의미한다. 브리든 박사의 예측은 이 같은 관찰 결과에 근거를 둔 것이다.
미니 빙하기가 다시 찾아올지 모른다고 경고한 사람은 브리든 박사뿐만이 아니다. 독일 키엘 대학 라이프니츠연구소의 모지브 라티프 교수와 미국 위스콘신 대학의 아나스타시 오초니스 교수 역시 북반구 북위도에 미니 빙하기가 몰려올지 모른다고 주장했다.
이들이 주장하는 새로운 미니 빙하기의 원인은 북대서양 진동의 약화다. 북대서양 진동이란 북극진동의 일부로 아이슬란드 저기압과 포르투갈령 아조레스 제도 고기압 간의 해면기압 차이를 말한다. 이 변화에 따라 북대서양을 가로지르는 서풍의 강도 및 방향이 바뀌게 되며, 이는 유럽의 기후에 큰 영향을 미친다. 특히 11월부터 다음해 4월까지 큰 영향을 준다.
북대서양 진동으로 인해 생긴 서풍은 유럽에 습도 높은 공기를 전달해준다. 이 같은 서풍이 강해지면 유럽의 여름은 서늘해지고, 겨울은 비교적 포근해지며, 비도 많이 오게 된다.
또한 아이슬란드의 저기압은 차가운 북극 공기가 남하하는 것을 막아줌으로써 캐나다 남부와 미국의 겨울 날씨도 따뜻해진다. 하지만 북대서양 진동의 약화로 서풍이 약해지면 유럽의 여름은 뜨거워지고, 겨울은 추워지며, 비도 잘 오지 않게 된다.
라티프 교수는 지난해 9월 "그동안 지구온난화가 꾸준히 진행돼 왔지만 앞으로는 북대서양 진동이 약화됨으로써 겨울에 한파가 몰아닥칠 것"이라고 예견했다. 그의 예측은 3개월이 지나 그대로 들어맞았다. 그는 앞으로 이 같은 자연적 한랭화가 인위적인 지구온난화를 압도할 것이며, 20~30년간 지구 한랭화가 진행될 수 있다고 내다보았다.
지구온난화가 추운 겨울 유도(?)
하지만 대다수 과학자들은 이들의 주장에 일정 부분 수긍은 하면서도 결코 지구온난화가 중단되는 대신 미니 빙하기가 찾아올 것이라고는 생각하지 않는다. 열 염분 순환 이상이나 북대서양 진동 약화 등의 사례는 오히려 지구온난화로 인한 에너지 순환 기능의 고장 사례로 볼 수 있다는 것이다.
특히 과거의 자료를 볼 때 열 염분 순환에 이상이 발생하더라도 지구 전체의 기온이 떨어지는 것은 아니라는 게 과학자들의 주장이다. 주로 기온 하강은 북반구 북위도 지역에 중점적으로 일어났으며,
더 나아가 이 같은 열 염분 순환 이상도 마지막 빙하기가 끝나던 1만2,000년 전 일시적으로 북반구 북위도 지역 일부의 기온을 하강시켰을 뿐 당시의 온난화와 해빙을 막을 수 없었다는 것이다.
다시 말해 열 염분 순환 이상과 북대서양 진동 약화로 일부 지역에 기온 강하가 나타나더라도 지구 전체의 온난화 효과가 더 크다면 유럽과 북미의 기온은 결국 상승하게 될 것이라는 게 이들의 분석이다.
이번 2009년 말~2010년 초 사이의 겨울만 놓고 보더라도 북반구 북위도와 중위도 지역은 추웠지만 북극은 이전보다 평균 기온이 10℃나 높았다. 또한 엘니뇨 현상도 일어났다. 그런 만큼 평균을 내보면 지구 기온이 갑자기 내려간 것은 아니라는 것.
게다가 오스트레일리아와 뉴질랜드 등 남반구는 지금 사상 최고로 뜨거운 여름을 보내고 있다. 또한 최근 들어 지구의 평균 기온은 계속 올라가고 있으며, 이 같은 추세가 수년 내 바뀔 것이라는 근거는 부족하다.
이를 감안하면 앞으로 미니 빙하기가 찾아올 것이라는 예측은 한 마리의 하얀 개를 보고 모든 개는 하얗다고 말하는 것만큼이나 설득력이 떨어지는 주장이라는 게 대다수 과학자들의 지적이다.
최근 나타난 북반구 북위도와 중위도 지역의 한파는 지구온난화가 진행되는 과정에서 나타난 일시적 현상일 뿐 지구온난화가 고도로 진행되면 이 같은 한파도 더 이상 찾아오지 않을 것이라는 게 과학자들의 생각이다.
물론 미래를 예측하는 것은 상당히 어려운 문제다. 그뿐 아니라 이번 한파와 폭설의 직접적 원인으로 지목받고 있는 북극진동의 약화, 엘니뇨의 발생 등에 대해서도 이렇다 할 확실한 이유를 제시하기 힘들다.
어쩌면 정말로 미니 빙하기가 도래할지도 모르고, 지구온난화가 더욱 진척될 수도 있다. 프랑스 르피가로 기자인 장 폴 크루아제의 말처럼 "애당초 이상기후란 없으며 지구의 기후는 원래 이변이 속출하는 것"이라는 주장이 옳을 수도 있다. 지구의 기후라는 거대한 에너지 흐름 앞에서 인류가 아무런 답도 내놓지 못하는 것을 보면 왠지 현대과학의 무력함이 느껴지기도 한다.
글_ 이동훈 과학칼럼니스트 enitel@hanmail.net
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