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최근 지구 온난화로 인해, 지구 곳곳에서 경고를 알리는 ‘빨간불’이 켜졌다. 사람들의 이기심 때문에 지구의 평균기온은 서서히 오르고 있고, 극지방의 얼음은 하루가 다르게 녹아내리고 있다. 무엇보다 가장 큰 문제는 북극의 북극곰과 남극의 펭귄 같은 극지방에서 살아가는 동물들의 목숨까지 위협당하고 있다는 사실이다. 그런데 이런 위협은 동물을 넘어 인간에게까지 영향을 미치고 있다. 여러 해에 걸쳐 수집한 자료를 이용해, 그 변화를 함께 살펴보자.

미래 기후, 어떻게 변할까?

지구 온난화는 단지 평균 기온뿐만 아니라 ‘기후’를 완전히 바꾸어 놓는다. 그래서 지구 곳곳에서 이상 고온현상이 나타나거나, 홍수나 가뭄과 같은 원인 모를 자연 재해가 빈번하게 일어난다.

과학자들은 수년 전부터 이러한 현상을 분석하기 위해 바다에 선박, 땅 위에 탐사기지, 우주에 인공위성을 띄우는 등 과학기술을 총 동원하고 있다. 그리고 이렇게 모은 자료를 바탕으로 수학자들은 미래를 예측하는 수학 알고리즘을 세웠다. 그 결과 앞으로 100년 동안 평균 기온이 지금보다 6℃ 정도 더 오를 것이라는 사실을 알아 냈다.

하루 사이라도 기온이 6℃씩 오르내리면 사람들은 불편을 겪는다. 그렇다면 지구의 평균 기온이 6℃씩 변하면 어떤 일이 일어날까?

지구의 평균 기온이 1℃ 오르면 북극의 얼음은 반년 만에 모두 녹아내리고, 3℃ 오르면 여름 내내 북극에서 얼음을 볼 수 없게 된다. 더 나아가 기온이 6℃ 오르면 북극 뿐만 아니라 우리도 평범한 삶을 살 수 없을지 모른다는 경고도 나온다.

현재 지구의 평균 기온은 20세기 지구의 평균 기온과 비교해 약 0.7℃ 상승했다.

2016년, 북극의 모든 얼음이 사라진다고?!

기온 변화로 인해 극지방의 얼음은 얼마나 줄어들었을까? 실제로 북극에서는 연간 약 7만km2의 얼음이 사라라지고 있다. 더욱 심각한 문제는 얼음이 크기뿐만 아니라 두께도 눈에 띄게 얇아졌다는 점이다. 이에 과학자들은 녹아내리는 얼음의 속도를 예측하기 위해 방정식을 세웠다.

미국의 캠브리지대 해양물리학과 피터 와드햄스 교수는 북극의 얼음이 녹는 데 가장 큰 영향을 주는 요인을 ‘온도’라고 가정하고, 프랑스의 수학자 푸리에가 만든 ‘푸리에 법칙’을 이용해 방정식을 완성했다.

우선 북극의 얼음이 바다 위에 떠 있는 형태를 본떠, 왼쪽 그림과 같이 물과 얼음, 공기를 지름과 부피, 두께가 일정한 원기둥이라 생각했다. 얼음을 원기둥 으로 가정하면, 방정식에 각 변수를 대입해 얼음이 녹는 속도를 계산할 수 있다.

그 결과 얼음에서 전도되는 열의 양은 물과 얼음, 얼음과 공기 사이의 온도차와 접촉된 단면적에 비례하고, 얼음의 두께에 반비례한다는 사실을 알아냈다. 와드햄스 교수는 이 방정식으로 얼음의 변화량을 예측해 본 결과, 얼음이 없는 북극해가 2050년 이전에 반드시 오고 그 시기가 2015년과 2016년 사이일지도 모른다고 말했다.
 

삶의 터전을 잃어가는 북극곰

기후 변화의 최대 피해자는 북극곰으로, 그 수가 눈에 띄게 줄어들고 있다. 서식지의 범위가 넓어 정확한 개체수를 셀 순 없지만, 북극곰은 현재 전세계 2만 5000마리 정도 생존해 있다. 2009년의 연구 결과에 따르면, 전체 생존해 있는 북극곰을 19마리라고 가정할 때 해마다 8마리는 감소하고 있고, 단 3마리만 안정적인 삶을 유지하고 있다. 또한 1마리는 새로 태어나고, 7마리는 생존 여부를 확인하기 어려운 상태다.

올겨울 이른 한파의 원인은?

올 겨울은 유난히도 한파가 빨리 찾아왔다. 지구는 점점 따뜻해지는데, 한반도의 추위는 왜 점점 더 강해지는 걸까?

이는 ‘북극의 진동지수’와 관계가 깊다. 지구의 기후는 항상 일정하지 않아서 극지방에서 발생한 제트기류가 고위도와 저위도 지역 사이에서 이동을 반복한다. 이러한 현상을 ‘북극 진동’이라고 한다.

북극 진동은 ‘극진동지수’라는 값으로 그 강한 정도를 나타낸다. 극진동지수가 양의 값이면 제트기류가 북극에 가깝게 올라가고, 극진동지수가 음의 값이면 제트기류가 중위도 지역 쪽으로 내려왔다는 뜻이다.

그런데 최근 지구 온난화 현상으로 북극의 얼음이 많이 녹으면서, 바다의 성분이 얼음에서 물로 많이 변했다. 따라서 바다에서 많은 양의 수증기와 열이 올라와, 북극 지역 대기가 팽창해 고기압이 형성됐다. 그 결과 고기압이 제트기류를 느슨하게 만들어 극진동지수가 음의 값을 갖게 된 것이다.

이렇게 제트 기류가 약해지면 주로 찬 공기가 동아시아, 유럽 등 남쪽으로 내려온다. 이 때문에 지구 온난화가 심해지면 우리나라에 폭설과 한파가 찾아올 수 있는 가능성이 커진다.

이처럼 지구 온난화 문제는 극지방뿐만 아니라 우리 삶과도 직결돼 있다.