지난 세기의 꿈

100년 전에 인류는 20세기는 과학과 기술이 지배하리라 예측하였다. 특히 전기의 사용으로 온 도시가 밤에도 환하며 선이 없는 전화기의 사용을 예고하면서 꿈에 젖어 있었다. 실제로 그렇게 되었다. 과학의 발전과 기술개발 덕분에 식량도 풍부해졌다. 전기도 풍부하게 사용하여 많은 도시들이 밤에도 대낮처럼 불을 밝힐 수 있었으며 많은 일을 하기도 하고 여가활동도 범위가 다양해졌다.

먹을 게 늘어나면 생물체의 개체 수는 늘어난다. 이는 자연의 법칙이다. 인간은 약 200,000년 전에 어디에서 어떻게 왔는지는 모르지만 지구상에 나타났다. 약 190,000만년간 수렵과 채집의 생활을 하였다. 이는 말이 수렵과 채집의 생활이지 오늘날 우리가 생각하는 인간의 삶이 아니라 동물과 같은 생활이었다. 점심시간에 식사하러 각자 흩어지든, 아니면 무리를 지어 나가든 사냥을 하고 나무 열매를 따 먹는다고 상상해 보라! 현재의 인구로는 분쟁만 일어날 것이다.

약 3,000년 전에 지구상의 인구는 약 1억 6000만 이었다. 산업혁명 이전에는 약 6억 이었다. 농업기술과 과학의 발달로 먹을 게 풍부해지자 인구가 늘어나기 시작해 현재는 60억에 달한다. 산업혁명 이후 인간은 자연이 자생적으로 견딜 수 있는 힘의 3배 이상으로 자연을 사용하며 혹사 시켰다. 그 덕분에 인구는 늘었고 빈부의 차이는 있지만 과거에 비해 비교적 잘 먹고 있다.

21세기는 어떤 환경일까?

21세기는 어떨까? 즉 앞으로 100년간 지구상에는 어떤 일이 일어나며 우리에게는 어떤 영향을 미칠까? 21세기에 우리 인류가 공동으로 풀어야할 과제는 기후변화이다. 기후변화는 전염병, 영양실조, 물 부족, 인구증가 및 이동, 사회 정치 경제의 불안정 초래, 무장대립을 야기하기 때문이다.

이산화탄소의 농도가 증가하면 대기와 해양의 온도는 올라간다. 현재 전 지구적으로 이산화탄소 농도는 꾸준히 증가하고 있으며 대부분 산업시설에서 배출되고 있다. 우리가 매일 먹는 음식, 입고 있는 옷, 종이, 술, 안주, 자동차등 우리의 일상생활에서 이산화탄소를 배출하지 않고 생산되는 게 있는가? 없다. 지구의 온도를 내리기 위하여 이산화탄소를 배출하지 않는 그 무엇으로 가야하는데 현재론 풍력, 태양광 발전소등 신재생에너지 개발 외에는 뾰족한 대안이 없다.

지구 46억년 역사동안 기후변화와 이에 따른 환경의 변화로 인한 생물체의 멸종과 진화는 이루 헤아릴 수도 없이 많았다. 오히려 지난 10,000년이 아마 46억년 역사동안 가장 안정된 기후였을 것이다. 이 덕분에 아마 농업이 발달했는지도 모른다. 이러한 안정되었던 기후는 20세기에 지구를 향해 마지막 키스를 보냈는지도 모른다.

현재 대기 중의 이산화탄소 농도는 390ppm이다. 산업혁명 이전에는 300ppm 이하 이었다. 온도가 낮았던 빙하기 때는 약 200ppm 정도였다. 모델마다 약간의 차이는 있지만 만약 이산화탄소의 농도가 산업혁명 이전농도의 2배(600ppm)가 되면 대기의 온도는 약 3℃ 상승하며 3배가 될 경우 약 6℃의 상승을 예측하고 있다. 이는 지구에 천재지변적인 변화를 일으킬 수 있는 온도 상승이다. 지역기후의 경우 전 지구 평균의 2~3배 상승할 수도 있다. 만약 지난 10년간 이산화탄소를 배출하듯이 인류가 앞으로 배출한다면 2100년에는 지구상의 이산화탄소 농도는 1000ppm 에 도달하며 대기의 평균기온이 6℃ 이상 상승한다. 그러면 어떤 일이 일어날까? 몇 가지만 논해보자.

빙하의 녹음과 해수면 상승

첫째로 북극과 그린란드의 빙하, 서남극의 빙하, 산에 있는 모든 빙하 등이 녹아 없어진다. 이로 인하여 해수면은 적어도 10m 이상 상승한다. 예를 들어 그린란드 빙하의 경우 온도가 1℃ 상승하면 25%, 2℃ 상승하면 60%, 3℃ 상승하면 90% 정도 없어진다.

예를 들어 125,000년 전 지구의 평균기온은 현재보다 약 1℃ 정도 높았으며 해수면은 현재보다 4~6m 정도 높았다. 만약 이산화탄소의 농도가 현재보다 2배 증가하면 해수의 온도상승으로 인한 물의 부피증가(즉 빙하의 녹음에 의한 해수면 상승을 제외한 것)만 으로도 해수면은 1m 상승한다. 해수면 1m 상승은 바다에서 육지를 바라보았을 때 직선거리 약 160km 가 물에 잠김을 의미한다. 빙하녹음과 해수면 상승으로 인한 농경지 손실, 거주지 손실, 지하수의 염분 침투, 인구이동 등은 해결하여야 하나 뾰족한 방안이 현재론 없다. 그저 이산화탄소를 줄이고자 하는 노력이 우리가 할 수 있는 일이다.

두 번째로 산호초를 포함한 많은 생물 종들이 멸종하며 위도가 높은 지역에 사는 사람들과 문화는 사라지게 된다. 강어귀에 사는 아시아 국가들은 해수면 상승으로 인하여 치명적인 영향을 받으며 태풍의 강도 또한 강해져 수억 명의 피난민이 발생한다. 런던이나 뉴욕의 지하에 설치된 여러 귀중한 시설물들은 막대한 피해를 보거나 사라질 것이다.

건강 위협

세 번째로 노인들은 전례 없던 폭염으로 인하여 위험에 처하며 가난한 지역의 어린이들은 음식부족으로 인하여 영양실조가 더욱 더 심해질 것이다. 국가간 빈부의 격차 또한 심해질 것이다. 특히 온도가 높으며 저지대에 살고 있으며 가난한 국가들은 적응능력이 떨어지며 허리케인이나 태풍, 산불 등에 취약하게 된다. 노약자나 천식이나 폐에 문제가 있는 아이들은 특히 대기오염물질이나 매우 높은 기온상승으로 인해 산불에서 발생하는 연기로 인해 더욱더 취약하게 된다.

경제에 부정적 영향

경제적인 전망도 밝지 않다. 온도가 1~3℃ 상승할 경우 대부분 부정적인 영향을 미치나 일부 이익도 있다. 하지만 이산화탄소의 농도가 1,000ppm 에 도달할 경우 전 지구의 모든 곳에 부정적인 영향을 미치며 국내 총생산(Gross Domestic Product)에도 막대한 손실을 초래한다. 수 십 억의 인구가 물 부족으로 위험에 처하게 되며 홍수 피해 또한 상상을 초월할 것이다.

생물체의 멸종

네 번째로 이산화탄소 농도의 증가로 인하여 바다의 물은 신맛이 나는 산성으로 변한다. 이 경우 탄산칼슘으로 구성된 생물체는 껍데기가 녹아 죽게 된다. 이러한 현상은 해양퇴적물을 이용한 고기후 연구에서 수많은 증거가 있다. 참고로 해양생물의 약 50% 는 껍데기가 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되어있다. 나머지 50% 는 규산질(SiO2)로 구성되어있으며 주로 해수의 온도가 낮은 곳에 살기 때문에 해수의 온도 상승으로 인하여 규산질로 이루어진 생물체 또한 죽음을 피할 수 없다.

열대 우림지역은 산불에 더욱 더 취약하며 몇몇 모델의 연구 결과에 의하면 이산화탄소 흡수원으로 작용하던 산림이 이산화탄소를 배출하는 기능을 하여 엎친 데 덮친 격으로 이산화탄소의 양은 더욱 더 증가하게 된다. 지구상 생물체의 적어도 50% 는 지구상에서 영원히 사라지는 멸종의 운명을 맞이할 것이다.

지구가 이런 위험에 처하면 다급해진 인류는 성층권에 먼지를 뿌려 태양빛이 지구에 덜 도달하도록 하여 지구의 온도를 낮추려 할지도 모른다(이를 geoengineering 이라 함). 하지만 이러한 방법도 가능하지 않다. 왜냐하면 먼지를 뿌려 태양광선을 차단해서 온도를 낮춘다 할지라도 해양의 산성화로 인한 생태계의 파괴는 막지 못한다. 또한 인간이 배출한 이산화탄소는 계속 증가할 것이며 이로 인한 지구의 온도는 1000년 은 지속될 것이다.

또한 지구의 온도를 낮추기 위해 다양한 실험을 행할시 예측하지 못했던 부작용도 위험요소이다. 이런 점에서 기후변화와 에너지에 관련된 구체적인 연구결과에 기반을 둔 정책개발이 시급하다. 이산화탄소의 배출을 줄이기 위해 정치적인 압력이나 전쟁을 일으키지 않고 평화적인 방법의 국제간 협력이 필요하다.

온도가 상승하면 왜, 어떻게 생물체가 멸종할까?: 산소부족

온도가 6℃ 정도 상승하면 어떻게 해서 생물체의 멸종이 일어날까? 산소의 부족이 그 원인이 될 수 있다. 현재 대기 중에 산소는 약 21%를 차지하며 지구 46억년 역사동안 비교적 커다란 변화는 없었다고 생각했다. 하지만 연구결과들에 의하면 지구상에 산소의 양이 30% 정도 이었던 때도 있었으며 13% 정도였던 때도 있었다.

지구의 온도가 상승하면 건조해지며 습지는 말라버린다. 습지는 유기탄소를 저장하여 대기 중으로 이산화탄소가 배출되는 양을 줄이는 역할을 한다. 습지가 말라버리면 유기탄소가 습지에 적게 매장되어 더욱 더 많은 양의 이산화탄소가 배출된다. 이 경우 더욱 더 많은 양의 산소를 사용하게 되어 산소가 결핍되게 된다.

이러한 산소결핍은 많은 동물들의 지리적인 분포차이를 야기했다. 즉 대부분의 동물들은 그들이 살 수 있는 최대의 고도가 있다. 예를 들어 인간의 경우는 5.1km 이상의 높이에서는 살수 없다. 산소가 결핍되면 동물들이 살 수 있는 최대 높이는 고도가 더욱 더 낮은 곳으로 이동하게 된다. 이 경우 산소가 많은 곳에서 살던 생물체들은 수백 미터의 자그마한 언덕조차 넘을 수 없게 되어 살 곳이 없으며 죽음을 맞이하게 된다.

해양의 경우도 육상의 경우처럼 산소의 농도가 줄어들면 생물체가 살 수 있는 영역이 줄어든다. 지구온난화로 인한 해수의 온도 상승은 상황을 더욱 더 악화시킨다. 왜냐하면 산소는 차가운 물에 더욱 더 많이 녹으므로 온난화로 더워진 해수에는 산소가 많이 녹아 있을 수 없어 해수는 산소가 결핍되게 된다. 또한 온난화로 인한 해수의 온도상승으로 수심별 온도차이가 줄어들어 해수 순환이 느려져 대기와 해양의 산소교환이 떨어져 해수에는 산소의 양이 줄어들게 된다.

이러한 현상은 이미 현재 전 세계 해양의 대부분 지역에 나타나고 있다. 즉 정상적인 해양은 물 1 리터에 녹아있는 산소의 양이 5~10 ml 정도이다. 하지만 현재 인간이 거주하고 있는 대부분의 해양은 저산소(물 1 리터에 녹아 있는 산소의 양이 2ml 이하일 경우)이다. 물속에 녹아있는 산소는 생물체의 호흡에 의해 점점 줄어들게 되며 0.5ml/l로 떨어지면 생물체가 대량 멸종하게 된다.  그리고 곧 해수 속에 산소의 양이 하나도 없는 무산소(anoxic)환경이 될 것이다. 이러한 현상은 과거에 무수히 있었다.

무산소 환경은 생물체가 살수 없으며 산소 없이 살 수 있는 박테리아만 우글거리는 해양이 된다. 참고로 우리나라의 동해에서도 약 10,000년 전에 빙하의 녹은 물이 해양에 유입되어 표층의 물이 바다 밑에 가라않지 못해 산소공급이 중단 되에 박테리아만 우글거리던 동해의 모습도 있었다.

온도 상승으로 인한 산소부족은 생물체의 신진대사에 영향을 미치며 생물체의 크기나 영역에 변화를 초래하기도 하며 멸종을 초래하기도 한다. 산소의 농도가 낮은 환경에서는 대사율(metabolic rate)이 낮은 생물체는 겨우 생존할 것이다. 이러한 산소 부족으로 인한 생물체의 멸종은 2~3 만년 에 걸쳐 일어나며 이 시간은 생물체가 적응할 시간이 없어 멸종에 이르게 된다. 생물체가 멸종하지 않고 적응해서 살아남으려면 100만년 이상의 시간이 필요하다.

온도가 상승하면 왜, 어떻게 생물체가 멸종할까?: 죽음의 독가스 황화수소

마지막으로 지구온난화와 산소농도의 감소는 육지와 해양에 황화수소의 농도를 증가시킨다. 황화수소는 산소가 매우 적은 환경에서 황산염을 먹고사는 박테리아에 의해서 만들어진다. 현재 이러한 현상은 해수가 외부의 해양과 연결되어 있지 않은 흑해(Black Sea)처럼 해수의 순환이 잘 되지 않는 해양에서도 일어나고 있다.

박테리아로 가득 찬 해양은 바다 밑바닥에서부터 황화물(유황가스)로 가득 차게 되며 시간이 지나면서 유황가스가 수심이 깊은 곳에서부터 점점 위로(수심이 얕은 곳으로)올라오면서 유황가스에 노출된 주변의 모든 생물체는 죽게 된다. 마지막으로 유황가스가 해양의 표층에 도달하게 되며 궁극적으로 대기에 독가스인 유황가스를 내 품게 된다. 이러한 일이 일어나면 육상의 경우 산소가 부족했을 때처럼 생태계는 스트레스를 받게 되며 산산조각으로 부서지게 된다. 해양도 처음에는 생태계가 부서지다가 마지막에는 생물체가 살지 못하게 되는 쓸쓸한 환경으로 바뀌게 된다. 육상의 식물들은 건조한 온실상태의 기후 때문에 죽게 되고 이로 인하여 동물들은 먹을 음식이 없어지게 된다.

이러한 상황에 인간이 배출한 이산화탄소와 메탄의 농도 증가가 지구의 온도를 6℃ 정도 상승시켜 뜨거운 공기가 산소부족과 독가스로 가득 찬 지구의 생태계에 마지막 일격을 가하게 된다 (이는 실제로 일어났으며 과거에는 인간이 배출한 이산화탄소가 아니라 화산활동에서 나온 이산화탄소 이었다).

이런 상태가 되면 인간을 포함하여 동물들은 살기위하여 조금이라도 시원한 언덕이나 산으로 올라갈 것이다. 하지만 산소가 없다. 또다시 인간을 포함한 동물들이 더위를 피하려고 해안가로 갈 것이다. 이는 마치 텔레비전의 과학프로그램에서 보듯이 동물들이 물을 먹으려고 물웅덩이에 떼를 지어 모이는 모습과 유사할 것이다. 하지만 유황가스로 가득 찬 공기를 마시게 될 것이다. 폐가 독가스로 가득 찬 생물들은 대기에 약간은 남아있는 산소를 마시려고 숨을 헐떡거리게 될 것이다.

이산화탄소 농도의 증가로 인한 이러한 현상은 우리와 생물들의 호흡기를 파괴하여 질식사하게 만든다. 비록 당장 죽지는 않더라도 2세를 생산할 에너지(교배 할 힘)가 없다. 이로 인해 인구수와 생물체의 개체수는 줄어들며 우리의 신체 사이즈도 작아진다. 비록 이러한 독가스에 살아남은 몇몇 종이 있을지라도 수세기에 걸쳐 멸종이 진행되며 궁극적으로 지구상에서 사라지게 된다. 이러한 멸종은 지질학적인 시간으로 눈 깜짝할 사이에 일어난다. 대멸종이 일어났다. 마치 핵전쟁으로 황폐화되어 생물체하나 존재하지 않는 쓸쓸한 지구의 모습일 것이다. 거의 모든 생물체가 사라졌다.

우리 인간은 이러한 환경에서 살아남을 수 있을까? 위에서도 언급했지만 우리 인류는 지구상에 200,000년 전에 나타났다. 그 후 현재까지 지구의 온도가 현재보다 6℃ 정도 상승하거나 이산화탄소의 농도가 1000ppm이 된 적은 없었다. 지난 200,000년간 이산화탄소의 농도는 300ppm을 넘었던 적이 없었으며 메탄의 농도는 최대 800ppb를 넘었던 적이 없었다. 현재 이산화탄소의 농도는 390ppm 이며 메탄의 농도는 1850ppm를 넘어서고 있다. 우리가 만약 살아남는다면 일부가 살아남아 새로운 세계를 형성하게 될 것이다. 마치 과거 200,000년 전에 우리의 조상이 살았듯이. 이러한 시대에 살아남았던 인류는 몸의 어딘가에 유전자 정보가 각인되어 있을 것이며 세상의 어딘가에 일부 찬란했던 문명의 구조물들이 당분간 남아있을 것이다.

이러한 생물체의 멸종은 인간이 지구상에 나타나기 훨씬 이전에 온도가 6℃ 상승하였고 대기 중의 이산화탄소의 농도가 1000ppm 정도였을 때 일어났던 자연의 현상이었다. 새로운 종의 탄생과 진화를 위해선 생물체의 멸종이 필요하다. 이는 자연의 법칙이다. 고기후의 연구결과에 의하면 기후나 환경변화가 왔을 때 제일먼저 멸종한 종은 구조가 복잡한 고등동물 이었다. 이 또한 자연의 법칙(law)이다. 가장 고등동물인 인간도 자연의 법칙에서 예외일수는 없을 것이다. 인간의 입장에서 보면 현재 기후변화와 이로 인한 환경변화로 인하여 생태계가 파괴되며 자연재해가 증가하고 있다. 하지만 자연의 입장에서 보면 새로운 종을 출현시키기 위한 서곡일지도 모른다.  마치 홍수는 지구상의 흙과 흙속에 있는 영양분을 재분배하는 기능을 하며, 자연적으로 발생하는 산불은 식물이 싹트는 걸 도와주어 새로운 생명을 탄생시키듯이.

현재 무슨 일이 일어나고 있는가?

현재 빙하의 녹음으로 인해 심층수 순환이 약 30% 붕괴되었다. 심층수 순환이란 해양 표층의 물이 밀도차이에 의해서 바다 밑으로 가라않는 현상을 의미한다. 심층수 순환의 30%가 붕괴되었다는 의미는 해수의 순환이 느려졌음을 의미한다. 이는 마치 우리의 심장에서 우리 몸 구석구석에 혈액의 공급이 잘 되지 않음과 비슷한 개념이다. 해양에서 생물체의 생존에 필수적인 산소는 대기에서 오며 영양분은 육지로부터 암석의 풍화작용으로부터 온다. 해수의 순환이 느려졌음은 해양의 표층에서 깊은 곳으로 열, 산소와 영양분의 공급이 느려졌음을 의미한다. 또한 빙하의 녹음으로 인한 민물의 해양유입 때문에 바다 깊은 곳에 염분을 공급하지 못함을 의미한다. 즉 생물체의 생존에 필수적인 온도, 산소, 영양분, 염분의 공급이 잘 되지 않음을 의미한다. 이로 인하여 바다 속의 생물체는 산소가 부족하게 되어 생물체가 죽고 박테리아만 우글거리게 된다.

또한 전 지구적으로 가뭄과 홍수가 증가하고 있으며 단시간에 집중적으로 비가 오는 날도 증가하고 있다. 홍수가 일어나면 많은 양의 유기탄소가 강을 통해 바다로 유입된다. 가물 경우 건조해 있던 토양에 갑자기 비가 내릴 경우 또한 많은 양의 유기탄소가 강과 바다로 흘러간다. 집중호우 또한 토양속의 유기탄소를 바다와 해양으로 운반시킨다. 이 모든 경우 유기탄소가 물속의 산소와 결합해 이산화탄소는 증가하게 되고 결과적으로 물속에 녹아있는 산소(용존산소)는 줄어들게 된다. 이러한 현상들은 궁극적으로 강이나 해양의 물이 산소가 고갈되어 박테리아만 살게 된다. 세월이 지남에 따라 물속은 독가스인 유황가스로 가득 차며 궁극적으로 육지에 방출되어 육지와 해양의 생물체를 멸종시킨다.

현재까지 보았듯이 우리가 이산화탄소를 계속 배출한다면 우리의 미래는 매우 위태롭다. 지구는 산소가 부족하고 독가스로 가득 차게 될 것임이 분명하다. 이는 소설이 아니다. 우리가 곧 직면하게 될 매우 위험한 상황이다. 세계적으로 기후변화 대응방안으로 크게 3가지가 제시되고 있다. 이들은 (1) 배출권 거래제, (2) 신재생에너지 개발, (3) 장기간의 적응방안이다. 기후변화에 관한 정부간협의체(IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change)의 2007년 보고서는 90% 이상의 확신을 가지고 현재 일어나고 있는 기후변화가  인간의 영향 때문이라 하였다. 하지만 과학계에선 현재의 기후변화는 최대 30% 정도만 인간의 영향 때문이고 70%는 자연적인 현상이라 하였으며 앞으로 계속 더워지고 변동성도 큰 자연의 원래 모습 데로 돌아간다고 한다. 신재생에너지 개발이 잠시 온난화의 속도를 늦출 수는  있을지 모른다. 하지만 분명한 것은 만약 자연적 원인으로 온도가 상승하고 있다면 우리가 할 수 있는 일은 다윈의 진화론이 말해 주듯이 장기간의 적응방안이 유일한 방안이다.