갑작스럽게 증가하고 있는 대기중 메탄농도

마우나 로아 관측소의 메탄 가스 농도.  회색 점들이 중요한 부분.
그래픽: NOAA.


2008년 11월 8일 토요일, 크리스 구달Chris Goodall 작성 Newsletter #11 

지구온난화에 있어서 우리가 잘 모르고 있는 것은 메탄배출량일 것이다.
10년 동안의 안정기 이후 대기 중 메탄농도가 지난 18개월 동안 강력하게 증가하고 있다.
이러한 증가에 대한 초기 연구에 의하면 메탄농도의 증가는 북반구의 북위도 지역에서 주로 일어나고 있으며 동토지대 또는 북극지역의 얼음이 녹아내리면서 유기물질이 썩어 배출하는 메탄과 일치하는 것으로 나타났다.

현재 이러한 연구결과의 해석은 새로운 연구결과에 의해 문제되고 있다.
새로운 연구에 의하면 메탄의 농도는 거의 모든 곳에서 증가하고 있다는 것이다. 메탄이 전세계로 확산되는데 걸리는 시간 때문에 최근 이루어진 새로운 연구는 메탄의 증가는 직접적으로 생물로부터 발생하는 것이 아닐 수 있다는 주장을 제기하고 있다.

메탄은 온실가스 중에서 두 번째로 중요한 가스로, 강력한 지구온난화를 일으키는 복사열의 20%를 차지하고 있다. 대기 중 메탄의 농도는 산업혁명 당시 1,750ppb에서 거의 두 배 반 정도 증가한 것으로 알려지고 있다. 비록 메탄의 농도는 이산화탄소와 비교할 때 상대적으로 매우 적은 농도로 보이지만, 각 입자는 좀 더 강력한 온난화현상을 일으킬 수 있다. 그리고 메탄은 대기 중에서 좀 더 오랫동안 남게 된다.
전형적으로 수산기(hydroxyl radical, *OH)와 반응을 통해서 이산화탄소와 물을 만들어낸다.
일반적으로 이 메탄입자가 대기 중에 남아있는 기간은 8년으로 이산화탄소는 100년이다.

대기 중 메탄농도의 증가율은 20세기 하반기에 줄어들기 시작했다. 1999년에서 2007년 초까지 거의 메탄 증가가 이루어지지 않았으며 이로 인해 메탄배출량이 통제되고 있다는 낙관적인 예상이 제기된 바 있다.
지하석탄탄광은 주요 메탄배출원이었으며 1980년대와 1990년대에 북반구에서 이 탄광산업은 대부분 문을 닫았다. 또한 수경재배가 이루어지는 쌀재배활동도 아시아 일부 지역에서 메탄배출의 원인으로 지목되기도 했다. 특히 쌀이 자연적으로 썩도록 하는 방법은 메탄을 배출하는 것으로 알려지면서 일부 지역에서 이러한 경작방법을 바꾸기도 했다.
천연가스도 주로 메탄이며 파이프라인에서 새어나가는 양을 줄이려는 노력이 있었다.

최근 메탄 농도의 증가는 많은 연구자들을 놀라게 하고 있다. 과거에 메탄 농도는 동태평양지역에서 바다의 온도가 증가하는 현상인 엘니뇨(El Nino)가 발생하는 기간에는 함께 증가하는 것으로 알려지고 있다.
이것은 엘니뇨 현상으로 많은 식물이 잎마름병에 걸려 죽으면서 썩어 메탄가스를 배출하게 된다.
하지만 지난해에는 태평양의 온도는 평균보다 낮아 엘니뇨 현상이라기 보다는 라 니냐(La Nina)현상으로 보고 있다. 이로 인해 엘니뇨 현상을 이용하여 10ppb의 갑작스런 증가 또는 평균농도의 0.5%의 증가를 설명하지 못하고 있다.

영국의 런던대학 로열 할로웨이 컬리지(Royal Holloway College)의 레베카 피셔(Rebecca Fisher) 박사는 금년 초에 그녀의 동료와 함께 발표한 논문에서 메탄의 증가는 특히 북극지역에서 높다고 주장했다.
일부 관측소에서 이루어진 관측에서 평균 전세계 증가보다 두 배 정도 높은 증가가 일어난 곳도 있었다.
하지만 메탄이 전세계로 확산되는데 시간이 걸리기 때문에 이러한 메탄의 증가는 지역적으로 특정한 요인에 의한 것이라고 주장한 바 있다. 특히 온도 증가로 녹아내린 얼음에서 노출된 썩은 식물에서 또는 바다에서 배출되는 것으로 보았다.

피셔 박사의 연구는 가능한 설명이었다. 그녀는 왜 메탄농도가 증가했는가에 대한 설명을 제공하고 있다.
특히 그녀는 메탄농도의 증가는 메탄을 생산하는 박테리아로부터 배출되는 것과 연관된 좀 더 가벼운 탄소 동위원소인 C12를 포함한 가스의 비율의 증가와 연관된다고 주장했다.
이를 통해서 본다면 섞은 식물에서 배출되는 가스의 증가로 인해 메탄의 농도가 증가했다고 볼 수 있다.

하지만 최근 이루어진 연구에 의하면, 이러한 믿음은 잘못된 것으로 여겨지게 하고 있다. MIT의 과학자들과 호주의 연구자들이 함께 발표한 연구는 메탄 농도의 증가가 지역적인 것이 아니라 전지구적인 현상이라고 주장하고 있다. 이와 같은 현상은 메탄 배출이 식물에서 기원한 것이라면 일어날 수 없는 현상이다.
그 이유는 북반구에 훨씬 많은 유기물이 존재하기 때문이다.
메탄농도는 몇 달 동안 북반구에서 높아야 하며 그리고 전세계로 퍼지기 위해서는 몇 년의 기간이 걸려야 한다. MIT의 연구진은 이와 같은 메탄의 증가는 메탄을 씻어내는 역할을 하는 유리기인 수산기의 농도가 감소하여 일어나고 메탄의 배출이 증가하면서 일어난 현상으로 추정하고 있다.
하지만 *OH농도에 대한 감시가 이루어지지 않고 있으며 이러한 가설이 정확한지 아니면 무엇이 이러한 변화의 원인인가를 알아내기 위해서는 시간이 걸릴 것으로 보인다.

메탄 증가의 원인을 둘러싼 과학논쟁은 대기 중 농도의 변화를 설명할 수 있는 모델이 존재하지 않기 때문에 매우 중요하다. 지구온난화의 기본적인 우려 중에 하나는 지구온난화가 궁극적으로 깊은 바다 속에 존재하고 있는 알려지지 않은 수백만 톤의 메탄의 분출을 유발할 수 있다는 점이다.
이것은 보통 클라스레이트 총 가설(clathrate gun hypothesis)로 알려져 있다.
이 가스는 현재 깊은 해저에 극도로 차가운 바다에 안정적으로 묶여 있다. 하지만 세계 온도가 지속적으로 증가하게 되면 궁극적으로 차가운 액체 안에 갇혀 있는 화학물이 터져 해수면으로 올라가 메탄을 배출하게 될 것이다. 이러한 현상은 오래 전에 갑작스런 온난화로 인한 기후변화과정에서 일어났을 가능성이 있다.
왜 메탄농도가 증가했는가를 바로 알아내는 것은 힘들 것이다. 그리고 이러한 경향이 지속될 것인가에 대한 대답도 제시할 수 없다. 현재 전세계적인 탄소순환과정에서 메탄의 역할에 대한 우리의 이해는 매우 낮다.


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