미국 서부 지역에서 산불과 이에 따른 유해 연기 노출이 지난 30여 년간 급증한 배경에 인간이 초래한 기후변화가 결정적인 역할을 했다는 연구 결과가 나왔다. 특히 건강에 치명적인 초미세먼지(PM2.5) 노출의 거의 절반이 기후변화와 직접적으로 연관돼 있다는 점이 정량적으로 확인됐다.

과학전문매체 스페이스닷컴과 웹사이트 Phys.에 따르면 하버드대 공학·응용과학대(SEAS) 연구진은 1990년대 초 이후 미국 서부 산림에서 발생한 전체 산불 피해 면적 가운데 60~82%가 기후변화로 인한 기온 상승과 건조화에 기인한 것으로 분석됐다고 밝혔다. 

캘리포니아 중부·남부 지역에서도 기후변화 기여도는 33%에 달했다. 이를 종합하면 1997~2020년 미국 전체 산불 배출량의 평균 65%가 인간 유발 온난화의 결과라는 설명이다.

해당 내용은 국제학술지 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.

기후변화가 키운 산불 연기…"유해 연기 노출의 절반, 인간 유발 온난화 영향"

연구진은 특히 산불 연기 중에서도 인체에 가장 위험한 초미세먼지(PM2.5)에 주목했다. 분석 결과, 1997년부터 2020년까지 미국 서부에서 관측된 유해 산불 연기의 약 절반이 기후변화로 설명됐으며, 2010~2020년 기간으로 한정하면 기후변화가 초미세먼지 증가분의 58%를 차지했다.

이 연구는 기후 관측 자료, 머신러닝 분석, 대형 기후모형, 화학수송모델(GEOS-Chem)을 결합해 산불 활동과 연기 노출의 원인을 다각도로 추적했다. 공장 등 기존 오염원에서 배출되는 대기오염 물질은 같은 기간 44% 감소했지만, 산불 연기는 오히려 지속적으로 증가해 상반된 흐름을 보였다.

특히 북부 캘리포니아와 오리건·워싱턴·아이다호 일부 지역에서는 2010~2020년 동안 기후변화로 인한 산불 연기가 전체 PM2.5의 44~66%를 차지한 것으로 나타났다. 연구진은 "이 지역 주민의 경우 호흡한 초미세먼지의 절반 이상이 산불 연기에서 비롯됐을 가능성이 높다"고 설명했다.

연구를 이끈 로레타 미클리 하버드대 선임연구원은 "이번 연구의 목적은 기후변화가 서부 지역 산불 연기 노출을 얼마나 증폭시켰는지를 정량적으로 밝히는 데 있었다"며 "토지 관리와 산불 대응 방식 전반을 재검토하고, 온실가스 감축에 대한 사회적 관심을 높이는 계기가 되길 바란다"고 말했다.

연구진은 앞으로 20세기 동안 이어진 산불 억제 정책이 숲의 연료 축적을 키워 기후변화의 영향을 더욱 증폭시켰는지도 추가로 분석할 계획이다. 계획적 소규모 소각(처방 화재·prescribed burning) 등 선제적 산림 관리의 필요성도 강조했다.

"산불이 기후를 식힌다?"…상층 대기 연기, 기존 기후모형의 빈틈 드러내

또한 산불이 단순히 지표를 태우는 데 그치지 않고, 대기 상층까지 도달해 기후에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 실측을 통해 이번에 처음 확인됐다. 일부 초대형 산불은 자체적인 기상 현상을 만들어 연기를 성층권 가까이까지 끌어올리며, 이 연기가 오히려 대기를 냉각시키는 효과를 낼 수 있다는 것이다.

연구진은 뉴멕시코에서 발생한 대형 산불 직후 형성된 연기 구름을 고고도 항공기로 직접 관측한 결과, 기존 기후모형에 반영되지 않은 대형 연기 입자를 발견했다고 밝혔다.

연구진은 2022년 6월, 산불 발생 닷새 뒤 NASA의 고고도 항공기 ER-2를 투입해 지상 약 14.5㎞ 상공의 연기층을 통과하며 입자 크기와 농도, 화학적 조성을 측정했다. 그 결과 연기 입자의 크기가 약 500나노미터로, 일반적인 저고도 산불 연기 입자의 두 배 수준에 달하는 것으로 나타났다.

상층 대기에서는 공기 혼합이 매우 느려 입자들이 오랜 시간 밀집 상태로 유지되며 응집(coagulation)이 효율적으로 일어난 결과라고 연구진은 설명했다. 이렇게 커진 입자들은 태양복사 에너지의 반사율을 크게 높여, 저고도 연기보다 30~36% 많은 복사 에너지를 우주로 되돌려 보내는 냉각 효과를 나타냈다.

이번 발견은 현재의 기후모형이 상층 대기 산불 연기의 물리적 특성과 복사 효과를 충분히 반영하지 못하고 있음을 시사한다. 연구진은 이러한 대형 연기 입자가 국지적 대기 가열이나 제트기류 변화 등 복합적인 기후 반응을 유발할 가능성도 배제할 수 없다고 밝혔다.

공동 연구자인 존 다이케마 하버드대 연구원은 "상층 대기 산불 연기가 기후 시스템에 어떤 방향으로 작용할지는 아직 단정할 수 없다"며 "다만 기존에 고려하지 않았던 메커니즘이 존재한다는 점은 분명해졌다"고 말했다.

연구진은 향후 더 많은 실측 자료를 통해 산불 연기의 장기적인 기후 영향과 기상 시스템과의 상호작용을 규명할 필요가 있다고 강조했다. 이는 산불이 기후변화의 결과일 뿐 아니라, 다시 기후에 영향을 미치는 요인일 수 있음을 보여주는 대목이다.