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2024-11-24 (일)

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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어

토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
- IT/바이오
2024-10-28
[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증

극심한 기후 변화로 영구동토층인 북극 지역에 산불이 급증할 것이라는 암울한 연구 결과가 나왔다. 국제 기후 과학자 및 영구동토층 전문가 팀의 연구에 따르면, 새로운 기후 컴퓨터 모델 시뮬레이션 결과 지구 온난화로 인해 영구동토층 해빙이 가속화되고, 이로 인해 북부 캐나다 및 시베리아의 아북극 및 북극 지역에서 산불이 급격히 증가할 것으로 예상된다고 네이처닷컴과 PHYS 등 다수 외신이 24일(현지시간) 보도했다. 최근 관측 결과 따뜻하고 건조한 기후 조건으로 인해 이미 북극 지역의 산불이 심화되고 있는 것으로 나타났다. 미래 인위적 온난화가 산불 발생에 미치는 영향을 이해하고 시뮬레이션하기 위해서는 가속화된 영구동토층의 해빙의 역할을 고려하는 것이 중요하다. 영구동토층 해빙은 토양의 수분 함량을 크게 좌우하며, 이는 산불 발생의 핵심요소다. 최근 기후 모델들은 지구 온난화, 북부고위도 영구동토층 해빙, 토양 수분 및 화재 사이의 상호작용을 완전히 고려하지 않았다. 이번 새로운 연구는 가장 포괄적인 지구 시스템 모델 중 하나인 '커뮤니티 지구 시스템 모델'에서 생성된 영구동토층 및 산불 데이터를 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층 및 산불 사이의 결합을 통합적으로 파악하는 최초의 모델이다. 온실가스 배출 증가의 인위적인 영향과 자연 발생적인 기후 변화를 더 잘 구분하기 위해 과학자들은 1850년부터 2100년까지의 기간(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 다루는 50개의 과거-미래 시뮬레이션 앙상블을 사용했다. 이 시뮬레이션은 최근 한국의 부산 IBS 기후물리센터와 미국 콜로라도 볼더 국립대기연구센터 과학자들이 IBS 슈퍼컴퓨터 Aleph에서 수행했다. 이 앙상블 모델링 접근 방식을 통해 연구팀은 21세기 중후반까지 아북극 및 북극 지역에서 인위적인 영구동토층 해빙이 상당히 광범위하게 진행될 것임을 입증했다. 많은 지역에서 과도한 토양 수분이 빠르게 배출되어 토양의 수분이 급격히 감소하고, 이후 지표면 온난화 및 대기 건조가 발생한다. 부산에 있는 IBS 기후물리학 연구원의 연구 주저자이자 박사후 연구원인 김인원 박사는 "이러한 조건은 산불을 심화시킬 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 조건들이 산불을 심화시킬 것이라고 경고했다. 모델 시뮬레이션 결과 21세기 후반에는 불과 몇 년 만에 사실상 화재가 거의 없는 상태에서 매우 강렬한 화재로 갑작스럽게 전환되는 것으로 나타났다. 이러한 미래 산불 추세는 대기중 이산화탄소 농도 증가로 인해 고위도 지역의 식물 바이오매스가 증가할 가능성이 높다는 사실로 인해 더욱 악화될 것으로 전망된다. 이른바 '이산화탄소 비료 효과'는 추가적인 화재 연료를 제공한다는 것. 참고로 이산화탄소 비료 효과는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 식물의 광합성 속도가 빨라져 성장이 촉진되는 현상을 말한다. 쉽게 말해 이산화탄소는 식물에게 비료와 같은 역할을 한다고 볼 수 있다. 식물이 더 빠르게 성장하면 화재가 발생할 경우 연료가 추가되는 것과 같은 효과를 내 화재 위험이 더 높아질 수 있다. 공동연구자인 노르웨이 트론헤임에 있는 노르웨이 과학기술대학의 한나 리 부교수는 "복잡한 영구동토층 환경이 미래를 더 잘 시뮬레이션하기 위해서는 확장된 관측 데이터 세트를 사용하여 지구 시스템 모델에서 소규모 수문학적 과정을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다"고 강조했다. 이번 논문의 공동 저자이자 ICCP 책임자 겸 부산대학교 명예 교수인 악셀 팀머만 박사는 "산불은 이산화탄소, 검은 탄소 및 유기 탄소를 대기중으로 방출하여 기후에 영향을 미치고 북극 영구동토층 해빙 과정에 피드백을 줄 수 있다"고 지적했다. 팀머만 교수는 "하지만 화재 배출과 대기 과정 사이의 상호작용은 아직 지구 시스템 컴퓨터 모델에 완전히 통합되지 않았으며, 이러한 측면을 추가로 고려하는 것이 다음 단계가 될 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 실제로 2023년 캐나다 북부에서 미국 플로리다 주 크기의 지역을 태운 기록적인 산불이 발생했다. BBC에 따르면 2023년 캐나다 산불은 엄청난 이산화탄소를 배출했다. 과학자들은 캐나다의 한대 삼림이 지구 온난화를 유발하는 탄소를 포집하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 이례적으로 화재가 발생하면 전 세계 기후 변화 예측에 영향을 미칠 수 있다고 우려하고 있다. 지난 8월 28일 캘리포니아 공과대학과 캐나다, 네덜란드 등 국제 연구팀이 네이처 저널에 발표한 자료에 따르면, 캐나다 화재로 인한 총 배출량을 약 647테라그램의 탄소로 계산했다. 1테라그램은 백만 미터톤이다. 이는 지난 10년 동안 약 29테라그램에서 82테라그램 사이를 오르내렸던 캐나다의 전형적인 산불 배출량을 훨씬 웃도는 수치다. 또한 이는 캐나다의 연간 총 탄소 배출량보다 5배 많으며, 작년에 740테라그램의 탄소를 배출한 인도와 비슷한 수준이었다. 2023년 캐나다 산불보다 더 많은 탄소량을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 인류의 생존을 위협하는 탄소 배출량을 실질적으로 감소하기 위해 각국 정부와 기관이 더욱 머리를 맞대야 할 시기다.
- IT/바이오
2024-09-25
[기후의 역습(61)] 메가 엘리뇨, 인간 비롯한 생물 '대량 사망' 초래 위험

지구에서 수십억 년 동안 수많은 형태로 존재했던 생명체는 페름기 말, 유례 없이 끔찍했던 대량 멸종 사건을 겪었다. 대멸종으로 알려진 이 시기에 지구상의 모든 생물종의 약 90%가 사라졌고, 전 세계적으로 해양과 지상이 붕괴했다. 이 재앙의 원동력은 '시베리아 트랩'에서 대량으로 이산화탄소가 쏟아져 나온 것으로 추정되는 극심한 지구 온난화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암대지로 엄청난 화산 폭발에 의한 것이었다. 지구 역사상 가장 큰 규모였던 이 거대한 화산 활동이 대멸종의 원동력이었을 가능성이 높지만, 전문가들은 멸종의 점화 스위치를 켠 자연적 메커니즘이 무엇이었는지를 정확히 확신하지 못했다. 한편, 나무와 곤충 등 일반적으로 건강한 생명체가 왜 멸종의 영향을 받았는지, 그리고 왜 동물들이 더 서늘한 기후 지대로 이주하지 않았는지 등 다른 수수께끼도 남아 있었다. 영국 브리스톨 대학교와 중국 우한 지구과학 대학교의 새로운 연구에 따르면, 지구 온난화로 인해 최근 10년 주기에 걸쳐 조건이 격렬하게 변동해 오늘날 예측 가능한 기후 패턴보다 훨씬 오래 지속되는 '메가 엘니뇨'가 발생했다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 이 연구의 결과는 지난주 사이언스 저널에 게재됐다. 브리스톨 대학교의 알렉산더 판스워스 박사는 "기후 온난화만으로는 이처럼 파괴적인 멸종을 초래할 수 없다. 오늘날 우리가 보고 있듯이 열대 지방이 너무 더워지면 생물종은 더 시원한 고위도로 이동하기 때문이다"라며 "우리 연구에 따르면 온실가스가 증가하면 지구 대부분 지역이 더워질 뿐만 아니라 날씨와 기후 변동성이 커져서 생명체가 생존하기에 더 어려운 상황이 된다"고 밝혔다. 엘니뇨는 일반적으로 1~2년 동안 지속되며, 강수량과 기온 패턴에 큰 변화를 가져올 수 있다. 그러나 올해의 경우 메가 엘니뇨로 인해 6월에 전 세계적으로 광범위한 폭염이 발생했고, 이는 인위적인 탄소 배출과 함께 2023~2024년 기록상 가장 더운 해로 귀결되었다. 그러나 약 2억 5100만 년 전에도 이러한 기후 패턴이 각각 최소한 10년 이상 지속되었다. 이러한 메가 엘니뇨 현상으로 인해 장기간 가뭄이 발생하고, 뒤를 이어 장기간 홍수가 발생해 생물종이 변화하는 환경에 적응하기가 어려웠을 것으로 추정된다. 연구진은 뱀장어와 비슷한 멸종된 무악류 척추동물인 코노돈트의 화석 이빨에서 산소 동위 원소를 분석해 이러한 '파괴적인' 기후 변동성의 증거를 발견했다. 코노돈트는 페름기 멸종에서 살아남은 몇 안 되는 동물 중 하나였다. 분석 결과 연구진은 지구 중위도와 저위도에서 온도에 의한 구역 구분이 완전히 붕괴되었다는 사실을 발견했다. 모든 곳이 고르게 너무 더워졌다는 것이다. 판스워스는 "이러한 기후 변화는 오늘날 목격된 것보다 훨씬 더 강렬하고 장기적인 엘니뇨 현상이 있었기 때문에 특히 심각했다"라며 "이로 인해 코노돈트를 비롯한 생물종은 단순히 충분히 빨리 적응하거나 진화할 준비가 되어 있지 않았다"고 말했다. 또 이 기간에 속한 암석층에서 발견된 숯은 세계가 장기간의 가뭄으로 엄청난 산불에 시달렸다는 것을 확인시켜 주고 있다. 연구진은 당시 지구를 "위기 상태에 갇힌 상황"으로 묘사하며, "대륙이 불타고 바다가 정체되어 있었다"고 썼다. 지구상 어느 곳도 안전하지 않았으며, 특히 육상 동물이 가장 큰 타격을 입었고, 거의 모든 육상 동물이 지구의 거친 기후에 적응할 수 없었다고 설명했다. 중국 지구과학대학의 야동 썬 박사는 "그 시기에는 빠르게 이동할 수 있는 종만 살아남을 수 있었는데, 그럴 식물이나 동물은 많지 않았다"라고 밝혔다. 그는 "그러나 다행히도 몇 종은 살아남았고, 그렇지 않았다면 인류도 오늘날 존재하지 않았을 지도 모른다. 대멸종은 지구상의 생명체의 종말에 가까웠지만, 완전히 종말은 아니었다"고 부연했다.
- 포커스온
2024-09-23
[기후의 역습(54)] 시베리아의 '지옥으로 가는 관문', 30년 만에 3배로 커졌다

기후 변화로 인해 시베리아의 거대한 구멍, "지옥으로 가는 관문(바타가이 분화구)'이 예상보다 빠르게 확장되고 있다고 비즈니스인사이더, NDTV 등 외신들이 전했다. 시베리아의 얼어붙은 야나 고원에 위치한 바타가이 분화구는 현재 폭이 200에이커(약 24만 5000평), 깊이가 91m를 넘는다. 이 분화구는 가오리, 투구게 또는 거대한 올챙이 모양이다. 실제 분화구가 아닌 '해빙 침체' 동토인 바타가이는 1960년대 처음 기밀이 해제된 위성 이미지에서는 거의 보이지 않는 작은 은색 조각에서 시작됐다. 현재 분화구의 크기는 불과 30년 만에 세 배로 커졌다. 바타가이 분화구는 지구에서 두 번째로 오래된 영구 동토층이다. 그런 분화구가 '점점 빠른 가속도로' 계속해서 바깥쪽으로 확장되고 있다. 현재는 분화구가 너무 커져서 우주에서도 볼 수 있을 정도다. 전문가들이 대거 분화구로 몰려들어 변화의 전후 사정을 파악하는 데 주력하고 있다. 워싱턴 대학교의 지구물리학자 로저 마이클라이즈 교수는 비즈니스인사이더와의 인터뷰에서 "바타가이에서 알아낼 수 있는 것이 많다. 바타가이가 시간이 지나면서 어떻게 진화할지 알아내는 것뿐만 아니라, 북극에서 유사한 특징이 어떻게 발달하고 진화할 수 있는지도 이해할 수 있다"라고 말했다. 마이클라이즈는 "바타가이의 10분의 1 또는 100분의 1 크기일지라도 물리학은 근본적으로 동일하다"라고 덧붙였다. 올해 초에 발표된 다른 연구에 따르면, 이 분화구는 영구 동토층의 녹은 물이 바닥의 기반암에 거의 도달했기 때문에 더 깊어지고 있다. 뉴욕포스트 보도에 따르면 빙하학자 알렉산더 키즈야코프 박사는 이 연구에서 "분화구의 역행적 해빙 침체(RTS)의 부피는 연간 약 100만 입방미터씩 증가하고 있다"라고 적었다. 전문가들은 분화구의 확장이 강둑의 침식을 가속하고 주변 생태계에 큰 영향을 미치기 때문에 인근 바타가이 강에 문제를 일으킬 것이라고 경고했다. 학자들은 또 급속히 확장되는 분화구로 인해 동토에 얼어붙어 잠겨 있던 각종 미생물이나 메탄이 해동돼 대기 중으로 방출되면서 온실가스 배출량도 증가할 수 있다고 지적했다. 전문가은 현재 매년 영구 동토층에 갇혀 있던 유기 탄소 4000~5000톤이 방출되고 있으며, 이 수치는 갈수록 증가할 가능성이 높다고 추정한다. 분화구가 녹아 확장되고 있어 이 '지옥으로 가는 관문'이 이 지역 전체에 영향을 줄 수 있다는 지적이다. 전문가들은 동토가 더 녹으면 주민들이 거주하는 주변 커뮤니티들이 위험해질 수 있다고 경고했다. 야쿠츠크의 멜니코프 영구 동토층 연구소(Melnikov Permafrost Institute)의 니키타 타나나예프 연구원은 분화구에서의 누출로 인해 인근 생태계가 영구적으로 변하고 있다고 말했다. 그는 "이로 인해 강가 서식지를 비롯한 생태계가 크게 변할 것이고, 바타가이 분화구 침식지에서 빠져나오는 퇴적물의 영향은 인근의 주요 강인 야나 강까지 영향을 미칠 것"이라고 말했다.
- 포커스온
2024-09-09
[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도

자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
- 포커스온
2024-08-14
[기후의 역습(24)] 극심한 산불, 기후 변화로 20년 만에 2배 급증

지구가 불타고 있다. 최근 그리스에서는 70건이 넘는 산불이 동시에 발생했다. 2024년 초 칠레는 역사상 최악의 산불 시즌을 겪었고, 130명 이상이 사망했다. 지난해 캐나다에서는 3~11월까지 기록적인 산불이 일어났고, 8월에는 하와이 마우이 섬이 불길로 휩쓸렸다. 지금도 산불은 계속되고 있다. 재앙적인 극심한 산불이 점점 더 자주 일어나고 있다는 사실이 수치로 확인됐다. '네이처 생태 및 진화(Nature Ecology & Evolution)'에 최근 발표된 연구에 따르면 지구상에서 가장 극심한 산불의 횟수와 강도가 지난 20년 동안 두 배로 늘어났다. 이 연구는 호주 태즈매니아 대학이 수행한 것이다. 연구팀은 2003~2023년까지 21년 동안 전 세계에서 발생했던 대형 화재에 의해 방출된 에너지를 처음으로 계산해 냈다. 연구팀은 화재에서 열에너지를 추적하는 위성 센서를 사용, 불길이 분출하는 에너지량을 측정했다. 연구팀이 조사한 화재 건수는 무려 3000만 건에 달한다. 이들을 전수조사해 가장 많은 에너지가 방출된 상위 2913개, 즉 0.01%의 '가장 극단적인' 산불을 선정했다. 분석한 결과, 극심한 산불은 점점 더 빈번해지고 있으며, 지난 20년 동안 그 횟수가 두 배로 늘어났다. 2017년부터 현재까지, 2022년 한 해를 제외한 최근 6년 동안은 지구에 가장 많은 극심한 산불이 발생한 기간이었다. 심각한 문제는 이러한 극심한 산불이 더욱 격렬해지고 있다는 사실이다. 최근 몇 년 동안 극단으로 분류된 산불은 조사 초기, 즉 2003년 언저리에 발생했던 극단적인 산불보다 두 배나 많은 에너지를 방출했다. 강도가 2배 이상 늘었다는 의미다. 이는 산불이 악화되고 있다는 최근의 다른 연구 및 관찰과도 일치한다. 예를 들어, 매년 소실되는 산림 면적은 증가하고 있으며, 이에 따라 산림 탄소 배출량도 늘고 있다. 초지 및 농경지 화재의 경우 상대적으로 산불보다 강도가 낮고 탄소 배출량도 적다. 화재가 생태계에 얼마나 심각한 피해를 주는지를 나타내는 지표인 '화상 심각도' 역시 많은 지역에서 악화되고 있다. 심각도가 높은 화재로 인해 피해를 입는 토지의 비율도 전 세계적으로 증가하고 있다. 보고서는 글로벌 화재 상황이 전반적으로 악회되고 있으며, 지역별로 뚜렷한 양상을 보인다고 지적했다. 극북 지역의 아한대 산림과 온대 침엽수림에서 전 세계적으로 극심한 산불 증가 추세를 주도하고 있다는 것이다. 이 지역은 심각한 화재 발생이 더 빈도가 높아지고 시간이 지남에 따라 악화되는 경향을 보였다. 동시에 총 연소 면적과 비율 면에서 심각한 수준을 나타냈다. 특히 동부 시베리아, 서부 미국 및 캐나다 지역의 화재 상황이 두드러졌다. 극심한 산불이 두 배 증가하면 지금까지의 소방 활동으로는 제어하기 어려워진다. 토지 변화, 산림 정책 및 관리, 기후 변화 등 산불 악화 이면에 숨어 있는 근본 원인을 해결하는 것이 시급하다. 전통적인 방법으로는 대처가 거의 불가능한 극심한 화재에 대비하는 근본적인 처방이 필요하다는 지적이다.
- 포커스온
2024-07-09
NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성

과학자들은 미 우주항공국(NASA·나사)의 이중 소행성 방향 전환 시험(DART)의 목표 소행성이 충돌로 인해 모양이 바뀌었을 수 있다는 사실을 발견했다. 과학 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 27일(현지시간) 소행성 디모포스(Dimorphos)와 충돌한 NASA의 DART 임무 결과, 충돌의 여파에 대한 새로운 조사에 따르면 이원 소행성계의 작은 구성 요소인 이 소행성은 느슨한 '잔해 더미' 구성을 보이는 것으로 나타났다고 전했다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 디모포스는 지구 근처 소행성 디디모스(Didymus)를 공전하는 작고 불규칙한 모양의 위성이다. NASA에 따르면 DART는 운동 충돌을 통해 우주에서 소행성의 움직임을 변화시켜 소행성 편향의 한 가지 방법을 조사하고 입증하는 최초의 임무였다. DART는 2023년 9월 26일 더 큰 우주 암석인 디디모스 궤도를 도는 소행성 디모포스와 충돌했다. 이 우주 공격의 목적은 운동 충돌이 소행성의 궤도를 더 큰 물체 주위로 바꿀 수 있는지 확인하고, 언젠가 지구와의 충돌 경로에 소행성이 떨어질 경우 이 방법을 사용하여 우주 암석을 회피할 수 있는지 검증하는 것이었다. 충돌 6개월 후, NASA는 디모포스가 더 큰 소행성 궤도를 도는 데 걸리는 시간이 33분 단축되는 등 임무가 성공적이었다고 확인했다. 충돌 후 디모포스가 디디모스 주위를 도는 데 걸리는 시간은 약 11시간 23분이 걸fuT다. 그리고 이제 새로운 연구에 따르면 이 충돌이 디모르포스의 모양에도 큰 영향을 미쳤을 수 있다. 스위스의 베른 대학교 과학자 사비나 라두칸이 이끄는 연구팀은 최첨단 컴퓨터 모델링을 사용하여 디모포스가 느슨한 잔해 더미 소행성이라는 것을 처음으로 확인했다. 이는 또한 이 소행성이 더 큰 소행성인 디디모스에서 분출된 물질로 형성되었을 수 있다는 것을 의미한다. 충돌 관측과 가장 근접하게 일치하는 시뮬레이션 결과, 디모포스는 응집력이 약하고 표면에 큰 바위가 없는 것으로 나타났다. 이 내용은 ‘네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)’ 저널에 게재됐다. 논문에는 이 소행성의 구성과 다가오는 우주 암석으로부터 지구를 방어할 수 있는지 여부에 대한 세부 정보가 포함되어 있다. 라두칸 박사는 "DART가 디모포스에 도착하기 전에는 무엇을 기대해야 할지 몰랐다. 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 디모포스는 제대로 관측되지 않았다. 따라서 우리는 본질적으로 디모포스 크기의 큰 바위와 같은 모 놀리 식 물체부터 응집력이 없는 잔해 더미 또는 그 사이의 모든 것을 만날 수 있었다"며 "따라서 충격 결과는 대부분의 사람들에게 놀라움으로 다가왔지만 예상된 시나리오 중 하나였다"고 말했다. 그는 "디모포스는 소행성 류구, 베누와는 구성이 매우 다르지만 충돌에 대한 반응은 매우 비슷해 보여 놀랐다"고 밝혔다. 이어 "이 모든 소행성에서 분화구는 저중력, 저응집성 체제에서 발생하며, 분화구는 발사체보다 몇 배 더 커진다고 설명했다. 또한 연구팀의 계산에 따르면, DART 충돌은 단순히 충돌 분화구를 만든 것이 아니라 디모포스를 완전히 재구성한 것으로 보인다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, DART 충돌로 인해 디모포스 질량의 0.5%에서 1%가 분출된 반면, 질량의 8%는 재분배되어 소행성이 크게 재형성되고 표면이 다시 형성된 것으로 나타났다. 라두칸은 이러한 연구 결과는 작은 소행성의 구조적 무결성과 충돌에 대한 반응이 내부 구성과 구성 물질의 분포에 크게 영향을 받는다는 것을 시사한다고 덧붙였다. 연구팀의 연구 결과는 과학자들이 디모포스와 디디모스 소행성계를 더 잘 이해하고 태양계 내 다른 쌍성 소행성의 역학을 해부하는 데 도움이 될 수 있다. 라두칸은 "이번 연구에서 밝혀진 디모포스의 물질적 특성과 구조는 작은 달이 디디모스에서 회전 질량을 흘려보내고 재축적하여 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견은 우리 태양계에서 유사한 이원계의 유병률과 특성에 대한 단서를 제공하여 형성 역사와 진화에 대한 더 넓은 이해에 기여한다"고 덧붙였다. 소행성 임무는 극도로 어려운 작업이다. 행성이나 달에 비해 상대적으로 작은 크기는 우주선 착륙과 샘플 채취에 필요한 충분한 중력이 없는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 NASA는 최근 소행성 임무에 적극적으로 나서고 있다. 일본 우주국(JAXA)의 하야부사-2(Hayabusa-2) 임무는 2018년 소행성 류구(Ryugu)에 도달했고, 같은 해 NASA의 오시리스-렉스(Osiris-Rex) 임무는 소행성 베누(Bennu)와 만났다. 하야부사 임무는 표면에 접근하여 작은 발사체를 발사해 표면 잔해를 수집했다. 그러나 DART 임무는 기존 임무와는 차별화된다. 소행성 물질 샘플을 지구로 가져오는 것이 아니라, 고속으로 우주 암석에 충돌하여 파괴하는 것이 목표였다. 소행성과의 고속 충돌은 놀라운 수준의 정밀도를 요구한다. DART의 목표였던 디모포스는 실제로 두 개의 소행성이 서로를 도는 이중 소행성 시스템의 일부였다. 이 시스템은 '쌍성(binary)'이라고 불리며, 더 큰 디디무스와 달 역할을 하는 디모포스로 구성된다. 디디무스는 지름 약 780m(2560피트)의 아폴로 소행성으로 분류되는 근지구천체다. 이는 서울 롯데월드타워 높이의 약 2.5배 정도에 해당한다. 2022년 9월 26일, NASA의 DART 임무는 디디무스에 충돌하여 궤도를 변경하려는 시도를 성공적으로 수행했다. 디모포스에 대한 시뮬레이션은 DART의 충돌로 인해 소행성에서 매우 큰 분화구를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 실제로는 소행성의 모양이 변경되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여준다. 이 시뮬레이션은 약 50억kg의 소행성과 질량 580kg의 충돌이었다. 쉽게 말하면, 개미가 버스 두 대를 치는 것과 같다. 게다가 우주선은 초당 약 6km를 이동하고 있다. 소행성 디모포스의 관찰을 바탕으로 한 시뮬레이션 결과, 소행성은 이제 디디무스 주위를 이전보다 33분 느리게 공전하는 것으로 나타났다. 궤도는 11시간 55분에서 11시간 22분으로 늘어났다. 디모포스 핵의 운동량 변화도 직접적인 충격에서 예상되는 것보다 더 높아 처음에는 불가능해 보일 수 있다. 그러나 소행성은 중력에 의해 서로 결합된 느슨한 잔해로 구성되어 매우 약하게 구성되어 있다. 그 충격으로 인해 디모포스에서 많은 물질이 날아갔다. 이 물질은 이제 충격의 반대 방향으로 이동하고 있다. 이것은 반동처럼 작용해 소행성의 속도를 늦춘다. 과학자들은 디모포스에서 떨어져 나온 반사율이 높은 모든 물질을 관찰함으로써 소행성에서 손실된 물질의 양을 추정할 수 있다. 그 결과는 약 2000만kg으로, 이는 연료를 가득 채운 아폴로 시대의 새턴 V 로켓 6개에 해당한다. 모든 매개변수(질량, 속도, 각도 및 손실된 재료의 양)를 함께 결합하고 영향을 시뮬레이션함으로써 연구원들은 답에 대해 상당히 확신을 가질 수 있었다. 디모포스에서 나오는 물질의 입자 크기뿐만 아니라 소행성의 응집력이 제한되어 있고 표면이 작은 충격에 의해 지속적으로 변경되거나 모양이 변경되어야 한다는 점에 대해서도 확신을 갖고 있다. 최근 지구에 발생한 중요한 영향으로는 2013년 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk) 상공에서 떨어진 유성우가 있다. 더 먼 기록으로는 1908년 시베리아 외딴 지역 상공의 악명 높은 퉁구스카(Tunguska) 충돌이 있다. 이는 6600만년 전 지구를 강타했을 때 공룡을 멸종시킨 10km 물체와 같이 대량 멸종을 일으킬 수 있는 종류의 사건은 아니지만, 첼랴빈스크와 퉁구스카는 가능성이 매우 높은 충돌이었다. 러시아 영토에 떨어진 거대한 운석 충돌인 첼랴빈스크와 퉁구스카 두 사건 모두 엄청난 규모의 에너지를 방출하며 광범위한 피해를 입혔다. 한편, DART 임무의 비용은 3억2400만 달러(약 4325억원)로 우주 임무로서는 낮은 수준이다. 개발 단계가 완료되면 지구 쪽으로 향하는 소행성의 방향을 바꾸는 유사한 임무를 더 저렴하게 발사할 수 있다. 가장 큰 변수는 경고 시간이다. DART가 디모포스에 충돌했을 때 관찰된 30분 궤도 변화는 소행성이 지구에 매우 가까울 경우 큰 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, 태양계 외부와 같은 먼 곳에서 물체 경로를 예측하고 작은 변화를 줄 수 있다면 소행성의 경로를 지구로부터 충분히 멀어지게 할 수 있다. 미래에는 소행성 임무가 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. 이는 과학적 관심뿐만 아니라 소행성에서 물질을 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 민간 기업의 채굴 관심도를 높일 수 있기 때문이다.
- 산업
2024-02-29
러시아, 결빙 방지 장치 없는 유조선 첫 북극 통과⋯제재 우회

우크라이나와 전쟁을 벌이고 있는 러시아가 서방 국가의 제재를 피하기 위해 결빙 방지 장치 없는 유조선으로 북극 항로를 처음으로 통과했다. 러시아가 중국으로 더 많은 원유를 운송하기 위해 결빙 방지(ice-protection, 아이스 프로텍션) 시스템을 사용하지 않는 최초의 아프라막스 유조선을 북극 지역으로 보낸 것. 아프라막스급 유조선(Aframax vessel)은 중량톤수 8만~12만미터톤인 유조선이다. 이 유조선은 단거리에서 중거리 원유 수송에 최적화된 배다. 외신 하이노스뉴스(highnorthnews)는 이러한 결정은 서구의 제재로 어려움을 겪고 있는 러시아가 새로운 경로를 개척하기 위해 예전부터 존재해온 결빙 방지 관행을 포기한 것으로 보인다고 전했다. 레오니드 로자(Leonid Loza) 호는 지난 9월 11일 이른 아침 무르만스크(Murmansk, 북극권 최대 도시) 외곽의 우바 FSO 정박지에서 중국 닝보(Ningbo, 寧波 중국 저장성 동부의 도시)를 향해 출발했다. 현재의 속도와 항로에 따르면 최대 100만 배럴의 원유를 운반할 수 있는 이 아프라막스급 유조선은 노바야젬랴(Novaya Zemlya, 유럽의 동북쪽 끝 북극해에 위치) 군도 북쪽을 지나 러시아의 북극 항로에 들어갈 것으로 예상된다. 이는 2023년 초 러시아 당국이 발표한 계획대로, 아이스 클래스(ice class, 얼음 등급)가 아닌 일반 석유 탱커로 북극 해양 경로를 이용해 원유 선적을 진행하고 있음을 의미한다. '얼음 등급'은 선박이 해빙을 통과할 수 있도록 하는 추가 강화 수준이나 기타 장치를 나타내기 위해 분류 협회 또는 국가 기관에서 지정한 표기법을 의미한다. 일부 얼음 등급에는 선박의 얼음 항해 성능에 대한 요구 사항도 포함된다. 그러나 모든 선박이 얼음 등급으로 제작되는 것은 아니다. 내빙 등급에 맞게 선박을 건조한다는 것은 선체가 더 두꺼워야 하는 등 더 많은 요구 사항이 필요하기 때문이다. 그동안 원유 선적은 결빙 방지 장치가 있는 선박으로만 이루어졌다. 레오니드 로자는 북극 항로를 통해 시도한 최초의 일반 유조선이다. 이 선박의 운영자인 NS 브리즈 선박(NS Breeze Shipping)은 지난 9월 1일 러시아 북극 항로를 관리하는 해사규제기구인 로스아톰(Rosatom)으로부터 비얼음 등급 허가를 받았다. 이 선박은 빙해가 없는 물에서는 독립적으로 항해하고 얇은 얼음 조건에서는 쇄빙선의 에스코트를 받을 수 있다. 제재로 인한 항로 변경 러시아는 제재로 인해 유럽의 원유 시장 접근이 불가능해지자 북극과 우랄산맥 지역의 일부 원유를 중국으로 보내기로 결정했다. 이에 지난 7월과 8월 두달 동안 바르네츠 해의 무르만스크를 비롯한 발트해의 프리모르스크(Primorsk) 항구와 우스트-루가(Ust-Luga) 항구에서 얼음 등급이 더 가벼운 유조선 약 12척을 출항시켰다. 그와 함께 시베리아 동부 해(East Siberian Sea)의 출항이 힘든 얼음 환경으로 인해 초기 선적은 몇주 이상 지연됐다. 원유 유조선은 더 나은 환경과, 쇄빙선과 이동하기 위해 기다려야만 했다. 러시아의 이같은 조치에 대해 브리티시 컬럼비아 대학의 국제 정치와 국제법 캐나다 연구원인 마이클 바이어스 교수는 "절박한 나라들은 절박한 조치를 취한다. 적어도 이 유조선은 엑슨발데즈 원유 유출 사고 이후 국제해사기구(IMO)에서 법 개정으로 인해 이중 선체를 갖추게 되어 안전하다"고 설명했다. '엑슨발데즈 원유 유출 사고'는 1989년 유조선 엑슨발데즈가 미국 알래스카주 프린스 윌리엄 만에서 좌초되면서 적하돼있던 원유 1100만 갤런(24만 배럴)이 유출된 사고를 말한다. 이 사고는 지금까지 해상에서 발생한 인위적 환경 파괴 중 최악의 사건으로 간주되고 있다. 바이어스 교수는 "러시아는 전쟁 중이며 심각한 제재를 받고 있다. 크렘린은 중국과 같이 원유를 구매하려는 국가에 원유를 공급하기 위해 필사적일 것"이라고 지적했다. 레오니드 로자 유조선은 중국으로 향하는 길에 알래스카 서부 해안에 인접한 베링 해협을 지날 예정이다. 결빙 장치 없이 베링 해협을 통과하는 원유 유조선은 올해까지는 극히 드물었다. 내년에 아케틱의 예니세이 만(Yenisei Bay)에서 대규모 보스토크(Vostok) 원유 프로젝트가 가동되면 계절적으로 빙해로 덮인 이 해상을 통해 원유 운송이 증가할 것으로 예상된다. 그러나 전문가들은 얼음 등급이 없는 유조선의 북극 항해로 새로운 위험이 증가할 것이라고 우려했다. 바이어스 교수는 "한 나라가 북극 주요 국가들의 일반적인 관행을 변경할 수 있을까요? 다른 국가들은 러시아를 따르지 않을 것으로 예상한다"라고 말했다.
- 산업
2023-09-25