맑아진 하늘에서 드러난 기후의 역설
중국의 극적인 대기오염 감축은 인류 역사상 가장 성공적인 환경 개입 사례 중 하나다. 중국은 2013년 이후 황산염 에어로졸 배출량을 약 75% 줄여 스모그에 갇혀 있던 도시의 풍경을 맑게 바꿨다. 하지만 이 성과에는 예상치 못한 기후적 대가가 따른다. 과학자들은 수백만 명의 중국 시민을 호흡기 질환으로부터 보호한 바로 그 오염 감축이 전 세계 기상 패턴을 바꿔 온난화를 가속하는 한편, 파괴적인 폭풍으로부터 북극 해빙을 보호했다는 사실을 확인했다.
목차
이 현상의 복잡성은 지구 기후 체계가 얼마나 촘촘히 연결돼 있는지를 보여준다. 화석연료 연소로 발생하는 미세 입자인 에어로졸은 햇빛을 반사하고 구름 형성을 바꿔 지구에 양산 역할을 한다. 이 입자들은 중국 도시에서 심각한 건강 문제를 일으켰지만, 지구온난화를 억제하고 태평양을 가로지르는 겨울 폭풍의 경로에도 영향을 미쳤다. 에어로졸이 사라지면서 온실가스 온난화의 영향이 온전히 드러나고 있으며, 연구자들은 이를 ‘가림막이 걷히는 효과’라고 부른다.
노르웨이 국제기후연구센터(CICERO)의 선임 연구원인 비에른 삼셋은 이러한 변화에 내재한 상충 관계를 설명했다.
중국인들은 수십 년간 나쁜 대기질로 고통받았습니다.” 그는 말했다. “이 오염은 일시적으로 지구온난화를 늦춰 우리 나머지 사람들에게 더 따뜻한 기후에 적응할 시간을 조금 더 벌어줬습니다. 이제 벌어지고 있는 일은 우리가 언젠가는 어차피 마주해야 했을 온실가스 유발 온난화의 영향을 온전히 보고 있다는 것입니다.
2019년 베링해 위기
과학자들은 2019년 초 해빙이 급격히 소실되는 사태가 발생했을 때 대기 변화의 조짐을 처음 포착했다. 그해 1월 말 북태평양 상공의 바람 패턴이 급변하면서 강력한 저기압 폭풍 다섯 개가 연달아 베링해로 향했다. 폭풍은 각각 얼음 지대 위로 따뜻한 남풍을 몰고 와 해빙을 부수고 북쪽으로 밀어냈다. 베링해 북부의 기온은 평년보다 화씨 21.6~28.8도 높았다.
3월 초 위성 관측 결과 해빙 면적은 82% 줄어 약 15만4,440제곱마일 후퇴한 것으로 나타났다. 이는 당시 같은 시기에 위성으로 관측된 역대 최대 감소 폭이었다. 연구자들은 그해 겨울 왜 그토록 강력한 폭풍이 북극을 겨냥했는지, 또 중국의 대기질이 개선된 이후 비슷한 현상이 왜 줄어들었는지를 설명하는 데 어려움을 겪었다.
산업 오염이 폭풍 경로를 바꾼 방식
답은 중위도 저기압의 복잡한 작동 원리에 있다. 쉼표처럼 소용돌이치는 이 기상계는 북반구 겨울 날씨의 상당 부분을 만들어낸다. 저기압은 열기관처럼 작동한다. 해수면 부근에서 증발한 따뜻하고 습한 공기가 상승해 구름으로 응결하면서 에너지를 끌어온다. 에어로졸은 이 과정에 미묘하지만 중대한 변화를 일으킨다.
일반적인 조건에서는 수증기가 공기 중 소수의 입자 주변에서 응결해 큰 물방울을 만들고, 이 물방울은 폭풍의 남쪽 가장자리에 비로 내린다. 그러나 공기 중 에어로졸 농도가 높으면 입자 하나하나가 구름 물방울의 씨앗이 된다. 그 결과 빗방울로 합쳐지기 어려운 작은 물방울이 다량 생성된다. 폭풍 남쪽 가장자리의 강우가 줄면서 수분은 폭풍의 대기 순환 경로를 따라 더 멀리 이동해 북동쪽 가장자리에 도달한다. 그곳에서 열을 방출하면 정확히 알맞은 위치에서 전체 기상계를 극 방향으로 밀어낸다.
주저자인 중국과학원 티베트고원연구소의 연구원 차오뎬빈은 40년간의 관측 자료와 기후 모델 시뮬레이션을 결합해 이 관계를 살펴봤다. 연구팀은 에어로졸 농도가 높았던 2000~2014년의 14년과 이전 수십 년간 에어로졸 농도가 낮았던 15년을 비교했다. 그 결과 저기압 폭풍이 소멸할 때까지 경로가 북쪽으로 최대 1.23도 이동한 것으로 나타났다. 이 정도 변화만으로도 오염이 심한 시기에 북극으로 진입하는 저기압 폭풍 수가 거의 두 배로 늘어날 수 있었다.
저기압과 해빙의 상호작용을 연구하는 매니토바대학교의 북극 기후 과학자 알렉스 크로퍼드는 연구 결과를 검토했다.
에어로졸이 폭풍 시스템을 밀어내는 힘이 제가 예상했던 것보다 강합니다.” 그는 말했다. “에어로졸이 온대저기압에 영향을 미칠 수 있는 메커니즘을 매우 잘 입증했습니다.
지역 배출이 일으키는 전 지구적 원격 연결
중국의 배출 감축 영향은 북극을 훨씬 넘어선다. 2025년에 발표된 연구에 따르면 동아시아의 에어로졸 감축은 호주의 가뭄과 산불 위험을 키우고, 태평양에서 대규모 해양 폭염을 촉발했으며, 대서양의 기록적인 해수 온도 이상 현상에도 영향을 미쳤다.
‘더 블롭(The Blob)’으로 알려진 악명 높은 태평양 해양 폭염은 이러한 장거리 영향을 잘 보여준다. 2013년 처음 형성돼 캐나다만 한 면적에 걸쳐 3년간 지속된 이 따뜻한 해수 덩어리는 어족 자원을 파괴하고 바닷새를 굶주리게 했으며, 유독성 조류 번성을 일으키고 고래를 선박 항로로 내몰았다. 최근까지 과학자들은 이처럼 갑작스러운 수온 상승을 완전히 설명하지 못했다. 새 분석에 따르면 중국의 대기오염 정화 작업이 결정적인 역할을 했다. 이전에는 태양 복사를 우주로 반사하던 에어로졸 막이 사라졌기 때문이다.
에어로졸 농도가 낮아지면 남북반구 간 기온과 기압 차이가 달라져 아시아에서 남인도양으로 향하는 대기 흐름이 강해진다. 이로 인해 남인도양 아열대 고기압과 관련 무역풍이 강화되고, 호주에서는 수분이 발산한다. 그 결과 건조하고 따뜻한 조건이 형성돼 산불 철의 화재 위험이 높아졌으며, 지표 에너지 가운데 증발 냉각에 쓰이는 양은 줄고 현열로 전환되는 양은 늘었다.
마찬가지로 북대서양은 2023~2024년 이례적으로 따뜻해지면서 물고기들이 북극해로 달아났다. 연구에 따르면 이 해양 폭염의 약 3분의 1은 선박의 황 배출을 줄인 국제 규제 때문일 수 있다. 선박은 전통적으로 이산화황을 배출해 해상 항로 위에 햇빛을 반사하는 구름을 만들었다. 새로운 청정 연료 기준으로 이러한 냉각 효과가 사라지면서 태양 복사가 해수면을 직접 데울 수 있게 됐다.
가림막이 걷힌 온난화
중국의 에어로졸 감소가 폭풍으로 인한 북극의 피해를 일부 덜어줄 수는 있지만, 전반적인 기후 영향은 온난화 가속 쪽으로 기울어 있다. 에어로졸은 온실가스가 일으키는 온난화를 일부 상쇄하는 냉각 효과를 낸다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)에 따르면 온실가스는 현재 약 섭씨 1.5도의 온난화를 일으키고 있으며, 에어로졸의 반사 효과가 이 가운데 0.4도를 가리고 있다. 이 입자들이 만드는 차광 효과가 없었다면 세계는 이미 파리협정에서 위험한 기후변화의 기준으로 정한 섭씨 1.5도 문턱을 넘었을 것이다.
컬럼비아대학교 라몬트-도허티 지구관측소의 대기과학자 댄 웨스터벨트는 온난화 효과가 결국 폭풍 경로 변화보다 더 큰 영향을 미칠 것으로 본다.
온난화가 가려지지 않고 드러나는 효과가 우세할 가능성이 큽니다. 더 지속적이고 모든 계절에 나타날 수 있는 반면, 폭풍 경로 변화는 아마도 간헐적으로 일어나기 때문입니다.” 그는 설명했다. “동아시아의 에어로졸 감축 속도는 과소평가되고 있습니다. 북미와 유럽에서 30년에 걸쳐 이뤄진 배출 감축이 동아시아에서는 10년 만에 진행되고 있습니다.
이처럼 급격한 변화로 북반구 곳곳에서 온난화가 동시에 강화되고 있다. 중국 연구자들은 2017년까지 에어로졸 감축이 중국 동부의 기존 온실가스 온난화 추세를 이미 섭씨 0.1도 높였다고 계산했다. 2030년에는 추가 온난화가 섭씨 0.2~0.5도에 이르고, 정화 노력이 운송 부문으로 확대되면서 2060년에는 섭씨 0.5도를 넘어설 수 있다.
제안된 개입과 불확실한 미래
깨끗한 공기를 유지하면서 기온 상승을 억제해야 하는 딜레마에 직면해 일부 연구자는 해양 구름 밝히기를 잠재적인 임시 방편으로 제안했다. 이 지구공학 전략은 낮은 고도의 해양 구름에 바닷소금 에어로졸을 뿌려 반사율을 높이는 방식이다. 시뮬레이션 결과, 동태평양에서 구름 밝히기를 신중하게 시행하면 인위적 에어로졸 감축으로 드러난 온난화를 상쇄할 수 있는 것으로 나타났다.
그러나 이러한 개입에는 자체적인 위험이 따른다. 기후 모델에 따르면 해양 구름 밝히기는 지역별로 불균등한 냉각을 일으킬 수 있으며, 대서양 자오면 역전 순환(AMOC)을 가속하는 한편 유럽과 미국은 예상보다 더 따뜻하게 만들 가능성이 있다. 이 기법은 라니냐와 비슷한 강수 패턴을 만드는 경향도 있어 해양 대륙과 호주 주변의 강수량은 늘리고 중앙 열대 태평양과 미국 남부의 강수량은 줄일 수 있다.
대안적 접근법은 이산화탄소의 수백 년보다 훨씬 짧은 약 10년 동안만 대기에 머무는 메탄 배출 감축에 초점을 맞춘다. 현재 메탄의 온난화 효과가 잔존 에어로졸의 냉각 효과와 비슷한 수준인 만큼, 메탄을 빠르게 줄이면 대기오염 통제로 가려졌던 온난화에 대응할 임시 완충책이 될 수 있다. 천연가스정과 파이프라인에서 가스를 방출하지 못하게 하는 것은 비용이 적게 드는 대책이다.
북극의 바람과 미래 해운 위험
북극이 계속 따뜻해지면서 지역의 물리적 환경도 달라지고 있다. 최근 연구에 따르면 1960년대 이후 북극해 표층 부근의 풍속이 뚜렷하게 빨라졌으며, 외곽 해역에서 증가 폭이 가장 컸다. 이러한 가속은 위쪽으로 전달되는 열 흐름 때문에 대기 안정성이 낮아지고, 빙하와 해빙이 녹으면서 지표 거칠기가 줄어든 데 따른 것이다.
이러한 바람 변화는 북극 횡단 해운의 미래에 중요한 영향을 미친다. 해빙 후퇴로 카라해와 보퍼트해를 지나는 새로운 항로가 열리는 가운데, 강한 바람은 더 높은 파도를 일으키고 해안 침식을 키울 것이다. 고배출 시나리오의 전망에 따르면 금세기 말까지 북극 풍속은 초속 최대 0.3미터 증가할 수 있다. 해양에서는 증가 폭이 상당하겠지만 육지에서는 변화가 더 작을 것으로 보인다.
폭풍 발생 빈도 감소와 풍속 증가가 맞물리면서 해빙의 형성과 유지 환경은 복잡해지고 있다. 저기압 폭풍이 줄면 어떤 해에는 기계적인 해빙 파괴가 감소할 수 있지만, 지속적인 온난화와 바람 가속으로 큰 폭풍이 없더라도 해빙이 회복되지 못할 수 있다. 서로 상반된 요인들이 계속 변하는 가운데 북극 해빙의 미래는 여전히 불확실하다.
핵심 요약
- 2013년 이후 중국이 황산염 에어로졸 배출량을 75% 줄이면서 북태평양 폭풍 경로가 바뀌었고, 북극에 도달해 해빙을 파괴하는 저기압 폭풍의 수가 줄었다.
- 같은 오염 감축으로 과거 햇빛을 반사하던 에어로졸 입자가 사라져, 수십 년간 억제됐던 온실가스 온난화가 드러나면서 지구온난화가 가속됐다.
- 에어로졸 감축은 호주의 가뭄과 산불 위험을 키우고 태평양 해양 폭염에 영향을 미쳤으며 북대서양을 따뜻하게 했다.
- 연구에 따르면 에어로졸의 냉각 효과가 없었다면 세계는 이미 파리협정에서 정한 섭씨 1.5도 온난화 기준을 넘어섰을 것이다.
- 과학자들은 대기질 개선에 따른 온난화를 상쇄할 잠재적 대책으로 해양 구름 밝히기나 메탄 배출 감축을 제안한다.
- 북극 표층 부근의 풍속은 지표 거칠기 감소와 대기 불안정으로 1960년대 이후 크게 빨라졌으며, 이는 해운 안전에 새로운 과제를 안기고 있다.
