[환경이슈] CO2 농도 상승으로 세계 건조 지역 녹색화 진행 중

Every rose has its thorn.
모든 장미에는 가시가 있다.

건조 지역의 녹색화가 긍정적인 변화처럼 보이지만,
그 이면에 숨겨진 부작용과 도전과제가 있을 수 있습니다.

CO2 수치가 상승함에 따라 세계의 건조 지역이 녹색화되고 있습니다.

기후 변화가 광범위한 사막화를 초래할 것이라는 경고에도 불구하고, 많은 건조 지역이 대기 중 CO2 증가로 인해 녹색화되고 있습니다 — 최근 연구에 따르면 이 추세는 계속될 것으로 보입니다. 그러나 과학자들은 이렇게 추가된 식생이 희소한 수자원을 흡수할 수 있다고 경고합니다.

프레드 피어스 작성 • 2024년 7월 16일

With CO2 Levels Rising, World’s Drylands Are Turning Green

 

호주 남동부는 점점 더 뜨겁고 건조해지고 있습니다. 가뭄이 길어지고, 기온은 regularly 95°F(35°C) 이상으로 치솟습니다. 산불이 빈번합니다. 그러나 어떻게든 그곳의 삼림은 계속 자라고 있습니다. 지구상에서 가장 극단적이고 불안정한 생태계 중 하나가 기상학을 거스르고 녹색화되고 있습니다.

그리고 호주만이 아닙니다. 아프리카의 사헬 지역에서 인도 서부의 건조 지역, 중국 북부의 사막에서 남아프리카까지, 이야기는 동일합니다. 시드니 뉴사우스웨일스 대학의 기후변화연구센터 물 순환 연구원인 제이슨 에반스는 "건조도가 증가함에도 불구하고 전 세계 대부분의 건조 지역에서 녹색화가 일어나고 있다"라고 말합니다.

무슨 일이 일어나고 있는 걸까요?

대부분의 최근 연구가 결론짓는 주요 이유는 산업화 이전 시대에 비해 50% 증가한 대기 중 이산화탄소 농도입니다. 이렇게 증가한 CO2는 기후 변화를 주도할 뿐만 아니라 식물의 광합성을 가속화하고 있습니다. 희소한 물을 더 효율적으로 사용할 수 있게 함으로써, CO2가 풍부한 공기는 가장 건조한 지역에서도 식물 성장을 촉진합니다.

우리가 더 많은 CO2를 대기 중으로 배출함에 따라, 최근의 두 모델링 연구에 따르면 건조 지역의 녹색화는 계속될 것으로 보입니다. 그러나 생태학자들은 겉보기와는 달리, 녹색화가 건조 생태계와 그에 의존하는 사람들에게 단점이 될 수 있다고 경고합니다. 사막의 식물과 동물들은 종종 불리해질 것이고, 추가된 식생이 희소한 수자원을 흡수할 수 있기 때문이죠.

더 뜨겁고 건조한 기후의 부정적 영향이 사라진 것은 아닙니다. 그러나 대부분의 건조 지역에서 CO2 시비 효과가 강력한 것으로 입증되고 있습니다.

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건조 지역은 지구 육지 표면의 약 40%를 차지합니다. 중심부의 사막은 광활한 사바나 초원, 건조한 삼림, 때로는 관개된 들판으로 둘러싸여 있습니다. 이 지역들은 세계 인구의 3분의 1 이상의 거주지이며, 국제자연보전연맹(IUCN)에 따르면 세계에서 가장 생물다양성이 풍부한 생태계 중 하나입니다.

지난 반세기 동안 대부분의 건조 지역은 강수량 감소와 함께 기온 상승 및 증발률 증가를 경험해 왔습니다. 많은 지역이 또한 부적절한 농업 관행과 가축의 과도한 방목으로 인해 황폐화되었습니다. 기후 과학자들과 생태학자들은 최근까지 이러한 기상학적 건조화와 인간 활동으로 인한 압력의 조합이 식생 감소로 이어질 것이라고 추정해 왔습니다. 그들은 UN 관리들이 "우리 시대의 가장 큰 환경적 도전"이라고 부른 광범위한 사막화에 대해 일상적으로 경고해 왔습니다.

그러나 대부분의 건조 지역에서 이 예상된 사막화는 일어나지 않았습니다. 시들고 죽는 대신, 식생은 보통 더 빨리 자라고 영역을 확장하고 있으며, 사막은 후퇴하고 있습니다. 세계의 탄소 및 물 순환 연구자들에 따르면, 이는 주로 대기 중에 쌓여있는 CO2 때문입니다.

광합성은 식물이 잎의 기공을 통해 CO2를 흡수하고 이를 식물 물질로 전환하는 과정입니다. 이 과정에는 물이 필요하며, 건조 지역에서는 물이 종종 식물 성장의 제한 요인입니다. 공기 중 CO2 농도가 높아지면 광합성이 더 쉬워지고 식물이 이 과정에서 물을 덜 사용할 수 있게 됩니다.

농업 과학자들은 오랫동안 식물 성장에 대한 추가 CO2의 이점을 알고 있었습니다. 농부들은 때때로 수확량을 높이기 위해 온실의 밀폐된 대기에 이 가스를 투여합니다. 사실상, 우리는 지금 전체 대기에 대해 같은 일을 하고 있는 셈입니다.

더 뜨겁고 건조한 기후의 부정적 영향이 사라진 것은 아닙니다. 그러나 대부분의 건조 지역에서 이 CO2 시비 효과가 더 강력한 것으로 입증되고 있습니다. 화석 연료 연소로 인해 대기 중 CO2 농도가 계속 상승한다면, 식물 성장의 이런 초고속화는 단기간에 그치지 않을 것 같습니다. 지난 달 발표된 새로운 모델링 연구에 따르면, 이는 오히려 향후 수십 년간 더 두드러질 것으로 보입니다. 에반스는 이 연구의 공동 저자로서 "대부분의 전 세계 건조 지역에서 식생 생산성이 증가할 것으로 예상된다"라고 말합니다.

CO2의 이 예상치 못한 장점은 기후 변화 자체의 속도에 영향을 미칠 것입니다. 생태계를 말리고 그들의 CO2를 방출하여 기후 변화를 가속화하는 대신, 대기 중으로의 인위적 가스 방출은 식생이 탄소 포집을 증가시키도록 허용하고 있습니다 — 비록 소폭이지만 기후 변화를 줄이는 데 도움을 주고 있습니다.

과학자들은 더 빨리 자라는 식물들에 의한 추가 CO2 흡수가 대기 중 가스 축적을 완화하고 있다고 말합니다.

한동안, 모든 생물군계에서, 단지 건조 지역뿐만 아니라 전 세계적인 녹색화의 증거가 늘어나고 있었습니다. 2016년, 보스턴 대학의 원격 감지 전문가 랑가 마이네니는 8개국 32명의 다른 연구자들과 함께 NASA 위성 이미지를 연구하여 식생 추세를 파악했습니다. 그들은 1980년 이후 지구의 식생 지역 중 4분의 1에서 절반이 잎 면적 지수(식생 풍부도의 표준 측정치)가 증가했다고 결론지었습니다.

마이네니의 후속 통계 분석에 따르면 이 전 세계적 녹색화의 약 70%가 CO2 시비 효과에 기인할 수 있었습니다. 다른 요인으로는 대기 오염으로 인한 질소 침적, 강수량, 토지 피복의 지역적 변화 등이 있었습니다.

이 결과는 2021년 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에서 전 세계 다양한 생태계의 광합성 속도를 평가한 연구에 의해 확인된 것으로 보입니다. 식생과 그 위의 공기 사이의 가스 교환을 측정하는 "플럭스 타워" 네트워크를 사용하여, 탄소 순환 연구원 트레버 키넌과 동료들은 1982년 이후 광합성이 12% 증가했으며, CO2 시비 효과가 다시 주요 원인이라고 결론지었습니다.

더 빨리 자라는 식물들에 의한 추가 CO2 흡수는 대기 중 가스 축적을 완화하고 있다고 키넌은 말합니다. "그것이 결코 기후 변화를 멈추게 하지는 않지만, 우리가 그것을 늦추는 데 도움을 주고 있습니다."

이 전 세계적 녹색화는 건조 지역에서 가장 극적으로 나타나며, 생태계와 그에 의존하는 사람들의 삶에 가장 큰 영향을 미치고 있습니다. 모든 건조 지역에서 이런 일이 일어나는 것은 아닙니다. 일부 지역은 갈색화(browning)되고 있습니다. 그러나 그런 지역은 많지 않습니다.

2020년 에반스와 매사추세츠 주 폴머스의 우드웰 기후연구센터의 원격 감지 연구원 아덴 버렐이 실시한 평가에 따르면, 1982년 이후 건조 지역의 약 6%가 사막화를 겪었습니다. 이는 기상 조건을 기반으로 한 이전 추정치의 4분의 1에 불과합니다. 이 지역들에는 미국 남서부의 많은 부분, 가뭄에 취약한 브라질 북동부, 중앙아시아의 일부가 포함됩니다.

그러나 에반스와 버렐은 상당한 녹색화가 이전에 인정된 것보다 훨씬 더 광범위하며 — 사막화보다 3배 이상 크다는 것을 발견했습니다. 이는 세계 건조 지역의 41%를 차지하며, 인도에서 아프리카 사헬 지역, 중국 북부에서 호주 남동부에 이르기까지 다양합니다.

최근의 기후 모델링은 건조 지역의 녹색화가 금세기 중반 이전에 둔화될 가능성이 낮으며 오히려 가속화될 수 있음을 시사합니다.

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작년, 중국 란저우 대학의 구오롱 장과 동료들은 지난 30년 동안 건조 지역에서 건조도와 잎 면적 사이의 전 세계적 divergence(분화, 분리)를 발견했다고 보고했습니다. 장은 이 "분리"의 이유가 "CO2의 시비 효과"에 있다고 말합니다.

과거의 만연한 사막화 예측이 왜 그렇게 잘못되었을까요? 에반스에 따르면 한 가지 이유는 연구자들이 대기 건조도의 표준 측정치인 건조도 지수가 식생 성장 가능성을 신뢰성 있게 예측할 것이라고 믿게 되었기 때문입니다.

건조 지수는 강수량(비가 내리는 양)과 증발로 인한 잠재적인 수분 손실의 비율을 말합니다. 이 비율이 낮을수록 더 건조한 환경을 의미합니다. 예를 들어, 비는 적게 내리는데 증발로 물이 많이 사라지면 매우 건조한 상태가 됩니다.

이제, 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도가 일정할 때는 이 지수로 식물의 상태를 잘 설명할 수 있습니다. 그러나 대기 중 CO2 농도가 증가하면 식물은 물을 더 효율적으로 사용하게 되어, 식물의 성장이 기상 조건(비와 증발량)만으로는 설명되지 않게 됩니다.

만약 CO2 농도가 증가하는 효과가 강수량 감소의 효과보다 더 크다면, 건조한 환경에서도 식물들이 잘 자라게 됩니다. 즉, CO2가 많아져서 식물이 물을 더 잘 사용하게 되면, 비록 비는 적게 오지만 식물이 잘 자라서 건조한 지역이 녹색으로 변하는 현상이 나타날 수 있습니다.

물은 건조 지역의 식물 성장에 있어 유일한 잠재적 제한 요인이 아닙니다. 영양분, 특히 질소의 가용성도 또 다른 요인입니다. 이는 CO2 시비 효과의 이점이 계속 증가할 것인지에 대한 의문을 제기합니다. 그러나 최근의 기후 모델링은 건조 지역의 녹색화가 금세기 중반 이전에 둔화될 가능성이 낮으며 오히려 가속화될 수 있음을 시사합니다.

농부들은 지하수를 펌핑하여 작물에 관개함으로써 인도의 건조한 구자라트 주를 녹색화하고 있습니다.

작년, 베이징 칭화대학의 수문학 모델러 지웨이 류는 건조도에 대한 CO2 시비 효과의 영향을 고려할 때, 이번 세기말까지 건조 지역은 단 5% 확장되지만 식생 생산성은 약 50% 증가할 것이라고 결론지었습니다.

그리고 지난 달, 버렐, 에반스, 그리고 뉴사우스웨일스 대학의 신위에 장은 지금까지 가장 상세한 모델링에서 동일한 결과를 발견했습니다. 새로운 예측은 "기후 변화로 인한 건조도의 지속적인 증가를 보여주지만", "건조 지역의 4% 미만만이 사막화될 것"이라고 그들은 결론지었습니다. 에반스는 미래 녹색화의 정확한 범위는 대기 중에 얼마나 많은 CO2가 축적되는지에 달려 있다고 말합니다. 그러나 모든 시나리오에서, 그들의 모델링은 대부분의 건조 지역이 더 녹색화될 것이라고 예측합니다.

이 녹색화의 영향은 이미 심오합니다. 현재 애들레이드 대학의 사미 리파이는 "호주 동부의 삼림 지대가 지난 40년 동안 '반복적인 기록적인 가뭄과 열파'를 겪었다"라고 말합니다. 그러나 그 기간 동안 "CO2 시비 효과가 증가하는 건조함을 앞질러 호주의 목본 생태계의 녹색화를 주도했습니다."

관개로 인한 녹색화는 희소한 수자원 reserves에 혼란을 일으키고 귀중한 건조 지역 생태계를 파괴할 수 있습니다.

일부 연구자들은 농부들이 토지를 사용하는 방식과 같은 다른 요인들이 지역적으로 중요할 수 있다고 주장합니다. 나무를 땔감으로 베어내거나, 잘못된 작물 관행이 토양 침식을 일으키거나, 너무 많은 가축을 이용 건조 지역의 대부분을 차지하는 초원에 넣는 것과 같이 잘못된 토지 이용은 종종 사막화를 일으킬 수 있습니다. 그러나 농부들은 때때로 관개 작물을 재배하거나 들판에 나무를 키워 불모지를 "녹색화"하기도 합니다. 가장 극적인 녹색화 지역 중 일부에서는 많은 요인들이 작용할 수 있습니다.

2019년 마이네니와 다른 연구자들의 연구는 토지 이용 관리가 "'지구 녹색화'의 핵심 동인이며, 관찰된 녹색 잎 면적의 순 증가의 3분의 1 이상, 아마도 그 이상을 차지한다"라고 결론지었습니다.

사하라 사막 남쪽 가장자리의 사헬 지역을 예로 들어보겠습니다. 그곳의 식생 성장은 어디에서나 발견되는 추가 CO2의 혜택을 받았습니다. 그러나 이 지역은 또한 1970년대와 1980년대의 파괴적인 가뭄 이후 비의 귀환을 목격했습니다. 그리고 일부 지역에서는 농부들이 농사 방식을 바꾸어 작물에 그늘과 영양분을 제공하기 위해 들판에서 나무의 자연 재생을 nurturing 하고 있습니다.

워싱턴 D.C.의 세계자원연구소의 지리학자 크리스 레이즈는 니제르의 농부들 사이에서 이러한 추세를 추적해 왔습니다. 그는 현재 이전에 거의 나무가 없었던 국가 남부의 약 1250만 에이커에 걸쳐 약 2억 그루의 나무가 더 있다고 추정합니다.

"만약 CO2 시비가 여기서 녹색화의 결정적 요인이었다면, 그것은 지역 전체에서 일어났을 것입니다. 그러나 그렇지 않습니다, " 그는 말합니다. 대신, 녹색화는 농부들이 나무를 키우는 데 거의 관심을 보이지 않는 나이지리아와의 국경에서 갑자기 멈춥니다.

에반스는 그의 연구가 니제르 남부에서 발견한 예외적인 녹색화가 아마도 농부들의 나무 재생과 관련이 있을 것이라는 데 동의합니다. 그리고 그는 인도 농부들도 중요한 역할을 했다고 말합니다. 구자라트와 같은 건조한 주에서, 그들은 한때 불모지였던 땅에 작물을 관개하기 위해 지하수를 펌핑하고 있습니다. 3월에 발표된 연구에서 구자라트의 인도 공과대학 물 자원 엔지니어인 인드라 트리파티는 그 결과로 토양 수분이 증가하여 녹색화로 나타난다고 결론지었습니다.

그렇다면 이 모든 것이 좋은 소식일까요? 전혀 그렇지 않습니다, 생태학자들은 경고합니다. 가장 명백하게, 농업 관개로 인한 녹색화는 희소한 수자원 reserves에 혼란을 일으키고 귀중한 건조 지역 생태계를 파괴할 수 있습니다.

그리고 자연 생태계의 녹색화에도 단점이 있습니다. "사막을 구하자"는 인기 있는 환경 메시지가 아닐 수 있지만, 건조 생태계에는 중요합니다. 그들은 수십 년 동안 강우 없이 생존할 수 있는 식물이나 안개 습기를 수확하기 위해 몸에 새로운 기하학적 구조를 발달시킨 사막 딱정벌레와 같이, 희소한 물에 독특하게 적응한 종들의 중요한 서식지입니다.

호주 남동부와 같은 일부 지역에서는 건조한 환경의 추가 식생이 산불 위험을 증가시키고 있습니다.

이러한 전문화된 종들은 그들이 진화하여 이용해 온 환경이 변화함에 따라 불리해질 수 있습니다. 외래종들이 들어올 수 있습니다. 실제로, 생태계의 녹색화 자체가 높아진 CO2 수준을 최대한 활용하는 데 더 잘 적응한 빠르게 자라는 외래 식물들의 침입의 징후일 수 있으며, 이는 빠르게 자라고 토착종을 몰아냅니다.

캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 소노란 사막에서의 장기 연구는 강우량이 적고 기온이 높은 환경에 더 잘 적응한 더 작은 관목들이 토착 식물들을 희생시키며 들어오고 있음을 보여줍니다. 이는 생태학적 붕괴를 나타내는 녹색화의 인상을 만들어냅니다.

일부 지역에서는 건조한 환경의 추가 식생이 산불 위험도 증가시키고 있습니다. 4년 전, 화염이 호주 남동부를 휩쓸어 사우스캐롤라이나 주 크기의 지역을 태웠습니다. 산림 관리자들은 이 대화재를 가뭄, 고온, 그리고 가연성 목질 식생의 축적의 조합 탓으로 돌렸는데, 분석에 따르면 이는 부분적으로 CO2 시비 효과의 결과였습니다. 녹색화의 대표적 사례가 화염 속에서 사라졌습니다.

세계는 기후 변화가 세계의 건조 지역에서 빠르고 광범위한 사막화를 촉발할 것이라고 예상한 것이 잘못되었습니다. 사실, 반대의 일이 일어나고 있습니다. 그러나 현재 같은 지역의 많은 곳에서 위성 이미지로 볼 수 있는 극적인 녹색화가 그들의 문제가 끝났다고 선언할 이유라고 상상하는 것은 비슷한 어리석음일 수 있습니다.