글로벌 기후변화의 바로미터 ‘북극’

북극이라는 단어를 떠올리면 끊임없이 펼쳐진 눈덮인 하얀 설원에 북극곰이 어슬렁거리면서 얼음 위를 걷고 있는 모습을 상상할 수 있다. 그러나 정작 어디에 북극이 있는지를 묻는다면 지구의 맨 꼭대기 어디쯤으로 기억할 것이다. 북극은 보통 지리학적으로 66.33도 이북에 있는 동토와 바다를 포함해서 북극으로 정의하며, 주변이 북극 연안국으로 둘러싸여 있는 ‘북극해’이다.

그림 1. 전 지구의 1981‒2010년대 평균기온과 비교시 2020년의 기온 변화. (Source: ERA5, Credit: Copernicus Climate Change Service/ECMWF)

지난 몇 년간 우리나라 및 전 세계에서 발생한 극한의 추위와 폭설, 상상 초월의 폭염, 집중호우, 산불 등의 이상기후를 따라가다 보면 어김없이 만나는 단어는 ‘북극’이다. 북극은 지난 반세기 동안 지구 평균 기온 상승보다 2‒3배 이상 빠르게 증가하면서 지구온난화의 중심 선상에 놓여있다. 이렇게 북극이 다른 지역에 비하여 온난화가 더 크게 나타나는 현상을 ‘북극 온난화 증폭(Arctic amplication)’이라고 한다.

북극의 기후에 영향을 주는 가장 중요한 요인은 북극에 있는 얼음덩어리다. 북극에는 바닷물이 언 바다 얼음 즉 ‘해빙’과 눈이 쌓여서 얼음이 된 빙하가 있다. 특히 북극에서는 기온이 상승하면서, 태양 빛을 반사하던 얼음판인 해빙이 점차 사라지면서 바닷물이 노출되고, 태양 빛은 그대로 바다에 흡수되어 바닷물을 따듯하게 데우게 된다. 해양의 수온 상승으로 해빙을 더 빨리 녹게 하는 ‘얼음 반사 피드백’이 강하게 작용하고 있는 곳이 북극이다. 이것이 북극의 온난화가 다른 지역보다 더 빠르게 일어나고 있는 원인이다. 북극의 온난화로 인하여 세계에서 가장 큰 얼음 섬인 그린란드 빙상은 지난 10년간 3조 5000억 톤이 사라져, 전 세계 해수면을 1 cm 높이는 데 일조했으며, 북극 바다를 덮고 있는 해빙 면적은 지난 40년 동안 약 40% 정도 감소하면서 차가운 북극해에서 더 이상 얼음이 설 자리를 잃어가고 있다.

그림 2. 북극해 해빙면적이 역대 두 번째로 낮게 기록되었던 2020년 9월 북극해 해빙 분포.(노란선은 1981‒2010년 사이 평균 해빙분포선)

공신력 있는 기후변화에 관한 정부 간 협의체인 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)가 발간한 6차 보고서에 따르면 북극 온난화가 가속화된다면 2050년 이전에 북극해에서 9월에 적어도 한번은 해빙이 모두 사라지는 시기가 올 것으로 전망하였다. 

그러나 더 큰 문제는 북극의 변화는 북극에서 멈추지 않는다는 것이다. 북극의 맨 꼭대기에는 찬 공기의 소용돌이가 있고, 찬 공기가 남쪽으로 내려오지 못하도록 막아주는 제트기류가 북극 주변을 돌고 있다. 북극 온난화로 해빙이 녹으면 북극 상공에 존재하는 극소용돌이(Polar Vortex)를 약화시키고 이에 따라 극소용돌이 안에 갇혀있던 북극의 찬 공기가 북극과 중위도 간 균형이 깨진 것을 틈타서 중위도 지역까지 넘어오면서 중위도 지역에 잦은 한파와 폭설 등을 일으키는 것이다. 문제는 온난화로 북극의 얼음이 더 빨리 녹게 되면 이러한 현상이 더 자주, 더 강력하게 발생하게 될 것이다. 지난해 한반도를 휘몰아친 기록적인 폭염과 한파 등도 북극이 뜨거워지면서 발생한 이상기후 현상들이다. 이처럼 북극은 인간의 발길이 닿지 않은 곳이기에 조그만 변화에도 민감하게 반응하며, 그 변화들이 지구 전체 기후에 영향을 미치고 있기 때문에 북극은 글로벌 기후변화의 바로미터라고 할 수 있으며, 우리가 북극의 기후와 해빙을 관찰하고 이상 신호를 추적하는 이유이다.

북극 온난화로 위협받는 생태계

북극의 온난화로 인한 해빙 감소와 주변 시스템과의 상호작용 및 피드백은 대기와 해양의 순환뿐 아니라 그곳에서 살아가고 있는 사람과 생물들에게도 큰 영향을 미치고 있다. 북극에 서식하는 생물들의 다양성은 다른 해역에 비하여 높지 않지만 북극에만 서식할 수 있는 고유종들이 분포하고 있다. 이들은 저온 환경에서 오랫동안 진화해 왔기 때문에 급격한 온난화는 생물들의 서식지 변동과 먹이 이용 등에 변화를 초래하여 해양 생태계 전체의 먹이사슬에도 큰 변화를 일으킨다. 특히 북극해 해빙이 점차 사라지면서 해빙을 서식처로 살아가는 생물들에게도 큰 타격을 주게 되는 것이다.  

그림 3. 파도와 사투를 벌이는 집을 읽은 북극곰.(2012년 북극해 항해 중, 사진 제공: 극지연구소 해양연구본부)

북극에서 해빙을 터전으로 살아가는 대표적 생물은 북극곰으로 해빙 위에서 서식하면서 바다표범 등을 먹으면서 살아간다. 그러나 북극의 얼음이 점차 사라지면서 북극곰은 더 이상 살 곳을 잃어가고 있다.

학자들은 지구온난화로 가장 먼저 생존 위기를 겪고 있는 동물로 북극곰을 꼽았고, 북극 얼음이 점차 사라지면서 2050년까지 30%의 북극곰이 사라질 것으로 전망하고 있다(세계자연보전연맹). 2008년 멸종위기종으로 지정된 북극곰은 자연에서 먹잇감을 찾기 힘들게 되면서 민가를 습격하거나 새끼를 잡아먹는 충격적인 모습까지 포착되기도 하여 생태계 위기를 보여주었다. 지금처럼 온난화가 지속되면 북극곰 이후로 멸종하는 동물들이 지속적으로 늘어날 것이며, 그 먹이사슬의 가장 꼭대기에 있는 인간에게도 적지 않은 피해가 있을 것이다. 

북극 바다가 따듯해지고 얼음이 사라지면서 아북극권에 서식하고 있던 수산 생물들은 북극해로 점차 이동하기 시작하였다. 북극해 주변 해역인 바렌츠, 베링해, 알래스카 북쪽 연안 등에서는 전 세계 수산물 생산량의 37%가 생산되고 있으며, 기후변화로 점차 어종이 북상하면서 어종의 변화도 예상된다. 북극해에서 외래종의 유입은 먹이와 필수자원을 놓고 생물종 간의 경쟁으로 북극어종을 감소시키거나 외부로 쫓아낼 수도 있다. 이와 같이 수산자원의 북상에 따른 북극 어종의 변화가 예상되며, 특히 얼음이 사라진 북극 공해상에서 조업 활동이 가능해짐에 따른 불법 어업 등도 예상된다. 따라서 이에 대한 대응이 필요하다는 점을 공감한 북극 연안국 및 비북극 연안 국가들의 국제적 움직임이 2017년부터 활발하게 시작되었다. 북극 중앙 공해상 면적은 북극해 전체의 20%를 차지하며, 인류가 공동 활용할 수 있는 지구상에 남아있는 마지막 공해상이다. 따라서 중앙 북극 공해상에서 수산 생물자원을 보존하고, 지속 가능한 이용을 위해 북극 연안 5개국(미국, 러시아, 캐나다, 덴마크, 노르웨이)과 비북극 연안 5개국(한국, 중국, 일본, 아이슬란드, 유럽연합)이 뜻을 모아서 ‘중앙 북극 공해상 비규제 어업방지협정(Agreement to Prevent Unregulated High Sea Fisheries in the Central Arctic Ocean, CAO 어업협정)’의 국제협약이 2021년 6월 25일에 발효되었다. 협정이 발효됨에 따라 북극 공해상에서 별도의 지역 수산 기구가 결성될 때까지 어느 나라도 조업 활동을 하지 못하며, 설립추진이 안 될 경우 향후 16년 동안 북극 공해상에서 조업 활동은 금지된다. 북극해 어업협정 당사국인 10개국에서는 북극해에서 지속 가능한 어업 가능성을 검토하는데 필요한 과학적 데이터와 어업정보를 공유하기 위하여 현재 북극해 공동과학프로그램을 준비 중에 있으며, 제1차 당사국 총회가 우리나라에서 2022년 11월에 개최될 예정이다. 

북극의 위협은 인류에게 기회로 다가와

북극 온난화에 따른 해빙의 감소는 인류 공동 대응을 필요로 하는 위기이기도 하지만 동시에 새로운 항로와 막대한 자원 개발이라는 경제적 이용 가능성을 향상시킬 수 있는 기회의 영역으로 제공되기도 한다. 

북극은 지구자원의 마지막 보고로 엄청나게 풍부한 지하자원(천연가스, 석유 등)이 매장되어 있을 것으로 추정된다. 특히 지구온난화로 영구동토층이 녹고, 바다 얼음이 사라지면서 노출되는 땅과 바다에서 자원개발이 휠씬 용이해진 것이다. 미국지질조사소에 따르면 북극은 전 세계 미발견된 에너지 자원량의 22%에 해당하는 900억 배럴의 석유, 1670 Tcf의 천연가스가 부존되어 있다. 특히 천연가스의 잠재부존량은 전 세계 미발견 천연가스의 30%에 해당한다. 그 외에도 철, 아연, 구리, 니켈, 우라늄 등 유용 광물자원이 매장되어 있으며, 특히 첨단 IT 산업에 필수적인 희토류 자원이 다량 부존하고 있는 것으로 알려져 있다. 그중 천연가스는 상대적으로 오염물질이 적어 클린 에너지원으로 그 수요가 증가할 것이기 때문에 북극은 전 세계 주요 천연가스 공급원이 될 것이다. 북극의 천연가스 자원의 84%는 대륙붕에 매장되어 있어서 북극 해양에서 자원탐사는 매우 중요하다. 대륙붕에는 ‘불타는 얼음’이라 불리는 메탄하이드레이트가 꽁꽁 얼어있는 영구동토층에 존재하고 있다. 메탄하이드레이트는 메탄가스 방출로 지구온난화에 주범이기도 하지만, 미래의 신에너지 자원으로서 주목받고 있기 때문에 북극은 인류의 미래 에너지 창고로서 역할을 하고 있는 것이다.   

그림 4. 차세대 쇄빙연구선 조감도.(사진제공: 극지연구소)

북극에서 찾을 수 있는 또 다른 경제적 가능성은 북극 항로다. 북극 항로는 지구온난화로 북극의 얼음이 녹아 배가 지나갈 수 있게 되면서 상업 운항이 기대되는 바닷길이다. 얼음으로 덮여있던 북극의 바닷길이 열리기 시작하면서 인류에게 새로운 기회가 제공된 것이다. 일반적으로 북극해는 시베리아 북부 해안을 따라 대서양과 태평양을 연결하는 북동항로(Northern Sea Route, NSR)와 캐나다 북부해협을 따라 대서양과 태평양을 연결하는 북서 항로(Northwest Passage, NWP)로 존재하며, 두 개의 항로를 통칭하여 북극 항로라고 한다. 북극 항로의 이용은 우리나라에서 유럽까지 갈 때 기존 수에즈 운하를 통과하여 유럽까지 연결되는 남방 항로(Southern Sea Route)보다 거리가 32% 단축되고(22,000km→15,000km), 운항 일수도 10일 정도 단축되기 때문에 비용과 시간을 대폭 줄일 수 있다. 예전에는 여름 한철 북극 항로 이용이 가능했고, 다른 계절에는 얼음으로 덮여 있어서 이용이 불가능했던 북극 항로가 최근 북극 해빙이 점차 사라지면서 북극 항로를 상시 활용할 수 있는 가능성이 제시된 것이다. 북극 항로를 물류 운반을 위한 정기 항로로 이용한다면 경제성이 매우 높아 4차산업혁명 시대의 판도를 바꾸는 물류 산업에 혁신을 가져올 것으로 주목되고 있다. 이것은 기후변화가 역설적으로 열어준 새로운 기회로써 우리는 기후변화와 지속 가능한 개발에 유연하게 대처하기 위한 방안을 지속적으로 모색해야 할 것이다. 

차세대 쇄빙연구선으로 북극 연구 선도해야

얼음을 깨는 배라는 뜻의 쇄빙선(ice breaker)은 얼음이 가득 차 있는 극지 바다를 독자적으로 향해 가능한 선박이다. 우리나라 최초의 쇄빙연구선은 ‘아라온’호이다. 2009년에 건조된 아라온호는 지난 10년 동안 매년 여름 북극 바다를 누비면서 북극 결빙해역(동시베리아, 척치해, 뷰포트해 등)에서 북극의 기후, 자원, 생태, 환경 등 많은 연구 활동을 수행해 왔다. 아라온호는 남북극 결빙해역에서 연구 활동 및 남북극 기지에 보급지원과 인원 수송 등의 임무를 수행해 왔다. 그러나 아라온호는 1 m 두께의 얼음을 3노트의 속도로 쇄빙할 수 있는 능력을 갖추었기 때문에 얼음이 두껍게 얼어있는 고위도 결빙해역에는 접근하기 어려우며, 여름철 해빙이 많이 사라진 시기에만 북극해 연구가 가능하였다. 또한 한 척의 배로 남극과 북극 연구뿐 아니라 기지 보급 등의 업무를 수행하다 보니 글로벌 이슈의 중심에 있는 북극 연구 수요를 감당하기에는 많은 어려움이 있었다. 결국, 극지 연구에 있어서 아라온으로는 극복할 수 없는 한계에 부딪히게 된 것이다. 

최근 빈번히 발생하고 있는 기후변화를 예측하고 해빙 감소로 인한 폭염, 한파 등의 이상기후의 원인을 파악하기 위하여 북극은 세계인의 뜨거운 관심을 받고 있다. 전 세계 기후변화의 전개 양상과 이상기후를 정확히 예측하기 위해서는 북극해 전역에서 연중 관측한 자료가 필요하며, 북극의 빠른 변화를 따라잡기 위해서는 고성능의 최첨단 쇄빙연구선이 필수적이다. 따라서 정부에서는 이러한 북극 연구의 한계를 극복하고 한국의 북극 연구 수준을 높이기 위하여 제2쇄빙 연구선의 건조를 타진해 왔고, 2021년 6월에 드디어 ‘차세대 쇄빙연구선’의 건조가 확정되었다. 차세대 쇄빙선은 1.5m 두께의 얼음을 3노트의 속도로 쇄빙할 수 있어서 아라온보다 쇄빙 능력이 향상 될 것이며, 선박 규모도 15,450톤으로 아라온보다 2배 이상 크고, 100명의 연구원과 승조원이 최장 75일까지 물자 공급 없이 항해할 수 있게 설계될 것이다. 또한 최첨단 연구시설 장비 시스템의 도입으로 북극연구의 성과를 극대화시킬 수 있을 것이며, 무엇보다도 오염물질을 적게 배출하는 LNG-저유황유의 이중연료 체계를 적용하여 북극해에서 친환경으로 선박으로 운항하게 될 것이다.

차세대 쇄빙연구선은 그동안 아라온호가 접근하지 못했던 결빙해역에서 연중 연구가 가능하게 되어 기후, 해양, 해빙, 수산, 자원, 대기 등의 연구를 수행할 수 있기 때문에 전 지구 기후 변화의 실마리를 풀 수 있고 인류사회에 기여할 수 있는 의미 있는 성과들이 나올 것으로 기대한다. 아라온의 건조로 대한민국의 위상이 높아지고, 국제사회에서 공동연구를 수행하면서 극지 연구가 도약기를 맞이했다면, 차세대 쇄빙연구선은 우리가 국제사회에서 극지 연구를 주도할 수 있게 될 것이고, 우리나라가 책임 있는 국제사회의 일원으로서 인류의 북극 연구 수준을 비약적으로 끌어올릴 수 있을 것이다. 아마도 2027년이면 두꺼운 얼음으로 가득 차 있는 북극점에서 차세대 쇄빙선을 만나게 되지 않을까 기대해 본다.

얼음 나라 북극이 전하는 메시지

지구의 맨 끝자락에 있는 북극은 지리적으로 우리의 삶과 동떨어져 보이지만, 북극의 기후변화 등을 비롯한 과학과 환경, 국가 간의 협력, 경쟁과 관련된 국제 정치적 이슈 및 자원개발에 따른 경제적 산업적 분야까지 직·간접적으로 우리 삶에 많은 영향을 미치고 있다. 즉, 북극에서 변화는 북극에서만 머무는 것이 아니라 인류에 큰 영향을 미치고 있다는 것이다. 지구의 온도를 일정하게 유지해주는 에어컨과 같은 역할을 하는 북극은 온난화가 가속화되면서 그 변화는 한반도에 거주하는 우리에게도 기록적인 한파, 폭설, 폭염, 집중호우, 태풍 등과 같은 기후변화의 당혹함을 주고 있는 것이다. 이는 우리 인간들이 과도한 화석에너지 이용으로 인한 이산화탄소 증가로 지구온난화가 가속화되면서 전 지구 기후를 조절하는 북극 에어컨 장치가 이상 작동되고 있기 때문이다.

최근 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)’의 6차 보고서에 의하면 늦어도 2040년 이전에 지구 온도가 1.5℃ 상승할 것이며, 상승 도달 시기는 2018년 당시 예상했던 2052년보다 12년이나 더 앞당겨졌다고 언급했다. 특히 이번 보고서에서는 ‘인간의 영향에 의한 온난화는 명백한 사실’이라고 명시해 인간 활동이 지구환경 파괴의 핵심이라는 사실을 명확히 거론했다. 아마도 얼음 나라 북극은 지구온도 1.5℃ 상승에 가장 큰 직격탄을 맞게 될 것이다. 따라서 북극은 탄광 속 카나리아처럼 지구 환경이 얼마나 위험 수준에 이르렀는지 알려주는 지구온난화의 척도가 될 수 있다. 광부들이 탄광 속 유해가스를 나타내는 지표로 카나리아를 지켜봤던 것처럼 북극이 녹아내리는 것도 기후재앙에 대한 경고를 보내는 신호일 것이다. 우리는 앞으로 더 많은 변화를 체험할 것이기 때문에 북극의 빠른 변화에 선제적으로 대응할 수 있는 인류의 노력이 그 어느 때보다 절실하다.