Estimates of Arctic Ocean air-sea carbon fluxes for the period 2000–2017 from atmospheric inverse analyses
GEOS-Chem-LETKF 역분석 시스템과 2000년부터 2017년까지의 대기 중 CO2 관측 자료를 사용하여, 본 연구는 북극해에 의한 평균 순 CO2 흡수량을 56.0 ± 8.0 TgC yr⁻¹로 추정하는 동시에 특정 관측소들의 결정적인 영향력과 더욱 견고한 플럭스 추정을 위한 지역 관측망 확대의 시급성을 강조한다.
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지구를 거대하고 숨 쉬는 집이라고 상상해 보세요. 수십 년 동안 과학자들은 인류가 공기 중으로 내뿜는 "배기가스", 구체적으로 이산화탄소(CO2)가 지구의 폐에 의해 정확히 얼마나 다시 흡수되는지 알아내기 위해 노력해 왔습니다. 가장 중요한 폐 중 하나는 바로 바다입니다. 이산화탄소가 해수에 녹아드는 것은 마치 바다가 깊은 숨을 들이마시며 대기에서 가스를 끌어당겨 저장하는 것과 같습니다. 이 과정은 지구가 앓고 있는 열병(온난화)을 늦추는 데 매우 중요합니다. 하지만 북극해는 까다롭고 얼어붙은 폐입니다. 그곳은 생겼다 사라졌다 하는 떠다니는 얼음으로 덮여 있고, 주변의 육지가 녹아들어 담수를 쏟아붓기도 합니다. 그곳에 직접 가서 측정하기가 매우 어렵기 때문에, 과학자들은 이 얼어붙은 폐가 얼마나 잘 작동하고 있는지 추측해 왔습니다. 그들은 두 가지 주요 방식으로 추측합니다. 물 자체를 관찰하거나(bottom-up), 그 위의 공기를 관찰하는 방식(top-down)입니다. 이 논문은 "top-down" 접근법에 관한 것입니다. 이는 마치 남은 음식을 무게로 재는 대신, 사람이 숨을 내뱉는 양을 측정하여 그 사람이 얼마나 먹었는지 알아내는 것과 같습니다.
이 연구의 연구진은 2000년부터 2017년까지 북극해의 탄소 식단에 대해 새로운 시각으로 접근하기로 했습니다. 그들은 거대한 탐정 역할을 하는 GEOS-Chem-LETKF라는 초지능형 컴퓨터 시스템을 사용했습니다. 이 탐정은 전 세계 대기 관측소로부터 얻은 이산화탄소 측정값을 바탕으로, 역추적을 통해 그 가스가 어디에서 왔는지 혹은 어디로 갔는지를 밝혀냅니다. 그들은 북극해가 실제로 탄소를 매우 갈구하는 존재이며, 공기 중의 이산화탄소를 빨아들이는 순 흡수원(net sponge) 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 이 18년 동안 평균적으로 바다는 약 56.0 ± 8.0 TgC yr-1의 탄소를 흡수했습니다. 이는 그들의 초기 "최선의 추측치"(사전 추정치라고 불리는)인 30.19 ± 13.8 TgC yr-1보다 훨씬 많은 양으로, 바다가 예상보다 훨씬 더 효과적으로 지구를 식히는 데 도움을 주고 있음을 시사합니다.
하지만 이 이야기에는 반전이 있습니다. 탐정의 작업은 전적으로 그가 가진 단서에 달려 있다는 점입니다. 연구팀은 자신들의 "top-down" 추측이 북극 아주 먼 곳에 위치한 매우 적은 수의 대기 관측소에 크게 영향을 받는다는 사실을 깨달았습니다. 이를 테스트하기 위해, 그들은 "만약 ~라면 어떨까"라는 게임을 수행했습니다. 그들은 컴퓨터 모델을 다시 실행하되, 이번에는 특정 관측소들이 존재하지 않는다고 가정했습니다. 캐나다 알러트(ALT)에 있는 관측소의 데이터를 제거했을 때, 바다가 먹어치운 탄소량의 추정치는 31 ± 7.3 TgC yr-1만큼 급격히 감소했습니다. 마치 탐정이 주요 단서 하나를 갑자기 잊어버려, 바다가 실제보다 훨씬 적은 양의 탄소를 먹고 있다고 생각하게 된 것과 같았습니다. 반면에, 러시아 티크시(TIK)의 데이터를 제거했을 때는 추정치가 오히려 3.2 ± 9.0 TgC yr-1만큼 증가했습니다.
이 논문은 현재 북극의 대기 관측소 네트워크가 완전히 신뢰하기에는 너무 희박하다고 제안합니다. 이는 마치 단 두세 명의 목격자만 가지고 미스터리를 풀려는 것과 같습니다. 만약 한 명이라도 입을 다물거나 다른 이야기를 한다면, 전체 결론이 바뀌게 됩니다. 저자들은 티크시 관측소가 2018년 이후로 이미 데이터 보고를 중단했다는 점을 지적하며, 이것이 문제라고 말합니다. 왜냐นั้น, 그들의 시뮬레이션에 따르면 이 관측소는 바렌츠해(Barents Sea)와 보포트 셰لف(Beaufort Shelf) 같은 북극의 각 부분이 탄소를 어떻게 처리하고 있는지를 이해하는 데 결정적인 조각이었기 때문입니다. 이 연구는 북극이 중요한 탄소 흡수원임을 확인해주지만, 동시에 하늘을 감시할 더 많은 눈(관측소)을 확보하기 위해 네트워크를 확장하지 않는다면, 탄소가 정확히 얼마나 흡수되고 있는지에 대한 우리의 추정치는 계속 불안정한 상태로 남을 것이라고 경고합니다. 바다는 자신의 역할을 다하고 있지만, 우리는 바다가 정확히 얼마나 잘하고 있는지 측정하기 위한 더 나은 도구가 필요합니다.
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