Methane transport from the world's densest fossil source region systematically biases satellite-based emission estimates

거대한 메탄의 혼동: 바람이 숨바꼭질을 할 때

지구의 대기를 거대하고 투명한 공기의 바다라고 상상해 보세요. 강물 속의 물처럼, 이 공기는 끊임없이 흐르며 무언가를 실어 나릅니다. 그것이 실어 나르는 가장 중요한 것 중 하나는 바로 메탄입니다. 메탄은 지구를 둘러싼 두꺼운 담요처럼 작용하여 열을 가두고 기후를 따뜻하게 만드는 강력한 온실가스입니다. 과학자들은 이 메탄이 정확히 어디에서 오는지 알아내어 이를 막기 위해 경주를 벌이고 있습니다. 그들은 메탄의 양을 측정하기 위해 두 가지 주요 방법을 사용합니다. 하나는 공장과 농장에서의 영수증을 모두 합산하는 것과 같은 방식(이를 "상향식(bottom-up)"이라 부릅니다)이고, 다른 하나는 우주에서 초강력 망원경으로 공기 자체를 관찰하는 것과 같은 방식(이를 "위성 기반(satellite-based)"이라 부릅니다)입니다.

문제는 바람이 아주 까다롭다는 점입니다. 바람은 단순히 직선으로 불지 않습니다. 소용돌이치기도 하고, 산에 의해 막히기도 하며, 때로는 시작된 곳에서 멀리 떨어진 곳까지 오염 물질을 무겁게 실어 나르기도 합니다. 만약 당신이 오염 물질의 양을 세려고 하는데, 바람이 그것을 다른 마을로 옮겨 놓았다면, 당신은 두 번째 마을이 범인이라고 생각할 수도 있지만 실제로는 그곳은 그저 산들바람의 희생자일 뿐입니다. 이러한 혼란은 누가 정말로 온난화에 책임을 지고 있는지 파고드는 것을 어렵게 만듭니다. 왜냐하면 우리가 잘못된 곳을 비난한다면, 잘못된 문제를 해결하려고 노력하게 될 수도 있기 때문입니다. 이는 매우 큰 문제입니다.

산맥의 함정과 보이지 않는 고속도로

이제 시선을 돌려, 산맥이 주인공 역할을 하는 중국의 특정 사례를 자세히 살펴보겠습니다. 연구진은 거대한 탄광으로 유명한 산시성(Shanxi)에 주목했습니다. 석탄 채굴은 메탄의 거대한 원천이며, 산시성은 마치 메탄을 뿜어내는 거대한 공장과 같습니다. 바로 옆에는 농업과 축산업으로 알려진 허난성(Henan)이 있습니다. 보통 우리는 석탄 광산에서 높은 메탄 수치가 나타나고 농장에서는 낮은 수치가 나타날 것이라고 예상할 것입니다. 하지만 과학자들이 위성 데이터를 조사했을 때, 이상한 일이 일어나고 있었습니다.

논문은 바람과 산이 메탄을 가지고 "숨바꼭질"을 하고 있다고 제안합니다. 산시는 타이항산맥(Taihang range)이라는 높은 산들로 둘러싸여 있습니다. 많은 날 동안 바람은 이 산들에 의해 막혀 메탄을 탄광 안에 가둡니다. 이는 마치 계곡에 갇힌 자동차 교통 체증과 같습니다. 오염 물질은 쌓이지만 밖으로 나갈 수 없습니다. 그러나 연구진은 일 년에 약 76일 동안 날씨가 변한다는 것을 발견했습니다. 바람이 충분히 강해져서 메탄을 산봉우리 위 높은 하늘로 밀어 올리는 것입니다.

산맥을 벽이라고 생각해 보세요. 보통 메탄은 벽의 "산시 쪽"에 갇혀 있습니다. 하지만 이 특별한 날들에는 바람이 거대한 엘리베이터처럼 작용하여 메탄을 벽 너머로 들어 올려 허난 쪽으로 떨어뜨립니다. 일단 산을 넘어서면, 메한은 바람을 타고 허난의 농경지 위로 흘러 내려갑니다. 우주에서 내려다보는 위성들은 허난의 농장 위로 떠 있는 거대한 메탄 구름을 목격합니다. 위성은 이 '보이지 않는 엘리베이터 탑승'에 대해 알지 못하기 때문에, 농장이 그 모든 메탄을 만들어내고 있다고 가정합니다.

거대한 오해

이러한 혼동은 심각한 수학적 오류를 초래합니다. 연구에 따르면, 이러한 바람의 이동 때문에 현재의 방식으로는 산시성의 탄광이 실제로 배출하는 메탄량을 37% 과소평가하고 있습니다. 이는 마치 탄광들이 크게 소리치고 있지만, 소리가 멀리 실려 가는 바람 때문에 위성은 그저 속삭임만을 듣고 있는 것과 같습니다.

동시에, 위성은 허난의 농장에서 나오는 메탄을 59% 과대평가하고 있습니다. 이는 마치 농장들이 죄 없는 범죄로 기소되는 것과 같습니다. 그들은 그저 그 자리에 서 있을 뿐인데, 바람이 탄광의 오염 물질을 그들 머리 위로 쏟아붓고 있는 것입니다. 연구진은 공기 입자의 경로를 추적하기 위해 특수 컴퓨터 시뮬레이션(WRF-STULT)을 사용했습니다. 그들은 이 바람 부는 날들에 관찰된 농장의 메탄이 실제로 산시의 탄광에서 시작되어, 산 위 높은 곳을 지나, 농지로 내려왔음을 확인했습니다.

논문은 이것이 단순한 작은 오류가 아니라고 주장합니다. 비록 이러한 강력한 이동 현상이 일 년에 약 76일 정도만 발생하더라도, 관련된 메탄의 양이 너무 방대하여 연간 평균 전체를 왜곡하기 때문입니다. 일 년 전체를 놓고 본다면, 현재의 배출량 계산 방식은 석탄 채굴이 실제보다 덜 심각한 것처럼 보이게 만들고, 농업이 실제보다 더 큰 문제인 것처럼 보이게 만듭니다. 이는 전 지구적 메탄 서약(Global Methane Pledge)과 같은 글로벌 기후 목표가 어디에 돈을 쓰고 어떤 규칙을 만들지 결정하기 위해 정확한 수치에 의존한다는 점에서 매우 중요한 일입니다. 만약 우리가 엉뚱한 곳을 비난하고 있다면, 우리의 노력을 낭비하고 있는 것일 수도 있습니다.

바람을 보는 새로운 방법

이를 해결하기 위해 저자들은 데이터를 바라보는 더 가벼운 새로운 방법을 개발했습니다. 단순히 평균을 내는 대신, 그들은 "경험적 직교 함수(Empirical Orthogonal Function, EOF)" 분석이라는 수학적 기술을 사용했습니다. 이것은 섞여 있는 스무디를 원래의 과일들로 다시 분리하는 것과 같습니다. 위성 데이터는 배경 공기, 지역 농장, 그리고 멀리 떨어진 탄광에서 온 메탄이 섞인 '스무디'입니다. EOF 방식은 "지역적인" 맛과 "이동해 온" 맛을 분리하는 데 도움을 줍니다.

이를 통해 연구진은 바람이 산시의 메탄을 허난으로 운반하는 날과 그렇지 않은 날을 식별할 수 있었습니다. "이동하는 날"에는 메탄이 탄광에서 떨어지고 농장에서 상승하는 것을 볼 수 있었습니다. "정상적인 날"에는 메탄이 제자리에 머물러 있었습니다. 이 두 종류의 날을 분리함으로써, 그들은 실제로 누가 가스를 생산하는지에 대해 훨씬 더 정확한 계산을 할 수 있었습니다.

연구는 이러한 종류의 이동이 중국에만 국한된 것이 아니라고 제안합니다. 미국의 로키 산맥이나 인도의 탄광 지역처럼 전 세계의 다른 산악 화석 연료 지역에서도 이런 일이 일어날 수 있습니다. 만약 우리가 바람이 국경을 넘어 오염을 운반하는 것을 고려하지 않는다면, 우리는 기후 정책의 방향을 잘못 잡을 수 있습니다. 저자들은 우리가 배출량을 측정하는 방식을 바꾸어 이러한 "국경 간 이동"을 포함해야 한다고 제в 제안하며, 이를 통해 실제로 공기 중으로 메탄을 뿜어내는 사람들이 책임을 지도록 보장해야 한다고 강조합니다. 즉, 그저 바람을 맞고 있을 뿐인 풍하측(downwind)의 농부들이 아니라 말입니다.