캐나다 산불이 성층권을 온난화시키는 방법

배출량 증가로 인해 극심한 산불이 증가하고 있지만 그 대가로 기후를 교란시키는 것 같습니다. 그러나 전반적인 영향을 평가하는 것은 생각보다 까다롭습니다. 그을린 집 에서 치명적인 연기로  뒤덮인 도시에 이르기까지  산불로 인한 황폐화 의 묵시적인 이미지가   세계에서 펼쳐지는 기후 재앙을 구현하기 위해 빠르게 다가오고 있습니다.

올 8월 하와이에서는  마우이를 강타한 100년 만  에 가장 치명적인 미국 산불 이후 사망자 수가 여전히 증가하고 있습니다. 캐나다에서는 전국적으로 타오르는 극심한 화재가  기록상 그 어느 때보 다 더 널리 퍼져 있습니다 .

연구에 따르면 산불의  가능성  과  강도는  인간이 야기한 지구 온도 상승으로 이미 증가했습니다. 그러나 이러한 강력한 현상에 대해 아직 이해하지 못하는 것이 너무 많습니다. 특히 산불이 꺼진 후에도 오랫동안 기후 시스템을 변경하고 방해할 수 있는 산불 자체의 능력입니다.

화재가 기후에 영향을 미치는 가장 광범위한 방법 중 하나는 나무와 토양에 저장된 막대한 양의 탄소를 대기 중으로 방출하는 능력입니다. 악의적인 피드백 루프에서 추가 CO2는 화재 자체를 더 쉽게 만드는 것과 동일한 지구 온난화에 기여합니다. 2020년 한 해에만 캘리포니아의 산불로 인해 16년  간의 온실 가스 배출량 감축이 무산된 것으로 추정됩니다  . 연구자들은 산림 재성장이 발생할 수 있지만 지구 온난화를 1.5C 제한 아래로 유지하는 데 도움이 될 만큼 빠르지는 않다고 제안합니다.

그러나 모든 산불이 기후에 미치는 영향이 그렇게 오래 지속되는 것은 아닙니다. 모두가 온난화를 일으키지는 않습니다. 햇빛을 차단하고  구름을 밝게 하는 추가 물방울을 끌어들임으로써  연기 에어로졸은 햇빛을 다시 우주로 반사하여 낮은 대기에서 국부적인 냉각을 유도할 수 있습니다 .

이 냉각 효과는 일반적으로 비가 에어로졸을 다시 땅으로 씻어낼 때까지만 지속됩니다. 그러나 산불의 규모가 커짐에 따라 이러한 더 일시적인 영향도 범위와 기간이 확대되고 있습니다. 예를 들어, 호주의 2019-2020 산불 시즌은 최근 라니냐 날씨 패턴의 "트리플 딥(triple dip)"에 영향을 미쳤을 수 있는 광범위한 연기 유발 냉각을 생성했다고 연구 결과가 제안  합니다 .

따라서 산불의 다양한 영향이 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 것은 기후에 대한 전반적인 영향을 이해하는 데 중요하며 따라서 위험한 기후 변화를 제한하려는 인류의 시도를 안내합니다. 

 

슈퍼 발생

산불의 순 온난화 또는 냉각 효과를 계산한다는 것은 표면에서 위로 다양한 시간 판매 및 대기 수준에 미치는 영향을 고려하는 것을 의미합니다. 따라서 한 가지 연구 방법은 상공 4-31마일(6-50km) 에서 일어나는 성층권 반응에 초점을 맞추었습니다 .

이 수준 아래에서 낮은 대류권은 상승하는 CO2 수준으로 인해 온난화되고 있습니다. 그러나 같은 경향이 성층권을 식히고 있습니다 . 공기가 얇아지면 이산화탄소가 에너지를 우주로 방출할 수 있기 때문입니다.

캐나다에서는 전국적으로 타오르는 극심한 화재가 기록상 그 어느 때보다 더 널리 퍼져 있습니다. (Credit: BC Wildfire Service/Getty Images)

최근까지 화산이나 핵폭발만이 연기를 성층권으로 밀어 올려 이 냉각 과정을 방해할 만큼 강력하다고 생각했습니다. 그러나 대규모 산불이 적절한 기상 조건을 만나면  하늘을 어둡게 하고  불규칙한 바람과 토네이도를 일으키고 지표면 위로 8-14km( 5-9마일 )  높은 산불 연기 기둥을 분사하는 거대하고 더러운 뇌우를 일으킬  수 있습니다. pyrocumulonimbus 구름 또는 pyroCbs로 알려진 이 천둥 구름은 전 세계 수천 마일을 이동할 수 있는 에어로졸을 방출합니다.

공기 중에 떠오른 이 산불 에어로졸의 검은 탄소는 열을 흡수하여 주변 성층권을 상승시키고 따뜻하게 한다고 오스트리아 그라츠 대학의 베게너 기후 및 지구 변화 센터의 Matthias Stocker는 말합니다.

대규모  산불의 성층권 영향 에 대한 그의 연구  에 따르면 2019-20년 호주에서 발생한 pyroCb 슈퍼 발발로 인한 연기  로 인해 연기가 초기에 발생하는 동안 성층권이 매우 강하게 따뜻해졌습니다(최대 10C/18F). 다음 몇 달 동안 에어로졸이 다시 땅으로 가라앉기 전에 평균 3.5C(6.3F) 더 따뜻했습니다.

우리가 이미 배운 중요한 사실은 산불이 성층권의 여러 영향에 중요할 수 있다는 것입니다 – Matthias Stocker

캐나다는 지난 10년 동안 올해 가장 활동적인 pyroCb 해를 보았다고 pyroCb 연기의 움직임에 대한 예측 시스템을 만들려고 시도하고 있는 워싱턴 DC에 있는 미국 해군 연구소의 기상학자인 David A Peterson은 말합니다. 2013년부터 글로벌 데이터 세트를 구축하고 있습니다.

"5월 초부터 캐나다에서 최소 133개의 pyroCbs가 관찰되었으며 전 세계적으로 153개가 관찰되었습니다." ( 기후 변화가 캐나다의 산불을 유발했는지 여부에 대한 최신 과학에 대해 읽어보십시오 .)

그러나 2023년에 관찰된 많은 pyroCb 이벤트 중 어느 것도 2019-20년 호주 슈퍼 발발 또는 2017년  캐나다 태평양 북서부 이벤트 의 성층권 영향에 필적하지 않는다고 Peterson은 말합니다. 둘 다 "지난 10년 동안 대부분의 화산 폭발로 인한 영향에 필적하거나 능가하는" 성층권 연기 플룸을 생성했으며, 이는 수개월 동안 높은 고도에서 지속된다고 그는 말합니다.

 

성층권 대 대류권

모델은  pyroCb 산불의 조건이  증가하도록 설정되어 있음을 분명히 보여줍니다. 즉, 이러한 에어로졸의 영향이 "성층권의 역학을 변화시키고 결과를 초래할"만큼 충분히 중요해질 가능성이 있음을 의미한다고 Stocker는 말합니다.

한 가지 특별한 우려 는 유해한 자외선을 차단하는  오존층의 회복이 지연될 수 있다는 것입니다 . 연구에서는 이미 몇 가지 부정적인 영향을 입증했습니다. ( 세계의 오존 구멍에 일어난 일에 대해 자세히 읽어보십시오 ).

산불 후 그을린 표면은 풍경의 알베도를 감소시켜 표면의 온난화를 증가시킬 수 있습니다. (Credit: Getty Images)

그러나 성층권 온난화가 날씨에 정확히 어떻게 영향을 미칠 수 있는지는 거의 모두 대류권에서 발생하지만 아직 알려지지 않았습니다. 성층권의 열 변화는 차례로 바람의 순환을 변화시킨다고 국립해양대기청(NOAA)의 화학과학 연구소의 Karen Rosenlof는 말합니다. "바람을 바꾸면 파도가 성층권에서 전파되는 방식이 바뀔 수 있으며, 이는 대류권에 피드백을 제공합니다." 그러나 표면 날씨에 미치는 영향은 "성층권의 가열 분포에 따라 달라지므로 일반화하는 것은 실제로 불가능합니다"라고 그녀는 말합니다.

"우리가 이미 배운 가장 큰 사실은 산불이 성층권의 여러 영향에 중요할 수 있다는 것입니다."라고 Stocker는 말합니다. "이것은 큰 실험입니다. 제 생각에는 변경 사항을 시도하고 싶지 않습니다. 연구원들은 이미 유해한 영향이 있을 수 있다고 보고 있습니다."

 

알베도와 증발

산불은 또한 지상의 기후에 영향을 미칠 수 있습니다.

한 가지 메커니즘은 풍경의 알베도 또는 빛을 반사하는 능력 의 변화와 관련이 있습니다 . 화재의 여파로 그을린 표면은 알베도를 감소시켜 표면 온난화를 증가시킬 수 있습니다 . 반대로 숲 캐노피가 줄어들면 풀이나 눈과 같은 더 많은 반사 개체가 노출되어 알베도가 높아져 냉각 효과가 발생할 수 있습니다.

또 다른 과정은 물의 증발과 관련이 있습니다. 번성하는 식물은 알려진 증산 과정에서 잎에서 물을 방출하며 물은 토양과 캐노피에서 직접 증발합니다. 결과적으로 주변 공기가 냉각됩니다. 그러나 산불이 이것을 억제하면 온난화가 증가합니다.

이러한 요인들의 상호 작용을 조사한 2019년 연구에 따르면  평균 표면 온도는 화염이 꺼진 후 최소 5년 동안 따뜻할 수 있습니다 . 감소된 증산이 이것의 주요 원인인 것으로 밝혀졌다고 몬태나 대학의 생태학 연구원이자 이 연구의 주저자인 Zhihua Liu는 말합니다 .

"미래에 더 빈번하고 심각한 화재가 발생하면 이 지표 온난화가 기후 온난화에 기여할 수 있습니다."라고 그는 덧붙입니다. "그러나 기후 온난화, 초목 역학 및 화재 간의 상호 작용은 매우 복잡하지만 아직 완전히 이해되지 않았습니다."

 

' 큰 실험 이야 '

산불이 여러 방식으로 기후 시스템에 영향을 미치기 때문에   장기적으로 전반적인 영향을 이해하려면 다양한 상호 작용 과 시간 척도를 이해하는 것이 필수적입니다. Stocker는 "인간의 CO2 배출을 얼마나 빨리 줄이는지 이해해야 하기 때문에 순 결과를 이해할 필요가 있습니다."라고 말합니다.

화산과 들불 연기의 냉각 효과를 시뮬레이션하는 태양 지구공학이 인공적으로 성층권에 에어로졸을 주입함으로써 기후 변화의 최악의 영향을 해결하는 데 도움이 될 수 있다는 제안이 있습니다 .

그러나 산불의 무수한 영향을 완전히 모델링할 수 없을 때 그렇게 하는 것은 현명하지 못할 것이라고 Stocker는 말합니다. "현재 우리는 지구 공학이 무엇을 할 수 있는지 모릅니다. [산불 연구]는 어떤 변화가 있을지 이해하는 데 도움이 되지만 큰 지구 공학 시나리오를 시도하지는 않기를 바랍니다."