Biogeochemical cycle in the northern hemisphere permafrost region in the end of the 21st

Abstract

IPCC A2 미래 기후변화 시나리오는 2000년부터 2009년까지 이산화탄소의 농도가 약 350ppm에서 850ppm으로 증가하도록 설정되어있다. 본 연구에서는 이산화탄소의 농도를 대기 강제력으로 CLM4.5BGC를 2005년부터 2099년까지 적분하여 환북극의 영구동토층의 변화를 살펴보았다. 현재(2005-2017)부터 21세기 후반(2085-2099)까지 미래 기후변화 시나리오에 따른 지구 온난화가 진행 되면서, 유라시아 동쪽지역과 알래스카 캐나다 고위도에서 동토층의 면적이 감소하였다. 토양온도는 북극지역(60-90°N)에서의 모든 지역이 증가하는 것을 보여주었는데, 특히 동토층이 존재하는 지역에서 강한 증가를 보여주었다. 그러나 동토층 지역에서는 토양온도가 증가해도 평균 토양온도는 영하로 유지되기 때문에 동토지역에서는 토양온도가 증가함에 따라 토양 속 수분은 증가하였지만 토양 속 얼음은 증가하는 것으로 나타났다. 총 일차 생산량(Gross Primary Production)에서 총 생태계 호흡량(Total Ecosystem Respiration)을 제외한 값을 순 생태계 교환량( Net Ecosystem Exchange)이라 한다. 21세기 후반으로 갈수록 대부분의 동토층 지역에서 순 생태계 교환량(NEE)은 양의 값을 나타내면서 이산화탄소의 방출원이 되는 것으로 확인되었다. 특히 토양호흡(Soil respiration)보다 미생물 호흡(Heterotrophic respiration)이 더 강하게 나타난다. 이는 동토의 해동으로 인하여 영구동토층에 묻혀있던 많은 양의 동식물의 사체의 분해가 증가되면서 미생물의 호흡이 활발하게 일어난다는 것을 확인할 수 있었다. 동토의 해동으로 인하여 습지가 생성이 되면, 동토층에서 방출된 이산화탄소와 물이 결합하여 메탄이 생성된다. 21세기 후반으로 갈수록 동토층 지역에서 메탄방출이 증가하는 것으로 확인되었다. 동토층을 제외한 곳에서도 메탄 방출과 밀접한 관계를 갖고 있는 토양의 총 수분과 비례하는 것으로 나타났다. 즉, 토양의 온도가 올라감에 따라 동토층의 해동이 진행되고, 토양의 수분증가와 이산화탄소 방출과 함께 메탄 방출도 증가하게 되는 것이다. 결론적으로 본 연구에서는 지구온난화가 진행될수록 동토층 지역에서 이산화탄소와 메탄의 방출이 증가하고, 주요 온실기체(Greenhouse Gas)인 두 기체의 증가로 인하여 미래온난화를 더 가속화 시킬 수 있는 요인으로 분석된다.