바다에서도 보이고 있는 온난화의 영향

12.3.1 수온의 상승

바다는 지구 온난화에 의해 발생한 열의 93.4%를 흡수하고 있다. 해양의 열 함량 증가는 바닷물의 부피를 팽창시키는 동시에 빙하가 융해되어 해수면을 상승시키는 요인이 된다. 

오른쪽은 1955년부터 2012년까지 전 세계 해양의 열 함량 변화로, 에너지의 단위인 joule로 측정되었다. 미국(NOAA)과 호주(CSIRO) 및 일본(MRI/JMA)의 3개 기관에서 수심 700km까지를 대상으로 각각 계산되었으며, 1971~2000년의 기후 평년값을 기준으로 하였다. 1955년 이후 장기간의 변화 경향에서 바다가 따뜻해졌음을 알 수 있다. 지나 수십 년 동안 온실가스의 농도가 지속해서 상승한 것과는 달리, 해양의 열 함량은 화산 분출과 엘리뇨 등 기후변동성의 영향으로 해마다 변화하면서 상승하고 있다. 
해양은 태양복사열을 흡수하여 축적하고 심해로 분산시키는 동시에 해류를 통해 전 세계의 해양으로 재분배시킨다. 해양의 열 함량 변화는 수온 자체의 변화로 지구의 기후시스템에 중요한 역할을 한다. 대기-해양 간의 상호작용으로 해면에서 발산되는 열이 대기의 기상 패턴에 영향을 주기 때문이다. 해양은 대기 중의 이산화탄소를 흡수함으로써 지구의 온난화를 늦추는 데 기여하고 있다. 만약 해양의 열저장 능력이 크지 않다면 대기의 온난화 속도는 현재보다 빠르게 진행되었을 것이다.
전 세계의 평균 표층 수온은 140년 전보다 약 1℃ 상승했으며 기온의 상승 경향과 거의 일치한다. 1910년부터 1945년까지의 수온 변화는 지속해서 상승하였으며, 1970년대까지 평년과 유사한 상태를 보인 이후 꾸준히 온난화되고 있다. 미래의 수온 변화는 해양의 열용량이 크기 때문에 지표면 기온의 상승 폭을 능가하지는 않을 것으로 보이지만, 2100년경 전 세계의 수온은 1990년에 대비 1.1~4.6℃ 상승할 것으로 예상한다. 이럴 경우 금세기 말의 여름철에는 북극에서 빙하를 보기 어려울 수도 있다. 수온 상승에 의한 극지방의 빙하 면적 감소는 선순환 과정을 통해 지구의 온난화를 가속하고 해류의 순환과 기후 패턴에 변화를 가져오기 때문이다. 

12.3.2 해수면 상승

 

최근의 해수면 상승(sea level rise)은 지구 온난화와 수온 상승에 따른 해양의 열팽창과 빙하의 해빙이 주요인이고, 육상의 호수나 지하수 등에서 유입되는 물이 더해지는 결과이다. 이 가운데 해양의 열팽창은 해수면 상승의 가장 큰 요인으로 전체의 70~75% 정도 기여한다. 해수면의 상승은 해양 생태계에 악영향을 주고, 폭풍에 의한 해일을 강화할 수 있다. 또한 해안이나 해발 고도가 낮은 저지대 및 섬 등에 침수나 매몰의 위험성을 증가시킨다. 전 세계 인구의 약 41%가 해안가에 살고 있으며, 인구 1000만 명 이상의 대도시 가운데 약 67%가 연안 저지대에 있다. 일반적으로 해수면이 상승하게 되면 물의 증발량과 강수량이 증가하고 대기 중 잠열 방출이 많아진다. 이에 따라 기온이 장기간 상승하는 경우 간빙기를 형성할 수 있다.

20세기에 지구의 평균 해수면은 10~20 cm(연간 1.7mm) 높아졌다. 1961년부터 2003년까지의 전구 평균 해수면 변화는 연간 1.8mm씩 상승했지만, 1993년부터 2003년까지는 연간 3.1mm씩 상승하였다. 이처럼 최근 들어 해수면의 상승 폭이 많이 증가하는 것은 지구 온난화와 연관된 바닷물의 열팽창과 빙하의 융해 속도에 기인하는 것으로 보고 있다. SRES시나리오는 21세기말인 2090~2099년에 해수면이 18~59cm 상승할 것으로 전망했다. 지구온난화가 지속되어 그린란드 빙상이 완전히 녹으면 해수면은 약 7m 상승할 것으로 예측된다. 기후시스템의 관성에 의해, 온실가스 농도가 안정화된 이후에도 해수면은 수 세기 동안 계속 상승하고, 이산화탄소의 농도가 산업화 이전의 두 배 또는 네 배가 될 경우 해수면은 각각 0.5~2.0m 또는 1~4m 정도 상승할 것으로 예측된다.
해수면의 변동은 엘니뇨 남방 진동과도 연관이 있다. 라니냐가 발생하면 강한 동풍 계열의 무역풍이 따뜻한 표층수를 서쪽으로 이송시킨다. 따라서 서태평양의 해수면은 평년에 비해 높아지고 동태평양은 낮아진다. 엘리뇨의 경우 라니냐와 정반대의 결과를 가져온다. 오른쪽에서 1993년부터 2010년까지의 해수면 변화를 보면 서태평 양의 여러 해역에서 연평균 10 mm 이상 상승한 것을 알 수 있다.

12.3.3  해양의 산성화

해양의 산성화(acidification)는 흡수된 이산화탄소가 화학적 반응을 통해 바닷물의 수소이온 농도(pH:potential hydrogen)를 산성 상태로 떨어뜨리는 현상이다. 
이산화탄소의 농도는 산업화 이후 최근까지 약 40% 증가했으며, 인위적으로 방출된 이산화탄소의 약 13은 바다에 용해된 후 탄산으로 변환되어 해수를 산성화 시킨다. 산업화 이후 해양의 산성도는 0.1 정도 감소했는데, 이는 수소이온의 농도가 26% 증가한 것과 같다. 향후 수십 년에서 수 세기 동안 해양의 산성화는 가속화될 것이며, 현재의 이산화탄소 배출량 기준으로 21세기말 해양의 산성도는 0.14~0.35 감소할 것으로 전망된다. 이는 지난 수천 년 동안 이루어졌던 산성화보다 더 큰 변화이다. 수온 상승으로 해양생물의 서식지가 고위도로 이동되는 것과는 다르게, 해양의 산성화가 생태계에 미치는 영향은 해양 생물종의 감소와 서식지 파괴 등 생태환경에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

 

12.3.4 어획량과 어획 수심의 변화

수온의 상승은 난류성 플랑크톤이 풍부해질 수 있는 요인 가운데 하나이지만, 해양의 산성화는 어족의 서식처와 은신처인 산호초를 비롯해 먹이사슬의 기초가 되는 플랑크톤에 위해를 가할 수 있다. 산호초는 탄산칼슘으로 되어 있어 기후변화와 대기의 조성에 취약하고 해양의 산성화에 의해 쉽게 파괴될 수 있다. 산호초는 최근의 온난화로 수온이 높아지면서 백화현상과 대규모 고사 상태가 널리 발생하고 있기 때문에 이미 한계에 와있다. 수온의 상승과 해양의 산성화는 소수 어종의 생태계에 이로운 효과가 있을 수 있지만, 대부분의 어종에 대해서는 잠재적이고도 매우 치명적인 악영향을 주게 된다. 1980년대 후반 이후 지속해서 감소하고 있는 전 세계 해양의 어획량과 1970년 이후 점점 깊어지고 있는 어획의 수심을 보여준다.

 

12.3.5 물 부족

지구상의 물은 액체와 기체 및 고체 간의 3상 변화 이외에, 증발과 응결 및 강수의 과정을 통해 지표면과 대기 사이를 지속해서 순환하고 있다. 지구의 연평균 강수량은 85.7cm를 100으로 보았을 때 물순환의 과정별 추정량을 보여준다. 물순환에서 중요한 역할을 하는 대기 중의 물은 지표면의 23 이상을 차지하는 해양으로부터 대부분 공급된다. 해면에서 증발한 수증기의 일부는 바다에서 응결되어 비나 눈을 내리고, 일부는 육상으로 이동한다. 이는 지표면의 호수 등과 식생에서 증발 또는 증산된 수증기와 함께 응결되고 구름이 형성된 후 강수 형태로 지상에 내린다. 비를 포함한 육상의 강수는 빙설 권에서 녹은 물과 함께, 지표수 형태나 지하에 침투된 지하수 형태로 바다에 유입된다. 물순환 가운데, 바다에서 증발한 수증기가 육상으로 이동한 후 일련의 과정을 거쳐 지표수나 지하수로 바다에 되돌아가는 순환을 주순환(major cycle)으로 하고, 바다에서 증발한 수증기가 일련의 과정을 거쳐 바다로 직접 되돌아가는 것 또는 육상에서 증·발산된 수증기가 일련의 과정을 거쳐 육상으로 되돌아가는 순환을 부 순환(minor cycle)이라 한다.

지구상의 물은 순환과정을 거치면서 다양하게 분포된다. 이 가운데 97% 이상은 해양에 포함되어 있고, 0.001%의 물이 대기 중에서 대부분 수증기 형태로 존재한다. 
세계 물 평가 프로그램(WWAP)에 의하면 지구상의 모든 물 가운데 97.5%는 염수(salt water)이고 2.5%가 식수로 사용할 수 있는 민물(fresh water)이다. 민물 가운데 약 70%는 산악지역의 얼음과 눈에 있고, 약 29.7%는 지하수이며, 약 0.3%가 호수와 강물이다. 전 세계 민물 자원의 양은 기후 변동성에 따라서 시. 공간적으로 매우 가변적이다. 기후 변화가 강수 패턴과 빙설 권의 해빙에 영향을 주고, 이에 따라서 민물의 대부분을 차지하는 지표수의 유량이 결정되기 때문이다. 물 스트레스(water stress)는 물에 대한 수요가 사용할 수 있는 양을 초과하거나 수질이 나쁜 경우로, 한 사람당 연간 가용 수량이 1700 m3 이하일 때를 말한다. 한 사람당 연간 가용 수량이 1000 m3 이하로 떨어지면 물 부족을 겪게 되고, 500㎥ 이하이면 절대 부족한 상태가 된다. 배출전망치에 의해 지구의 기온이 2℃ 정도 상승하는 21세기 중반 무렵에는 10억~20억 명이 물 부족을 겪게 된다. 3℃ 정도 상승하는 2080년경에는 전 세계 인구의 15 이상이 홍수의 영향을 받고, 11억~ 32억 명이 물 부족을 겪게 될 것으로 전망하고 있다.