▲ 여기 시베리아와 같은 북극 산불은 북반구의 오존층 파괴에 기여할 수 있다. © LYagovy/게티 이미지

이중 기후 영향

북극 타이가와 툰드라 지역에서 증가하고 있는 화재는 오존층을 손상시키고 북극 오존 파괴에 기여하고 있다. 그러한 화재의 연기는 성층권의 경계까지 올라갈 수 있다. 2019/2020년 겨울에 이 고도에서 에어로졸 밀도는 시베리아 산불로 인해 10배 증가했다. 부유 입자는 차례로 오존층에서 오존 파괴 반응을 촉진할 수 있다.
 

▲ 러시아 중부 및 동부 시베리아의 바이칼 호수(53.5∘ N, 108∘ ) 북쪽의 연기로 덮인 대규모 산불 및 넓은 지역(회색 지역)의 확장된 들판(MODIS, 2021). (a) 2019년 7월 24일 MODIS 육교, (b) 2019년 7월 26일, (c) 2019년 7월 28일. 흰색 영역은 구름층을 나타낸다. 3 d에서 감지된 화재는 빨간색 점으로 표시(FIRMS, 2021). (출처: 관련논문 The unexpected smoke layer in the High Arctic winter stratosphere during MOSAiC 2019–2020)

 

오랫동안 남극에는 실제 오존 구멍만 있었다. 그러나 최근 몇 년 동안 성층권 오존은 북극에서 점점 더 자주 고갈됐다. 2011년, 2016년, 2020년 봄에 오존 밀도가 너무 낮아 북극 지역에 오존 구멍이 생겼다. 주요 원인은 기후 변화로 북극의 기류가 바뀌었다. 이 변화가 고리 모양의 극 소용돌이를 강화시켰고 이에 따라 성층권이 극도로 냉각된다. 이것이 차례로 오존층 파괴를 촉진한다.
 

▲ 2019년 10월 1일부터 2020년 5월 1일까지 RV Polarstern의 여행(검은색) 및 표류(파란색) 경로. 다음 달의 시작은 빨간색 원으로 표시됩니다. 지도는 Sea Ice Index, 버전 3, 데이터(Fetterer et al., 2020)를 사용하여 R(Vihtakari, 2021)의 ggOceanMaps 패키지로 생성되었다. (출처: 관련논문 The unexpected smoke layer in the High Arctic winter stratosphere during MOSAiC 2019–2020)

북극 대기를 레이저로 관찰하다
북극의 오존층 파괴를 이끄는 두 번째 요인이 분명히 있다. 북극의 타이가와 툰드라 산불 증가로 인한 연기다. 온난화와 강우량 감소로 북부 극지방에서 점점 더 광범위한 화재가 발생하며 일부는 겨울까지 지속된다. 특히 시베리아에서 이러한 화재가 최근 몇 년 동안 반복적으로 기록적인 수준에 도달했다.

라이프니츠 대류권 연구 연구소(TROPOS)의 케빈 오나이저(Kevin Ohneiser)와 그의 동료들은 최근 이것이 북극 오존층에 미치는 영향을 발견했다. 2019년 9월부터 2020년 5월까지 국제 MOSAiC 탐사의 일환으로 그들은 LIDAR를 사용해 중앙 북극의 대기 구성을 정기적으로 조사했다. 이 레이저 측정은 무엇보다도 공기 기둥에 얼마나 많은 에어로졸이 있는지 보여준다. 이것은 스피츠베르겐(spitsbergen) 제도(諸島)에 대한 위성 데이터 및 LIDAR 측정으로 보완됐다.

▲ HYSPLIT 10 d 역방향 궤적(HYSPLIT, 2021; Stein et al., 2015; Rolph et al., 2017), 2019년 7월 26일 21:00 UTC, 3000 m00red에 도착 ), 그리고 별(65∘ N, 90∘ E)로 표시된 위치 위의 9000 m 높이(녹색). 그림 4에 표시된 측정값의 CAIPSO 비행 경로는 큰 화재 지역의 서쪽(바람이 부는 방향)인 직선으로 표시됩니다(그림 3의 상자 2)

에어로졸 값이 10배 증가했다. 측정 결과 놀라운 사실이 드러났다. "2019년 9월 말 MOSAiC 측정의 첫날부터 우리는 국지적 대류권계면 바로 위인 약 10km 고도에서 최대값이 넓게 눈에 띄는 에어로졸층이 관찰되었다"고 로니 엔젤만(Ronny Engelmann)이 보고했다. TROPOS에서. 성층권 하부의 에어러졸 농도는 겨울 반년 전체에 걸쳐 10배 증가했다.

데이터에 따르면 이러한 부유 입자는 처음에 가정한 것처럼 화산 폭발에서 비롯된 것이 아니다. 대신, 이 에어로졸층의 대부분은 명확한 산불 연기 신호를 보여주었다고 팀은 보고했다. 기류 분석을 사용한 추적 가능성은 원인을 밝혔다. 연기는 2019년 여름 시베리아에서 발생한 예외적으로 강력하고 오래 지속되는 산불에서 발생했다. 화재 시즌은 지난 20년 동안 가장 강력한 시즌 중 하나였다.

소설 "엘리베이터 효과“
그러나 특이한 점은 화재로 인한 연기가 전혀 그렇게까지 치솟을 수 있다는 것이다. 지금까지 이것은 Ohneiser와 그의 동료들이 설명하는 것처럼 따뜻한 지역에서만 알려져 있다. 불은 공기를 너무 가열해 연기가 소위 불 구름으로 성층권으로 올라갈 수 있다. 이러한 ‘엘리베이터 구름’은 2019년 호주와 2020년 미국 서부의 치명적인 화재에서도 관찰됐다.

이상한 점은 일반적으로 이러한 불 구름의 우뚝 솟은 구름 타워가 하늘에서 명확하게 보인다. 일반적으로 뇌우를 유발한다. 그러나 시베리아에서는 둘 다 사라졌다. 대신 구름이 없는 새로운 형태의 자체 부력이 작용할 수 있었다.

"우리는 어둡고 탄소질의 연기 입자가 햇빛에 의해 너무 많이 가열되어 주변 공기가 천천히 상승했다고 의심한다"고 Ohneiser는 설명한다. "이것은 수 킬로미터에 걸친 효율적인 수직 운송에 대한 유일한 그럴듯한 설명이다"

▲ 2000년 3월부터 2020년 12월까지 시베리아 중부 및 동부 시베리아에서 Aqua and Terra(MODIS, 2021)에 탑재된 MODIS로 측정한 월별 및 지역 평균 550 nm AOT. 고려되는 지역은 북위 55–72∘ 및 바이칼 호수 북쪽(53.5∘ N, 108∘ E)의 경도 100–138∘ 
오존층 파괴와 관련
성층권의 하한선까지 연기의 상승은 오존층에 영향을 미쳤다. 에어로졸 값이 더 높은 곳에서 연구원들은 성층권 오존의 비정상적으로 강한 손실도 감지했다. 고도 15~20km 사이에 극도로 낮은 오존 밀도를 가진 층이 형성됐지만 10~15km 고도의 에어로졸 층 수준에서도 오존이 측정 가능하게 고갈됐다.

TROPOS의 Albert Ansmann은 "성층권의 가장 낮은 부분에서 발생하는 산불 연기와 비정상적으로 강한 오존층 파괴 사이의 분명한 연관성을 발견했다"고 말했다. 그와 그의 동료들은 연기 입자의 표면이 화산재 황산염 에어로졸에서 이미 알려진 것과 유사한 오존 파괴 반응을 선호한다고 의심한다.

이중 효과
이것이 확인된다면 기후변화는 북극 오존층에 두 가지 방식으로 영향을 미칠 수 있다. 한편으로는 북극지방의 변화된 기류로 인해 오존층 파괴를 촉진한다. 다른 한편, 기후변화는 북극의 산림과 툰드라를 건조시켜 산불을 촉진시키는 간접적인 영향을 미치고 있다. 그들의 연기는 또한 북극 오존의 고갈을 촉진한다.

Ohneiser와 그의 동료들은 "이것은 기후 변화의 결과에 대한 논쟁을 새롭고 이전에는 고려되지 않은 측면을 포함하도록 확장한다"고 결론지었다.(Atmospheric Chemistry and Physics, 2022; doi: 10.5194/acp-21-15783-2021)

(출처: Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.)

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