지구는 얼마나 오래 푸르게 남을까? 기후모델은 종말의 날짜가 아니라 범위를 제시한다

지구는 얼마나 오래 푸른 상태로 남을 수 있을까? 기후모델은 종말의 날짜가 아니라 범위를 제시한다

잎 한 장의 삶은 좁은 조건의 타협 위에 놓여 있다. 빛과 물, 이산화탄소가 필요하고, 생화학 반응이 견딜 수 있는 온도도 필요하다. 인간의 한 생애에서 보면 태양은 이 조건들 가운데 고정된 요소처럼 보인다. 하지만 10억 년의 시간척도에서는 그렇지 않다.

태양은 주계열성으로 나이가 들면서 서서히 더 밝아진다. 더 많은 햇빛은 지구를 덥히지만, 행성에는 장기적인 반응도 있다. 빗물, 이산화탄소, 규산염 암석 사이의 반응은 대기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다. 그러면 온실효과가 약해져 일부 온난화를 상쇄한다. 하지만 행성을 식히는 바로 그 반응이 언젠가는 광합성 생물이 살아 있는 조직을 만드는 데 쓰는 탄소를 부족하게 만들 수도 있다.

새로운 Journal of Geophysical Research: Atmospheres 논문은 어느 한계가 먼저 올지를 묻는다. 너무 뜨거워지는 것일까, 아니면 이산화탄소가 너무 적어지는 것일까? 답은 지구가 죽는 날짜가 아니다. 의도적으로 단순화한 두 미래 경로에서 채택한 광합성 생명 한계는 지금부터 대략 13억 5천만~18억 7천만 년 후에 놓인다.

이 범위는 **식생 생물권(vegetative biosphere)**에 관한 것이다. 특히 빛과 이산화탄소를 생물학적 물질로 바꾸는 식물과 다른 광합성 생물에 의해 유지되는 지구 생명계의 부분을 뜻한다. 모든 미생물의 수명 예측이 아니다. 인간 문명의 수명도 아니다. 행성 자체의 수명도 아니다.

행성의 온도조절기에는 불확실한 설정이 두 개 있다

핵심 불확실성은 **규산염 풍화(silicate weathering)**다. 이산화탄소는 빗물에 녹아 규산염 암석과 반응하고, 결국 해양과 퇴적물 쪽으로 운반된다. 화산은 지질학적 시간척도에서 다시 이산화탄소를 내놓는다. 이 과정들은 탄산염-규산염 순환의 일부를 이루며 흔히 행성의 온도조절기에 비유된다.

더 따뜻하고 습한 세계에서는 풍화가 빨라져 이산화탄소를 더 빠르게 제거할 수 있다. 하지만 훨씬 밝아진 미래 태양 아래에서 이 반응이 지구를 얼마나 강하게 지배할지는 모른다. 그래서 Jacob Haqq-Misra와 Eric Wolf는 하나의 “정답” 경로를 고르지 않았다. 대신 불확실성의 범위를 잡기 위해 의도적으로 극단적인 두 **끝단 시나리오(end members)**를 모델링했다.

• 약한 풍화 끝단에서는 대기 이산화탄소를 400 ppm으로 유지한 채 태양이 밝아지면서 온도가 올라간다.
• 강한 풍화 끝단에서는 전지구 평균 표면온도를 288 K, 약 15°C로 유지하면서 일사량이 늘수록 이산화탄소를 낮춘다.

어느 경로도 지구의 실제 미래라고 제시되지 않는다. 첫 번째는 이산화탄소가 높게 유지된다면 열이 어떤 일을 하는지 묻는다. 두 번째는 풍화가 지구 평균온도를 오늘 수준에 가깝게 유지한다면 탄소 부족이 어떤 일을 하는지 묻는다.

20억 년짜리 영화 하나가 아니라, 안정화된 모델 세계 29개

연구진은 3차원 전지구 기후모델 ExoCAM을 사용해 더 강한 일사량과 더 낮은 이산화탄소의 조합에서 29개의 정상상태 기후를 계산했다. 각 경우는 모델 시간으로 70년 동안 실행됐다. 여기서 모델의 1년은 조건을 고정한 상태에서 인공 기후가 안정되도록 돌리는 한 번의 연간 주기다. 지구의 미래를 해마다 예측하는 한 단계가 아니다. 모의 기후가 충분히 안정된 뒤 마지막 20년의 평균을 냈다.

29개 사례는 서로 별도의 모델 세계다. 각 실행은 격자의 한 점으로서 “이 일사량과 이산화탄소 조합에서 안정된 기후는 어떤가?”에 답한다. 컴퓨터가 오늘의 지구에서 시작해 앞으로 20억 년 동안 대기, 암석, 바다, 생물을 계속 진화시킨 것이 아니다. 저자들은 미리 계산한 이 점들을 따라 두 개의 도식적 풍화 경로를 그었다. 점과 점 사이의 경로 자체를 시뮬레이션한 것은 아니다.

아래 표는 공식 모델 데이터 저장소에 있는 일사량과 이산화탄소 조합을 재현한다. 사례 ID는 여기서 저장소 순서대로 읽기 쉽게 붙인 것이다. S/S0는 상대 태양상수다. 모델에 넣은 들어오는 태양에너지를 현재 값 S0로 나눈 값이다. 따라서 1.2는 오늘보다 들어오는 태양에너지가 20% 많다는 뜻이다. **CO2 (ppm)**는 대기 분자 백만 개당 이산화탄소 분자의 혼합비다.

모델의 지구는 알아볼 수 있지만 의도적으로 제한돼 있다. 지구 크기이고 현재의 지리를 사용한다. 완전히 순환하는 해양 대신 단순화한 슬랩 해양을 사용하며, 대기압은 현재 지구와 비슷한 약 1 bar로 고정하고 메탄 농도도 고정한다. 궤도는 완전한 원(이심률 0)이고 자전축 기울기도 없다(경사각 0). 토양이나 식생을 명시적으로 포함하지 않고, 변화하는 생물권의 피드백도 없다. 가장 중요하게는 기후모델이 암석 풍화모델과 동적으로 결합돼 있지 않다. 즉 ExoCAM이 풍화를 계산해 이산화탄소를 업데이트한 뒤 다음 기후를 다시 계산하는 피드백 고리를 돌린 것이 아니다. 연구진이 두 개의 제한 경로를 미리 정해 놓고 29개 기후 격자를 따라 추적했다.

끝단 1: 이산화탄소는 충분하지만 너무 뜨겁다

약한 풍화 경로에서는 이산화탄소를 400 ppm으로 고정한다. 태양에너지가 증가하면서 열이 제한 요인이 된다.

논문은 이전 연구에서 가져온 전지구 평균온도 임계값 두 개를 사용한다.

• 전지구 연평균 323 K, 약 50°C에서는 세계가 대부분의 육상식물에 너무 뜨겁다고 간주한다. 모델은 약 16억 8천만 년 후 이 임계값에 도달한다.
• 전지구 연평균 338 K, 약 65°C에서는 모든 육상식물에 너무 뜨겁다고 간주한다. 모델은 약 18억 7천만 년 후 이 임계값에 도달한다.

이는 채택한 생물학적 한계이지 모든 광합성 생물이 반드시 실패하는 보편적 온도는 아니다. 전지구 평균은 지역별 큰 차이도 숨긴다. 연구는 온도와 물의 조합이 적합할 수 있는 지역도 따로 살피지만, 기후지도 위의 한 표시가 미래의 모든 피난처나 적응을 목록화할 수는 없다.

끝단 2: 온도는 견딜 만하지만 이산화탄소가 너무 적다

강한 풍화 경로에서는 전지구 평균온도를 288 K, 약 15°C로 유지하면서 대기 이산화탄소가 감소한다. 여기서는 서로 다른 광합성 경로가 얼마나 적은 탄소로도 작동할 수 있다고 가정하느냐에 따라 답이 달라진다.

• 전통적인 10 ppm 임계값, 즉 대기 분자 백만 개당 이산화탄소 10개를 사용하면 C4 광합성의 한계는 약 13억 5천만 년 후에 온다. C4 광합성은 옥수수와 사탕수수 같은 식물이 사용하며, 탄소를 고정하는 효소 주변에 이산화탄소를 농축한다.
• 이전 연구에서 논의된 대안적인 2.9 ppm C4 임계값을 사용하면 약 16억 4천만 년 후로 이동한다.
• 일부 CAM 식물 — 밤에 이산화탄소를 흡수하고 낮에 사용하는 과정을 분리하는 크라슐라산 대사(crassulacean acid metabolism)를 쓰는 식물 — 또는 용해된 중탄산염을 이용할 수 있는 수생식물이 버틸 가능성과 관련해 잠정적인 1 ppm 임계값을 쓰면 약 18억 4천만 년 후가 된다.

마지막 숫자는 생물학적 단서가 가장 크다. 저자들은 1 ppm 한계를 명시적으로 잠정적이라고 부른다. 미래 지구 조건에서 모든 CAM 식물이나 수생식생이 견딜 수 있다고 실험적으로 확립한 임계값이 아니다.

18억 6천만 년이 만료일이 아닌 이유

논문에서 자주 인용되는 약 18억 6천만 년이라는 값은 두 낙관적 상단값의 평균이다. 이산화탄소 제한 경로의 18억 4천만 년과 열 제한 경로의 18억 7천만 년을 평균한 것이다. 서로 다른 두 시나리오를 압축해 요약한 숫자다. 더 정밀한 세 번째 모델 결과도 아니고 최선 추정 날짜도 아니다.

더 넓은 13억 5천만~18억 7천만 년 범위조차 하나의 확률분포를 갖지 않는다. 하한과 상한은 서로 다른 풍화 가정, 서로 다른 생물학적 임계값, 하나의 기후모델 설정에 의존한다. 이 범위는 시간을 측정하는 만큼이나 실험에서 선택한 가정들을 측정한다.

다른 한계가 먼저 올 수도 있다

가장 긴 식생 생물권 추정치는 별도의 불확실한 경계, 즉 대규모 해양 손실을 일으킬 수 있는 습윤 온실 또는 폭주 온실 상태에 가까워진다. 일사량이 증가할 때 이런 상태가 언제 시작되는지, 특히 현재와 매우 다른 조건에서는 기후모델들이 크게 엇갈린다. 일부 추정은 가장 낙관적인 광합성 한계보다 먼저 도달할 수 있다고 본다.

그래서 상단 경로를 “지구가 앞으로 18억 7천만 년 동안 바다, 익숙한 대륙, 거주 가능한 표면 환경을 유지한다”는 약속으로 읽을 수 없다. 모델에는 미래의 판구조 변화, 육지 면적 변화, 진화하는 생태계, 완전한 동적 해양도 없다. 대기가 에너지를 흡수하고 방출하는 계산 역시 강한 일사량과 극도로 낮은 이산화탄소라는, 서로 다른 모델이 크게 갈라지는 영역까지 밀려 들어간다.

진화적 적응과 기술적 개입은 논문의 토론에서 가능성으로 언급된다. 29개 기후 시뮬레이션의 출력은 아니다. 모델은 미래 생물이 1 ppm 광합성 경로를 진화시키는 것을 보여 주지 않으며, 문명이 10억 년 동안 대기를 관리하는 것도 보여 주지 않는다.

이것은 오늘날의 기후위기에 대한 결과가 아니다

태양 밝기 증가는 수억~수십억 년에 걸쳐 작용한다. 현대의 인간 유발 온난화는 수십~수백 년 동안 온실가스가 빠르게 증가하면서 생긴다. 서로 다른 원인이고, 시간척도도 극단적으로 다르며, 답하는 질문도 다르다.

이 연구의 어떤 내용도 현재 기후변화에 대한 증거를 약화시키거나 행동을 미뤄도 된다고 주장하지 않는다. 먼 미래의 어떤 모델 시나리오에서 일부 광합성 생명이 남을 수 있다는 것과, 오늘날의 사회와 생태계가 안전하게 유지되는 기후는 같은 말이 아니다.

논문의 가치는 먼 미래의 질문을 더 엄격하게 만든다는 데 있다. 일사량이 증가할 때 이산화탄소를 고정해 둔 이전의 단순 모델이 과도하게 뜨거워졌을 수 있음을 보여 주고, 광합성 생명이 하나의 전통적 탄소 임계값보다 더 많은 생존 경로를 가질 수 있음을 제안한다. 동시에 수억 년을 더 늘릴 때마다 일련의 가정이 붙는다는 사실도 보여 준다.

잎을 먹여 살리는 태양은 아주 천천히 변하고 있다. 지구가 앞으로 13억 5천만 년, 18억 7천만 년, 혹은 다른 어느 시간까지 푸르게 남을지는 암석, 물, 대기, 생명이 함께 어떻게 반응하느냐에 달렸다. 정직한 결과는 날짜가 아니다. 그 타협을 더 넓게 바라본 그림이다.

핵심 요약

3차원 기후 연구는 태양이 서서히 밝아질 때 지구의 식생, 즉 광합성 생물권이 얼마나 오래 지속될 수 있는지를 묻는다. 연구진은 서로 독립적인 정상상태 기후 29개를 계산하고 그 위로 두 개의 예시적 끝단 경로를 추적했다. 풍화가 약하고 이산화탄소가 400 ppm으로 고정되면 채택된 육상식물의 열 한계가 지금부터 약 16억 8천만 년과 18억 7천만 년 후에 온다. 풍화가 강하고 전지구 평균온도가 288 K, 약 15°C로 고정되면 채택한 광합성 이산화탄소 한계가 약 13억 5천만 년, 16억 4천만 년, 그리고 잠정적 임계값을 사용할 경우 18억 4천만 년 후에 온다. 흔히 인용되는 18억 6천만 년은 두 낙관적 상단값의 반올림 평균일 뿐이다. 이는 시나리오에 의존하는 모델 범위이지 지구, 인류, 모든 생명이 끝나는 날짜가 아니다. 모델은 미리 정한 경로, 현재 지리, 슬랩 해양을 사용하고 토양-식생 또는 기후-풍화의 명시적 결합을 포함하지 않으며, 가장 긴 추정치는 불확실한 온실 및 해양 손실 한계에 접근한다.

과장 없이 보면

논문이 보여 주는 것: 이 ExoCAM 설정에서 일사량을 늘리고 이산화탄소를 고정한 3차원 기후는 비교에 사용된 단순 모델보다 대체로 덜 뜨거워진다. 미리 정한 두 풍화 끝단과 여러 생물학적 임계값을 조합하면 식생 생물권의 한계는 지금부터 약 13억 5천만~18억 7천만 년 후에 놓인다.

그럴듯하지만 확립되지 않은 것: 일부 CAM 식물이나 용해 중탄산염을 쓰는 수생식물이 대기 이산화탄소 약 1 ppm에서도 광합성을 유지할 수 있다는 것, 적응이나 기술이 광합성 생명의 시간을 더 늘릴 수 있다는 것, 실제 기후-풍화 경로가 두 끝단 사이에 머물 것이라는 것.

보여 주지 않는 것: 모든 식물, 모든 생명, 인간 문명, 지구의 바다 또는 행성 자체가 끝나는 고정 날짜, 앞으로 20억 년을 연속적으로 시뮬레이션한 결과, 현재 인간 유발 기후변화를 가볍게 볼 어떤 이유.

주요 한계: 하나의 기후모델 계열에서 얻은 정상상태 사례 29개, 동적으로 결합되지 않고 미리 정해진 풍화 경로, 현재 지리, 슬랩 해양, 고정 메탄, 자전축 경사와 궤도 이심률 0, 명시적 토양·식생·생물권 피드백의 부재, 불확실한 열 및 이산화탄소 임계값, 습윤·폭주 온실 조건 근처에서의 큰 모델 간 불일치.

일반 독자는 얼마나 신뢰해야 하는가? 연구가 가능한 모델 범위를 넓히고 이를 지배하는 가정을 명확히 했다는 점에는 높은 신뢰가 적절하다. 이 모델 안에서 수치 범위를 유용한 괄호로 보는 데는 중간 정도의 신뢰가 맞다. 정확한 날짜에는 낮은 신뢰가 적절하다. 가장 먼 끝단은 의도적으로 극단적인 기후 경로와 불확실한 생물학에 의존하기 때문이다.