지난 50만 년 동안, 주기적으로 오는 짧고 온난한 간빙기를 제외하고는 긴 빙하기가 있었다. 대기 중 이산화탄소의 양은 간빙기와 빙하기가 반복되는 주기와 일치하며, 대략 남극의 온도이 10도 정도 증가하면 이산화탄소의 밀도는 약 80~100 ppm 정도 증가한다. 그러나 자세히 보면, 이산화탄소의 증감이 남극 온도의 변화를 뒤따라가는 것을 알 수 있다. 이러한 결과가 이십 년 전에 설명되었음에도 불구하고(Lorius 1990), 이 사실은 여전히 많은 사람들은 혼란하게 한다. 이산화탄소의 증감이 기후 변화를 야기할까? 아니면 그 반대일까? 사실 둘다 정답이다.

그림 1: 이산화탄소 농도(Petit 2000)와 온도 변화(Barnola 2003)의 보스토크 남극 얼음 핵 기록

간빙기는 약 10만 년마다 찾아오는데, 이것을 밀란코비치 주기라고 하며 지구 궤도의 변화에 의해 일어난다. 지구의 궤도 변화는 크게 세가지로 나뉜다. 하나는 지구 공전 궤도의 모양이 타원과 원 사이를 왔다갔다하는 것이다.(이심율 변화) 다른 한가지는, 현재 지구의 자전축은 공전면에 대해 23도 기울어져 있는데, 이 각도가 22.5~24.5도 사이에서 흔들린다.(기울기 변화) 마지막은 지구의 자전축이 북극성을 가리키는 방향에서 직녀성을 가리키는 방향으로 돌아가는 것이다.(세차 운동)

그림2 : 지구 궤도의 세가지 주요 변화. 이심율 변화 : 지구 공전 궤도 모양의 변화, 기울기 변화: 지구 자전축의 기울기 변화, 세차 운동 : 지구 자전축의 회전.

이 세가지 궤도 변화는, 특히 고위도에서, 각 계절에 지구에 입사되는 태양광의 양의 장기적인 변화의 원인이 된다. 예를 들어, 약 1만9천 년 전에 고위도의 온난화를 촉발했던 궤도 변화는 많은 양의 얼음을 녹게 하여, 해양에 담수(민물)가 넘치도록 하였다. 이러한 담수의 유입은 대서양 남쪽 역전 순환을 망가뜨렸고, 남반구와 북반구의 열교환을 초래하였다.(Shakun 2012) 남반구와 그 바다가 1만8천 년 전경에 뜨거워지기 시작했다. 수온이 상승하면, 이산화탄소의 용해도가 낮아져 더 많은 이산화탄소가 대기 중으로 방출된다. 심해의 이산화탄소가 어떻게 방출되는지 정확하게 알 수 없지만, 수직적인 대양 혼합에 의해 방출될 것이라 추론된다.

이산화탄소의 방출은 몇가지 부작용을 가져온다. 대기중 이산화탄소의 농도가 증가하면 지구온난화가 더 증폭된다. 밀란코비치 주기로는(지구 궤도 변화로는) 빙하기가 끝날 만큼의 급격한 기후 상승이 설명 될 수 없지만, 이산화탄소의 증폭 효과는 현재까지 관찰된 온난화를 설명할 수 있다.

남반구의 대양에서 방출된 이산화탄소는 대기에 섞여 북반구에도 온난화를 가져온다.(Cuffey 2001) 열대의 해양 퇴적물을 보면 남극의 온난화가 시작된 지 1000년 이후에, 열대지역에서도 이산화탄소의 증가와 함께 온난화가 진행되었음을 알 수 있다. (Stott 2007) 그린란드의 얼음 핵은 남극의 이산화탄소 증가가 북반구의 기후 증가에 선행함을 보여준다.(Callion 2003)

이산화탄소 변화의 뒤처짐이 이산화탄소의 온실 효과를 반증한다고 주장하는 것은, 밀란코비치 주기를 만들어내는 과정에 대한 몰이해와 같다. 지난 해빙기에 대한 피어 리뷰된 연구를 살펴보면 다음을 알 수 있다.

• 해빙은 이산화탄소가 아니라, 지구 궤도 변화에 의해 시작된다.
• 이산화탄소는 지구 궤도 변화만으로는 설명되지 않는 온난화를 일으킨다.
• 이산화탄소는 퍼져서, 전 지구적 온난화를 만들어 낸다.

전체적으로, 빙하기-간빙기의 온난화의 90%는 대기중의 이산화탄소가 증가한 후에 일어났다.(그림3)

그림3 : 전 지구의 대용 온도(파란선)은 완신세 초기(1만1500년~6천5백만년 전)의 평균 온도을 0으로 두었을 때의 온도을 의미한다. 남극 얼음핵의 화합물로 측정한 온도은 빨간선으로, 대기 중 이산화탄소 농도는 노란선으로 나타내었다. 시간축에는 홀로세, YD(Younger Dryas)기, B-A(Bølling–Allerød)기, OD(Oldest Dryas)기와 LGM(최후최대빙하기)를 표기하아였다. 오차 막대, 1-시그마; p.p.m.v = 부피에 따른 ppm. Shakun et al. Figure 2a.

작성: dana1981

번역: 조기혁.