나이아가라 폭포가 꽁꽁 얼어붙었습니다. 2014년에 폭포가 언 후 4년만에 재현된 현상입니다. 2014년 전으로 거슬로 올라가자면 103년만에 폭포가 언 것인데, 이후 4년만에 비슷한 추위가 반복된다는 것에 기후학자들은 주목하고 있습니다. 업친데 덮친 격으로 미국 동남부 지역에는 겨울 폭풍 “그레이슨(Grayson)”이 발생하여 2018년 벽두부터 많은 인명피해와 재산피해를 일으켰습니다. 기후학자들은 지난 백년간 인간이 뿜어낸 온실가스에 의한 온실효과의 부작용이 나타나기 시작하는 것으로 분석하고 있으며, 이후 더 많은 이상 기후 현상들이 우리를 위협할 수 있을 것이라고 경고하고 있습니다. 대기권을 더 따뜻하게 만드는 온실효과와 혹독한 추위가 과연 어떤 관계가 있는 것이기에 기후학자들은 무슨 일만 일어나면 온실효과때문이라고 말하는 것일까요? 

나이아가라폭포를 얼려버릴 만큼의 한파의 주범으로 지목되는 것은 북극해빙의 감소현상입니다. 즉, 온실효과에 의한 온도상승때문에 겨울이면 당연히 얼어야 할 북극해가 얼지 못하고 바다로 남아있는 것입니다. 실제 북극해의 면적은 예년 평균보다 약 100만 평방킬로미터(square kilometer)정도 줄어든 것으로 확인되며 지난해 12월에 측정된 면적은 지난 30년이래 역대 두번째로 좁은 면적이었다고 미국 국립빙설데이터 센터(National Snow and Ice Data Center, NSIDC)는 설명하고 있습니다. 이렇게 북극해빙이 좁아지면 바다로부터 올라오는 수증기가 북극에 위치한 차가운 성층권의 공기의 움직임을 약하게 만들게 됩니다. 영하 40도이하의 찬공기가 매서운 기세로 소용돌이를 치고 있는 것이 북극 상층부 성층권의 일반적인 형태인데, 이 소용돌이의 힘이 약해지면 강하게 돌던 팽이가 점점 약해지면서 중심에서 멀어지듯이 소용돌이 안쪽의 공기가 조금 더 먼 곳으로 퍼져나가게 됩니다. 이렇게 퍼진 찬 공기가 중위도 지역까지 내려오면서 북극의 한파가 캐나다 동남부인 나이아가라 지역까지 내려오게 된 것입니다. 북극지역에 갖혀있을 때보다는 조금 따뜻해져서 벌어지는 현상이라고 하지만, 중위도 지역의 기후에 비교하면 상대적으로 매우 찬 공기이기 때문에 ‘따뜻해지는 현상때문에 더 추워지는’ 아이러니한 현상이 일어나게 되는 것입니다. 

미국 동부지역에 기록적인 한파를 가져온 것은 이렇게 북쪽에서는 찬 공기가 밀고 내려오는 동시에 남쪽에서는 소위 ‘폭탄 사이클론(bomb cyclone)'이라고 불리는 겨울 폭풍 ‘그레이슨(Grayson)’이 발생했기 때문입니다. 폭탄 사이클론은 일반적으로 불리는 이름이고, 공식적인 명칭은 explosive cyclogenesis 또는 bombogenesis입니다. 먼저 사이클로제네시스(cyclogenesis)란 저기압기단 중심부에 생기는 거대한 소용돌이를 통칭하는 이름으로 남태평양지역에서 발생하는 태풍, 대서양지역에서 발생하는 허리케인, 넓은 대지에서 만들어지는 토네이도, 그리고 열대 저기압지역에 생성되는 사이클론을 통칭하는 이름입니다. 여러가지 이름이 있지만 이들의 공통점은 주변부보다 대기압이 낮은 저기압기단의 중심부에서 일어나는 현상이라는 것입니다. 대기압이란 그 지역의 공기가 얼마나 큰 힘으로 서로를 밀치고 있는가라고 이해할 수 있습니다. 그런데, 주변보다 힘이 약한 저기압지역이 생성되면 주변에서 상대적으로 기압이 센 지역의 공기들이 저기압지역으로 몰려들게 됩니다. 이 때 지구의 자전현상때문에 몰려드는 공기는 저기압의 중심부로 직선적으로 다가오는 것이 아니라 변기물이 내려가는 듯한 모습으로 소용돌이를 치는 듯한 나선구조로 몰려들게 됩니다. 중심부로 많은 양의 공기가 몰려들어왔으니 어디론가 그 공기들이 배출되야 하는데, 사방에서 공기가 몰려 들어오기 때문에 공기가 나갈 곳은 위로 솟아오르는 길밖에 없습니다. 그래서 저기압의 중심부에는 항상 상승기류가 만들어지는데, 이렇게 올라가는 공기 중에 습기가 많이 있으면, 위로 올라갈수록 기온이 낮아져 점점 물방울로 맺히게 되고, 많은 물방울이 생성되면 그 무게를 견디지 못하고 아래로 떨어지는 것이 바로 저기압중심부의 비 또는 눈의 강우를 생성합니다. 대부분 바다에서 만들어져서 육지로 상륙하는 허리케인이나 태풍이 많은 양의 강우를 동반하는 것과 달리 대지 중심에서 만들어지는 허리케인의 경우 비가 내리지 않는 것이 바로 이 원리때문입니다. 바다를 지나온 공기들은 많은 양의 수증기를 머금고 있지만, 육지에서 저기압의 중심으로 모인 바람에는 수증기가 충분하지 않기 때문에, 위로 상승하면서도 비를 만들어 내지 않는 것입니다. 

사이클론의 세기는 저기압 중심부의 기압이 얼마나 빠르게 변화하는가와 관련되어 있습니다. 중심부의 기압이 급격하게 떨어지면 그만큼 주변부의 공기가 강하게 중심부로 몰려들게 되고, 이것이 사이클론의 세기를 증가시키기 때문입니다. 중심부의 기압이 24시간이내에 24 밀리바아(millibars, 대기압을 측정하는 단위, 일반 대기압의 약 2.3퍼센트정도에 해당하는 값)의 기압이 떨어지게 되면 이를 explosive cyclogenesis라고 부릅니다. 이번에 미 동남부를 강타한 그레이슨의 중심부 기압의 변화는 24시간내에 약 26 밀리바아를 기록함으로서 explosive cyclogenesis, 즉 폭탄 사이클론(bomb cyclone)으로 구분되어진 것입니다. 폭탄 사이클론 자체로는 엄청나게 센 비바람을 동반할 수 있지만, 이번과 같은 살인적인 한파를 동반하지는 않습니다. 문제는 북극의 찬공기가 북중부 대서양을 채우며 내려와 있는 상황에서 남부에 폭탄 사이클론이 발생했기 때문에 벌어진 것입니다. 대서양 위에 머물고 있던, 차가우면서 동시에 많은 수증기를 머금고 있는 공기가 저기압의 중심부로 강하게 빨려 들어가면서 만들어진 자연적 재앙이었던 것입니다. 

북반구가 기록적인 한파로 많은 피해를 입고 있던 동일한 시간 남반구의 호주에서는 기록적인 폭염이 많은 이들을 괴롭혔다고 합니다. AFP통신에 따르면 지난 1월 7일 호주 시드니 서부 지역의 기온이 1939년이후 가장 높은 47.3도를 기록하였습니다. 한쪽은 기록적인 한파에 의해, 그리고 지구의 반대편에서는 기록적인 폭염에 의해 동시에 많은 사람들이 고통을 받았는데, 이 모든 것이 지난 몇 세기동안 저질러진 인간들의 무분별한 행동들에 의해 야기된 것이라는 것에 경각심을 갖아야 할 것입니다. 앞으로 이와 비슷한 재난은 더욱 더 기승을 부릴 것이며, 전혀 예상치 못한 곳에서 일어날 수도 있습니다. 과학자들과 관련 분야의 모든 이들은 이러한 문제들을 해결하기 위해 전력을 다해야 하겠지만, 이것은 그들만의 의무와 책임이 아닙니다. 현재 우리가 누리고 있는 거의 대부분의 것들은 온실효과를 가져온 희생으로 얻어진 것들입니다. 더 쓸 수 있는 물건을 버리고, 재활용이 가능한 빈병을 귀찮다는 이유로 무시하고, 음식쓰레기 분리수거를 게을리 하는 모든 것들이 앞으로 다가올 더 큰 기후변화의 원인이 된다는 것을 명심해야 합니다. 

2002년 월드컵때 광화문 광장에 모였던 응원 인파를 기억하십니까? 당시 모인 인파보다 더 주목을 받았던 것 중 하나는 엄청난 응원이 끝난 뒤 광장이 쓰레기없이 깨끗했었다는 것이었습니다. 그 이유가 당시 한국에 쓰레기를 빠르게 처리할 수 있는 신기술이 있었던 것이 아니라 모든 사람 하나하나가 자신의 쓰레기를 조금씩 치웠기 때문이라는 것을 우리는 모두 잘 알고 있습니다. 역사상 단일종의 동물이 지구의 이렇게 넓은 지역을 점령하고 불균형한 생태계를 유지한 적은 없습니다. 지구전체로 보자면 이미 인류의 밀집도는 2002년 월드컵때 광화문 광장에 모여든 인파와 다를게 없습니다. 이들, 즉 우리 자신이 쏟아내는 쓰레기와 그에 의한 온실효과를 막을 수 있는 가장 효과적인 방법은 바로 내 쓰레기를 내가 치우는 것이라는 것을 잊지 않았으면 좋겠습니다.