황 입자가 구름에 끼치는 영향을 규명한 아이슬란드 화산 폭발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-15

황(sulfur)을 배출하는 현상이 구름(clouds)을 밝게 하는 것은 오랫동안 의심되어 왔다. 물방울은 황산 입자 주변에 덩어리로 모이는 경향이 있고, 이러한 현상은 보다 더 밝고 반사성이 높은 구름을 형성하는 더 작은 물방울을 구성하는 원인이 된다. 그러나 인간은 산업혁명 이후 지구의 대기로 황을 주입하는 한편, 이러한 황 배출이 구름 위에서 어떻게 영향을 끼치는지 측정하는 것은 어려웠다. 최근 미국 워싱턴 대학(UW; University of Washington) 소속의 연구진은 이러한 변화를 측정하기 위하여 아이슬란드에서 발생한 거대한 화산 분출(volcanic eruption)을 이용했다. 미국 지구물리 학회(American Geophysical Union)의 저널인 Geophysical Research Letters에 발표된 새로운 연구는 황 배출(sulfur emissions)이 실제로 더 작은 구름 방울 크기(cloud droplet size)를 유발하고, 이러한 현상이 일광을 상당히 더 많이 반사시키는 더 밝은 구름으로 이어진다는 사실을 보여주었다. 자연에서 발생하는 화산 분출이 기후 모델에서 큰 불확실성 중 하나를 해결할 기회가 된다고 UW 대기 과학부에서 박사 과정을 밟고 있는 이 논문의 제 1 저자인 Daniel McCoy는 밝혔다. 연구는 독특한 지질학적 사건의 장점을 취했다. 2014년 여름부터 2015년 초까지 약 6개월 동안, 바우르다르붕카 산 화산(Bardarbunga volcano)의 갈라진 틈에서 용암(lava)과 황 기체가 배어 나왔다. 이것은 화산 분출 물질로 스키장을 채우고, 항공기 경로를 차단했던 아이슬란드의 거대한 폭발성 분출 중 하나는 아니었다. 대신 이 사건은 길고, 느린 황 배기가스의 낮은 수준의 배출이었으며, 아이슬란드 분출의 최근 역사에서 Laki 다음으로 두 번째로 많은 용암이 생성했던 사건이었다. UW 연구진은 해양 구름층에서 물방울의 크기를 측정하기 위한 도구인 나사의 적당한 해상도를 가지는 이미지 분광계(MODIS; Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)에 의해 기록된 지역에 대한 자료를 조사했다. 화산이 황을 뿜어냈던 한편, 물방울은 15년의 관찰 기록에서 가장 작은 것으로 밝혀졌다. 당신이 2달의 기간 동안 전체 해양에 대하여 초래하는 효과를 관찰할 수 있다고 McCoy는 밝혔다. 이러한 사건은 인공위성 기록에서 매우 독특한 지구 물리학적 사건이었다.결과를 통하여, 화산이 높은 대기에 입자를 배출함으로써 지구를 냉각시킬 뿐 아니라, 낮은 수준의 황을 배출함으로써 구름 형성에 영향을 끼친다는 사실을 확인했다. 대기는 에어로졸 입자를 함유할 때, 동일한 양의 수증기를 많은 작은 물방울로 농축하고, 훨씬 더 큰 표면적을 가지기 때문에 더 많은 일광을 반사시킨다. 2014년 9월과 10월에 대한 반사된 태양 복사에서 차이는 아이슬란드 상공의 지역에서 1와트/제곱미터(watts per square meter)였다. 구름에 대한 화산 분출의 효과는 대부분의 사건이 짧게 존재하기 때문에 정량하기 어렵다고 공동 저자이며 UW 대기과학과 교수인 Dennis Hartmann은 밝혔다. 이러한 분출이 구름이 에어로졸(aerosols)에 어떻게 반응하는지를 테스트하는 자연적인 실험실을 제공한다고 Hartmann은 밝혔다. 연구 결과는 구름에 대한 인간의 영향을 이해하는데 도움을 줄 것이다. 산업 혁명 이후 인간이 유발한 오염은 북반구의 하늘을 변경시킨 것으로 알려진 바 있다. 기후 모델에서 한 가지 불확실성은 인간 오염(human pollution)이 구름이 이산화탄소에서 상승의 효과로부터 지구를 얼마나 차단했는지, 어느 정도로 구름을 밝게 만들었는지 등이다. 기후 변화에 대한 가장 큰 불확실성 중 하나는 인간이 유발한 에어로졸이 현재까지 온난화를 얼마나 상쇄할 수 있는가라고 Hartmann은 밝혔다. 연구진이 화산 분출을 이용한 실험으로부터 얻은 자료가 구름 효과에 대한 모델 시뮬레이션을 개선하고, 미래 예측에서 불확실성을 해소할 수 있기를 바라고 있다고 Hartmann은 덧붙였다. 가장 최근의 기후 변화에 대한 정부 간 협의체가 발표한 보고서는 지구 기후 모델에서 가장 큰 불확실성 중 하나를 차지하고 있는 구름과 에어로졸에 대한 부분을 처음으로 포함시켰다. 이 연구는 모델을 구축하는 과학자들에게 구름과 에어로졸의 시뮬레이션을 확인하고, 차세대 기후 모델의 알고리즘을 개선하도록 도움을 줄 것이다. 아이슬란드 분출(Iceland eruption)이 1991년 피나투보 산 화산 분출과 동일한 방식으로 화산 강제력에 반응한 모델을 평가할 수 있게 해주었으며, 에어로졸과 구름 사이의 상호작용에 대한 이해를 개선하는데 도움을 주었다고 McCoy는 밝혔다. 3011105_physorg_20151210_fig1.jpg 3011105_physorg_20151210_fig2.jpg http://phys.org/news/2015-12-iceland-volcano-eruption-sulfur-particles.html