나뭇잎 교과서

기후변화 시나리오와 미래 생태계

2100년의 지구는 하나로 정해져 있지 않습니다. 지금 우리가 온실 기체를 얼마나 배출하느냐에 따라 여러 갈래의 미래가 있고, 생물들은 그 길마다 다른 곳으로 옮겨 가야 합니다. 보고서를 읽고 미래 한반도의 생물 분포를 그려 봅니다.

본문

기후변화 시나리오와 미래 생태계

본문

한라산 꼭대기 부근에는 우리나라에서만 자라는 구상나무 숲이 있다. 그런데 최근 수십 년 동안 구상나무가 말라 죽는 모습이 늘고 있다. 기온이 오르면 추운 곳을 좋아하는 생물은 더 높은 곳이나 더 북쪽으로 옮겨 가야 한다. 그런데 산꼭대기에 사는 생물은 더 올라갈 곳이 없다. 기온 상승은 생물의 서식지를 얼마나 옮기고 줄일까? 그리고 2100년의 생태계는 지금의 선택에 따라 얼마나 달라질까?

그림 1. 높이 2000 m인 원뿔 모양 산에서 1200~1600 m에 사는 생물의 서식지(회색)가 기온 상승에 따라 위로 옮겨 간 모습(주황). 높은 곳일수록 산의 넓이가 좁아 서식지가 줄어든다.
먼저 알아야 할 것온실 효과와 복사 강제력, 기온의 고도·위도 변화(지구과학), 생물과 환경의 상호 작용(통합과학), 극한 기상(극한 기상 현상).

2.4.1서식지의 이동

대류권에서는 높이 1 km 올라갈 때마다 기온이 약 6.5 °C 내려간다. 그래서 기온이 2 °C 오르면, 같은 온도의 자리는 약 \(\dfrac{2}{6.5} \times 1000 \approx 300\) m 위로 옮겨 간다. 위도로 보면 같은 온도의 자리가 북쪽으로 수백 km 옮겨 간다. 생물은 씨앗이 퍼지거나 동물이 이동하여 알맞은 곳으로 옮겨 가는데, 기후가 바뀌는 속도를 따라잡지 못하는 생물도 많다.

정리 2.4.1 산꼭대기 효과

산은 위로 갈수록 좁아지므로, 서식지가 위로 옮겨 가면 넓이가 줄어든다. 원뿔 모양 산에서 높이 \(h\) 위의 넓이는 \(\left(1 - \dfrac{h}{H}\right)^2\)에 비례하여 줄어든다. 서식지가 꼭대기를 넘어서면 그 생물은 더 갈 곳이 없다.

그림 1에서 기온 상승을 바꾸어 보자. 2 °C 오르면 서식지가 약 300 m 위로 옮겨 가고 넓이는 처음의 절반쯤으로 준다. 4 °C 오르면 꼭대기 바로 아래의 좁은 띠만 남는다. 구상나무처럼 산꼭대기에 사는 고산 식물은 이렇게 '갈 곳 없는' 생물의 대표이다.1

2.4.2시나리오와 미래 생태계

미래의 기후는 사람이 앞으로 온실가스를 얼마나 내보내느냐에 따라 달라진다. 기후 변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 사회·경제 발전 경로에 따른 여러 시나리오(SSP)를 두고 미래를 예측한다. 배출을 빠르게 줄이는 시나리오에서는 2100년의 상승이 약 1.5~2 °C에 머물지만, 지금처럼 많이 배출하는 시나리오에서는 4 °C를 넘을 수 있다. 같은 생물이라도 어느 길을 고르느냐에 따라 살아남을 서식지의 넓이가 크게 달라진다.

낮은 배출 (SSP1-1.9)약 1.4 °C 중간 (SSP2-4.5)약 2.7 °C 높은 배출 (SSP5-8.5)약 4.4 °C
그림 2. 2100년 무렵 지구 평균 기온 상승의 최적 추정값(산업화 이전 대비, IPCC 제6차 보고서).

2.4.3예제 풀이

예제 2.4.2

높이 2000 m인 원뿔 모양 산의 1400~1800 m에 사는 고산 식물이 있다. 기온이 1.3 °C 오르면 서식지는 몇 m 위로 옮겨 가는가? 옮겨 간 서식지의 넓이는 처음의 몇 배인가? (기온 감률 6.5 °C/km)

옮겨 가는 높이는 \(\dfrac{1.3}{6.5} \times 1000 = 200\) m이므로 새 서식지는 1600~2000 m, 곧 꼭대기까지이다.

원뿔에서 높이 \(h\) 위의 넓이는 \((1 - \frac{h}{2000})^2\)에 비례한다. 처음 넓이는 \(0.3^2 - 0.1^2 = 0.08\), 옮겨 간 뒤는 \(0.2^2 - 0 = 0.04\)이다. 넓이가 절반으로 줄었고, 기온이 조금만 더 오르면 서식지가 꼭대기를 넘어 사라진다. 즉 고산 생물에게는 1~2 °C의 차이가 살아남느냐 사라지느냐를 가른다. 그래서 고산 생태계는 기후 변화의 영향을 가장 먼저 보여 주는 곳으로 꾸준히 감시된다.

아래 탐구 카드에서 2100년의 지구가 선택에 따라 얼마나 달라지는지, 생물이 갈 곳이 없을 때 무슨 일이 생기는지, 미래 생태계 보고서를 읽는 방법을 살펴보자.

  1. 실제 산은 원뿔이 아니고, 꼭대기 근처의 바위와 토양, 바람, 눈 덮임도 생물의 분포를 정한다. 그래서 고산 식물의 미래 예측에는 기온 외에도 여러 요인을 함께 넣은 서식지 모형을 쓴다.
마무리

기온이 오르면 같은 온도의 자리가 1 °C에 약 150 m씩 위로, 수백 km씩 북쪽으로 옮겨 가고, 생물의 서식지도 따라 움직인다. 산은 위로 갈수록 좁아 서식지가 줄어들며, 꼭대기를 넘으면 갈 곳이 없다. 그래서 처음 질문의 생물은 더 높은 곳과 북쪽으로 옮겨 가지만, 고산 생물은 서식지가 줄다가 사라질 수 있으며, 그 정도는 우리가 고르는 배출 시나리오에 달려 있다.

탐구 1

2100년의 지구는 지금 우리가 고르는 길에 따라 얼마나 달라질까?

기후 변화 시나리오 · IPCC 6차 보고서 · 완화와 적응
배출 경로
2081–2100 기온 상승
—
2100년 해수면
—
50년 빈도 폭염
—
방파제
—

기온, 해수면, 폭염 값은 IPCC 6차 평가 보고서 제1실무그룹 정책결정자용 요약(2021)의 최적 추정치이고, 해수면은 1995~2014년 대비, 기온은 1850~1900년 대비이다. 2100년 사이 곡선은 보고서의 구간 값을 이은 것이다. 해안 도시는 가상이며, 100년 빈도 폭풍 해일 높이를 지금 2.0 m로 놓았다.

  1. 질문"2100년에는 몇 도 오른다"는 뉴스를 보면 숫자가 제각각이다. 과학자들의 예측이 틀린 걸까, 아니면 다른 질문에 답한 걸까?
  2. 복원온실 기체가 늘면 지구가 내보내는 적외선 복사가 줄어 지표 온도가 오른다. 그리고 기온 상승은 지금까지 누적된 이산화 탄소 배출량에 거의 비례한다.
  3. 설명그런데 미래 배출량은 과학이 아니라 사회의 선택에 달려 있다. 그래서 IPCC는 사회·경제 발전 경로(SSP)별로 결과를 계산하고, 하나의 예측이 아니라 "이 길로 가면 이렇게 된다"는 여러 개의 시나리오를 내놓는다.
  4. 연결배출을 줄이는 것(완화)은 기온 상승 자체를 줄이고, 방파제를 높이는 것(적응)은 이미 피할 수 없는 피해를 줄인다. 그런데 해수면은 바다가 천천히 데워지고 빙하가 늦게 녹아, 배출을 줄여도 2100년 뒤까지 계속 오른다. 그래서 둘 다 필요하다.
  5. 적용다섯 시나리오를 비교하면 2050년까지는 차이가 작고 2100년에 크게 벌어진다. 해안 도시의 방파제를 지금(2.4 m) 그대로 두면 어느 시나리오부터 넘치는지 보고, 시나리오마다 필요한 방파제 높이를 정한 뒤 뉴스 기사 제목을 하나 써 보자.
  6. 판단시나리오의 값은 최적 추정치이고 실제로는 범위가 있다(예를 들어 SSP2-4.5 기온 2.1~3.5 °C). 또 남극 빙상이 빠르게 무너지는 것처럼 가능성은 낮지만 영향이 매우 큰 경우는 이 값에 들어 있지 않아, 해안 방재는 더 높은 경우까지 대비한다. 그리고 "1.5 °C 차이쯤이야"가 아니라, 산호초는 1.5 °C에서 70~90%, 2 °C에서 99% 이상 사라질 것으로 예상된다.

확인시나리오 읽기

2040년쯤까지는 시나리오 사이 기온 차이가 작고 2100년에 크게 벌어지는 까닭으로 가장 알맞은 것은?

탐구 2

기온이 오르면 생물은 어디로 옮겨 가고, 갈 곳이 없으면 어떻게 될까?

기후변화 시나리오 · 생물 분포의 고도·위도 이동 · 모식 모형
보기
2081–2100
올라가야 할 고도
—
남는 서식 면적
—
육상 생물종 중 멸종 위험이 매우 높은 비율
—

모식 모형이다. 산은 해발 1950 m의 원뿔로, 해수면 기온은 16.5 °C, 고도 100 m마다 0.6 °C 낮아진다고 놓았다. 한반도 보기는 평지 연평균 기온이 북위 33.5°에서 16.5 °C, 위도 1°마다 1 °C 낮아진다고 놓아 지형과 대륙·해양의 차이를 무시했다. 시나리오 버튼의 값은 IPCC 6차 보고서의 2081–2100년 지구 평균 기온 상승(1850–1900년 대비, 최적 추정치)이고, 육지는 대개 이보다 더 오른다. 멸종 위험 비율은 IPCC 6차 보고서 제2실무그룹(2022)이 평가한 범위이다.

  1. 질문한라산 꼭대기 근처에 사는 구상나무는 세계에서 우리나라에만 자생하는 나무인데, 고사목이 늘고 있어 국제자연보전연맹(IUCN)이 멸종 위기종으로 분류했다. 더 높이 올라가면 되지 않을까?
  2. 복원생물마다 살 수 있는 온도 범위가 있고, 기온은 높이 올라갈수록, 북쪽으로 갈수록 낮아진다. 기후변화 시나리오(SSP)는 사회가 온실 기체를 얼마나 배출하느냐에 따라 미래 기후를 여러 갈래로 계산한 것이다.
  3. 설명기온이 오르면 생물이 살기 알맞은 온도 구역이 통째로 위로, 북쪽으로 옮겨 간다. 고도로는 1 °C에 약 170 m, 우리나라 평지에서는 1 °C에 북쪽으로 약 110 km이다. 그런데 산은 위로 갈수록 좁아지므로, 위로 밀려난 생물의 서식 면적은 줄어들고 꼭대기에 닿으면 더 갈 곳이 없다. 이를 멸종의 에스컬레이터라고 부른다.
  4. 연결세계 여러 생물의 관측 자료를 모은 연구(Chen 외, 2011)에서 생물의 분포는 평균적으로 10년에 약 11 m 위로, 약 17 km 고위도로 옮겨 가고 있었다. 우리나라에서도 사과 재배지가 경북에서 강원 산간으로 넓어지고, 바다에서는 따뜻한 물을 좋아하는 어종이 늘어났다. 바다나 도시, 농경지로 끊긴 곳에서는 생물이 옮겨 가지 못하므로 숲을 잇는 생태 통로를 만들고 보호 구역을 연결해야 한다.
  5. 적용산 보기에서 ‘고산 식물’을 고르고 시나리오를 차례로 바꿔 보자. 어느 시나리오부터 서식 면적이 0이 될까? ‘중턱 숲’은 어떻게 될까? 한반도 보기에서 ‘상록 활엽수림’과 ‘사과 재배 적지’의 경계가 SSP5-8.5에서 얼마나 북쪽으로 가는지 읽고, 시나리오별로 결과를 정리해 발표 자료를 만들어 보자.
  6. 판단실제 분포는 기온만으로 정해지지 않는다. 강수, 흙, 다른 생물과의 경쟁, 씨앗이 퍼지는 속도, 사람의 토지 이용이 함께 작용하며, 생물마다 옮겨 가는 속도도 다르다. 그래서 같은 군집의 생물이 함께 움직이지 않고 흩어진다. 시나리오는 예언이 아니라 이 길로 가면 이렇게 된다는 조건부 계산이다. 또 기준 기간(산업화 이전인지, 최근 20년인지)에 따라 같은 미래도 숫자가 달라 보이므로 보고서를 읽을 때 반드시 확인해야 한다.

확인조건이 달라지면

해발 1000–1300 m에 사는 식물이 있다. 섬에 있는 해발 1950 m 산과, 해발 3000 m 산맥에 같은 식물이 살 때, 지역 기온이 3 °C 오르면 어떻게 될까? (1 °C ≈ 170 m)

읽기 3

미래 생태계 예측 보고서는 어디에서 찾고, 어떻게 읽어야 할까?

읽기 · 기후변화 시나리오 보고서 읽기와 분포 변화 시각화

“2100년에는 한반도 남부가 아열대 기후가 된다”, “생물 100만 종이 멸종 위기”라는 기사를 보면 어디까지 믿어야 할지 망설여진다. 숫자의 출처인 보고서를 직접 찾아 읽어 보면, 그 숫자가 어떤 조건에서 나온 것인지 보인다.

1찾아볼 만한 보고서

보고서만든 곳생태계에 관한 핵심 내용
제6차 평가 보고서 제2실무그룹 (2022)기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)평가된 생물종의 약 절반이 이미 극 쪽이나 높은 곳으로 분포를 옮김. 지구 기온 상승 1.5 °C에서 육상 생물종의 3–14 %, 2 °C에서 3–18 %, 3 °C에서 3–29 %가 매우 높은 멸종 위험
생물다양성과 생태계 서비스 지구 평가 (2019)생물다양성 과학기구(IPBES)약 100만 종이 멸종 위기. 생물다양성 감소의 직접 원인은 토지·해양 이용 변화, 남획 등 직접 이용, 기후변화, 오염, 침입 외래종 순으로 큼
한반도 기후변화 전망 보고서 (2020)기상청SSP 시나리오로 계산한 한반도의 상세한 기온·강수 전망. 21세기 후반 기온 상승이 SSP1-2.6에서 약 2.6 °C, SSP5-8.5에서 약 7.0 °C(최근 기간 대비)
한국 기후변화 평가보고서 (2020)환경부우리나라 생태계·농업·건강 분야에서 관측된 영향과 전망을 정리
국가 기후변화 생물지표종국립생물자원관기후변화에 따라 분포가 달라질 것으로 예상되는 100종을 골라 관찰. 시민 과학 관찰 자료도 모음

2읽을 때 확인할 다섯 가지

먼저 어떤 시나리오인지 본다. SSP1-2.6과 SSP5-8.5의 결과는 크게 다른데, 기사에는 가장 극단적인 값만 실리는 경우가 많다.

다음으로 무엇에 견준 값인지 본다. IPCC는 주로 산업화 이전(1850–1900)과, 기상청 상세 전망은 최근 기간과 비교한다. 기준이 다르면 같은 미래도 1 °C 가까이 달라 보인다.

또 최적 추정치 옆에 붙은 범위(예를 들어 SSP2-4.5 기온 2.1–3.5 °C)를 함께 봐야 한다.

얼마나 확실한지도 따진다. IPCC는 ‘거의 확실(99–100 %)’, ‘매우 가능성 높음(90–100 %)’, ‘가능성 높음(66–100 %)’, ‘가능성 반반(33–66 %)’처럼 정해진 표현을 쓴다.

마지막으로 모형에 무엇을 넣지 않았는지 살핀다. 생물 분포 모형은 대개 기후만 넣고, 생물의 이동 능력이나 경쟁, 사람의 토지 이용은 단순하게 다룬다.

3탐구, 미래 한반도 생물 분포 지도 만들기

한 생물을 골라 보고서 속 근거로 미래 분포를 그려 본다. ① 국가 기후변화 생물지표종 가운데 한 종을 고르고, 지금 분포와 살기 알맞은 기온 범위를 조사한다. ② 두 개 이상의 시나리오에서 우리 지역 기온이 얼마나 오르는지 기상청 전망에서 찾는다. ③ 기온 범위가 옮겨 가는 만큼 분포 경계를 지도에 옮겨 그리고, 시나리오끼리 나란히 놓는다. ④ 기온 말고 그 생물의 분포를 막을 요인(바다, 도시, 먹이 식물)을 적는다. ⑤ 지도 아래에 출처, 시나리오, 기준 기간, 한계를 밝힌다.

판단미래 생태계 예측은 날씨 예보처럼 맞고 틀림을 따지는 예언이 아니다. “이 정도 배출이 계속되면 이런 위험이 커진다”는 조건부 진술이다. 그래서 숫자 하나를 외우기보다, 시나리오 사이의 차이가 곧 지금 우리가 고를 수 있는 선택의 폭이라는 점을 읽어 내야 한다.

확인조건이 달라지면

기사 A는 “21세기 말 기온 4.4 °C 상승”, 기사 B는 “21세기 말 기온 7.0 °C 상승”이라고 썼다. 두 기사가 모두 정확한 보고서를 인용했다면, 차이를 설명하는 것으로 가장 알맞은 것은?

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