겨울철, 미세먼지 때문에 다들 고생이 많으시죠? 그런데, 우리가 걱정할 것은 미세먼지 뿐 만이 아닌 것 같습니다. <Science Advances>에 게재된 연구에 따르면, 과학자들이 이전까지 생각했던 것보다 무려 50배가 더 커다란 먼지 입자도 바람을 다고 먼 거리까지 이동할 수 있다고 합니다. 심지어 이렇게 거대한 입자가 대기 중에 오랫동안 잔류하는 현상은 중력에 위배된다는 설명입니다.
이 커다란 먼지 입자는 사하라 사막에서부터 카리브해까지 이동할 수 있다고 합니다. 이는 우리가 그동안 기후 변화의 중요한 동인을 간과해왔을 수도 있다는 점을 상기시킵니다. 지난 30년 동안 과학자들은 사하라 사막에서 발생한 먼지가 약 2,400~3,500km 떨어진 카리브해 지역까지 이동할 수 있다는 점에 대해선 이미 알고 있었습니다. 단, 이 사막 먼지 구름은 입자의 직경이 0.01~0.02mm 이하인 입자들로 구성돼 있다고 봤습니다.
그런데 최근 과학자들이 대서양을 떠다니는 먼지와 수중의 퇴적암 트랩(sediment trap)에서 샘플을 채취하기 시작하자, 기대했던 것보다 크기가 더 큰 입자가 발견됐습니다. 참고로 트랩(trap)이란 탄화수소가 집적될 수 있는 조건을 갖춘 지질구조를 말하는데요. 지층이 습곡, 단층, 부정합 같은 지질 변동을 받아 형성됩니다.
먼지 입자가 크다
네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ) 연구진은 2013~2016년 사이에 실시한 조사에서 직경이 0.45mm인 먼지 입자를 발견했는데요. 이는 과학자들이 바람으로 운반될 거라고 생각한 입자의 크기보다 무려 50배나 더 큰 것이라고 합니다.
레딩대학교 연구원이자 이번 연구의 공동저자인 Giles Harrison은 "이 먼지 입자는 사하라 사막에서 대기로 올라가 대륙 사이를 오가지만, 기존의 생각대로라면 이렇게 큰 입자가 먼 거리를 이동하지 못한다"며 "이는 알려지지 않은 대기 프로세스나, (큰 입자를) 공중에 잔류하게 만드는 프로세스가 있음을 시사한다"고 밝혔습니다.
이러한 소식은 과학자들을 난처하게 만들었습니다. 왜냐하면 과학자들은 그동안 바람이 무엇을 운반할 수 있는지에 대해 너무나 과소평가해왔거든요. 그동안 만들어 놓은 기후 모델을 수정해야 할지도 모르는 상황에 직면하게 된 겁니다. 석영과 같은 큰 입자가 그렇게 먼 거리를 이동할 수 있게 된다는 건 구름 형성, 나아가 전지구 기후 시스템에 모두 영향을 미칠 수 있습니다.
먼지, 작지만 큰 일 한다
먼지는 작지만, 그 양이 대기 중에 충분하게 모이면 지구에서 방출되는 햇빛과 열의 경로를 변화시켜 미묘한 균형을 맞출 수 있습니다. 이는 지구로 들어오는 태양 복사에너지를 흡수하거나 분산시킬 수 있죠. 그런데 이 먼지의 입자의 크기가 더 크다면 구름 형성에 영향을 미치는 것에 그치지 않고, 전지구 기후 시스템에 영향을 미칠 수 있는 더욱 강력한 힘을 가지게 됩니다. 심지어 이 입자들은 하늘에 잔류하며 열대성 저기압 발생에 간접적인 영향을 미칠 수도 있다고 합니다.
이 먼지는 대기 중에 잔류하다가 결국 지표로 떨어지게 되는데요. 이때 작용하는 힘은 중력 뿐이 아니라고 합니다. 연구진에 따르면 비로 인한 영향도 받게 된다고 하는데요. 거대한 입자가 포함돼 있는 산성비가 지표면에 내리게 되면, 이 입자는 해양의 가장 깊은 곳까지 운반될 수 있다고 하는데요. 그 결과, 먹이사슬이나 해양 탄소 순환에 영향을 미칠 수 있게 된다고 합니다.
이렇게 큰 입자가 광범위하게 영향을 미칠 수 있다는 사실에도 불구하고 지금까지 대부분의 기후 모델은 크기가 큰 먼지 입자를 무시한 채 만들어졌습니다. 기후 모델의 기초가 되는 물리학 법칙에는 아무리 풍속이 세다고 할지라도 0.01mm 이상의 입자는 멀리 이동할 수 없도록 설계돼 있습니다.
심지어 연구진들은 아직 커다란 먼지 입자를 위로 떠오르게 하는 프로세스가 무엇인지 정확하게 알지 못합니다. 연구진의 연직혼합(vertical mixing) 혹은 난기류, 전기력 등을 가지고 설명하려고 시도하지만, 아직까지 명확한 답을 구하지 못하고 있습니다.
네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ) 연구원인 Michele van der Does은 "거대한 먼지 입자가 대기 중에 오랫동안 잔류하는 것은 중력 법칙에 위반된다"며 "우리는 이번 연구에서 거대한 입자가 대기에 작용하는 힘과 움직임을 조합해 거대한 입자가 실제로 오랫동안 대기에 머무르며 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여줬다"고 전했습니다.
저자들은 미래 기후 모델에 이전 기후 모델에서보다 훨씬 더 큰 먼지 입자의 효과가 반영해야 한다고 이야기합니다. 앞으로 기후 모델은 좀 더 정확해질까요?
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