탄소중립 시기에 따른 대서양 해양순환의 티핑포인트 발생 가능성 변화

탄소중립 늦어지면 기후 티핑포인트 넘어선다.

[연구필요성]

최신 연구들은 지속적인 온난화로 인해 대서양 해양순환의 강도는 점차 약화되고 있으며, 급격한 붕괴가 발생할 수 있는 임계점에 근접하고 있음을 경고하고 있음. 실제 고기후 기록에 의하면, 과거 발생한 전 지구적 규모의 급격한 기후변화 사례들이 대부분 대서양 해양순환의 갑작스러운 변화에 의해 유발되었으며, 이는 미래 기후시스템의 안정성에 대한 우려를 불러일으킴. 이에 따라, 탄소중립과 같은 기후 완화정책이 해양순환의 붕괴를 실질적으로 방지할 수 있는지에 대한 질문이 제기되고 있으나, 이에 대한 미래 예측은 여전히 높은 불확실성을 안고 있음. 특히, 해양순환이 임계점 근처에 다다를 경우, 시스템의 안정성이 급격히 낮아져 작은 변화만으로도 거대한 순환의 운명이 뒤바뀔 수 있음. 따라서, 미래 기후 완화 시나리오 하에서 해양순환의 붕괴 가능성과 그 기작을 규명하고, 대응 지연에 따른 위험성을 분석하는 연구는 보다 신뢰도 높은 완화정책 수립을 위해 필수적임.

[연구성과/기대효과]

탄소중립 노력에도 불구하고 대서양 해양순환은 임계점을 넘어 계속해서 붕괴할 수 있음을 제시.

임계점 근처에서는 대기의 작은 확률적 노이즈만으로도 대서양 해양순환이 붕괴될 수 있음을 보이고 그 물리과정을 세계 최초로 규명함.

탄소중립에 성공하더라도 그 시기에 따라 대서양 해양순환의 붕괴 여부가 결정되어 미래 기후가 판이하게 달라질 수 있음을 제시.

이는 탄소중립 이후 기후변화 예측에 있어서 임계점과 관련된 해양순환의 비선형적 거동이 핵심 요소임을 시사함.

[본문]

□ 기후 완화 정책에도 불구하고 '대서양 해양순환'의 붕괴 가능성 확인.

전 지구적인 열과 염분을 순환시키며 기후 시스템의 '엔진' 역할을 하는 대서양 해양순환은 기후 변화의 핵심 임계 요소로 꼽힘.

실제로 과거 마지막 빙하기 동안 반복적으로 발생한 급격한 기후변화 사례는 대부분 대서양 순환의 갑작스러운 변화에 의해서 유발되었으며, 이는 해양순환의 변화가 미래 기후변화에서도 핵심적인 역할을 할 수 있다는 것을 보여줌.

지속적인 온난화에 의해 대서양 해양순환의 강도는 점차 약화될 것으로 전망되며 임계점 (Tipping Point)에 근접하고 있음이 밝혀짐.

연구팀은 기후모델을 활용한 대규모 앙상블 시뮬레이션을 분석하여, 탄소 배출량을 줄여 대기 중 이산화탄소 농도를 안정화하더라도, 해양순환이 자체적인 관성에 의해 회복되지 않고 수 세기에 걸쳐 완전히 붕괴될 수 있다는 사실을 밝혀냄.

이는 탄소중립 목표를 성공적으로 달성하더라도 대서양 해양순환이 이미 임계점 근처에 도달해 있다면, 시스템 스스로가 붕괴를 가속화하는 경로로 진입할 수 있음을 의미함.

대서양 해양순환이 붕괴될 경우 북반구의 급격한 기온 하강, 전 지구적 강수 패턴의 변화, 북대서양 및 북극해의 해수면 상승 등 인류 사회가 감당하기 어려운 수준의 광범위한 기후 재난을 초래할 수 있음.

□ 대기 내부의 작은 '확률적 노이즈 (Stochastic Noise)'에 의한 해양순환 붕괴 기작을 규명.

연구팀은 동일한 시기에 시행한 기후완화 시나리오 하에서, 해양순환이 이전 상태로 회복되는 경로와 붕괴로 치닫는 경로로 나뉘는 현상을 확인.

이는 임계점 근처에서 해양순환의 미래 운명을 결정짓는 핵심 요인이 대기 내부의 예측 불가능한 변동인 확률적 노이즈임을 의미함.

구체적으로 해양순환이 임계점 근처에 다다르면 시스템의 안정성이 매우 낮아지는데, 이때 그린란드 남쪽 해역 상공에 발생하는 지속적인 고기압 이상 현상이 해양순환 붕괴의 결정적인 촉발자 역할을 함. 연구팀은 이 같은 확률적 노이즈의 구조적인 패턴과 물리적 기작을 세계 최초로 규명함.

이는 완화정책 이후 미래 기후예측에 있어 단순히 외부 탄소 농도뿐만 아니라, 시스템 내부의 무작위적인 변동성이 핵심적인 요소가 될 수 있다는 것을 의미함.

즉, 해양순환이 임계점에 가까워짐에 따라, 탄소중립과 같은 완화정책에 의한 미래 기후 안정화 효과가 매우 불확실하며 그 예측이 어려워 질 수 있음을 시사함.

□ 탄소중립 달성 시점이 기후완화 효과를 결정짓는 핵심요인.

이번 연구는 탄소중립의 성공 여부뿐만 아니라, 그 정책을 얼마나 '조기에' 시행하느냐가 해양순환의 붕괴를 막는 데 핵심임을 입증함.

분석 결과, 기후 완화 조치가 단 5~10년만 지연되어도 해양순환이 임계점을 넘어 붕괴할 확률이 비선형적으로 급격히 증가하는 것으로 나타남.

이는 대응이 늦어질수록 대기 노이즈에 의한 붕괴 가능성이 커지며, 일단 임계점을 넘은 뒤에는 탄소 배출을 멈추더라도 순환의 붕괴를 막기 어렵다는 점을 보여줌.

교신저자 국종성 교수 (서울대학교)는 "이번 연구는 대서양 해양순환이 기후 시스템에서 얼마나 비선형적으로 반응하는지를 보여주며, 탄소농도를 안정화하더라도 임계점 근처에서의 대응 지연은 되돌릴 수 없는 기후 붕괴를 초래할 수 있음을 처음으로 과학적으로 규명했다"고 강조함.

제1저자인 오지훈 박사 (Scripps Institution of Oceanography)는 "현재의 기후 모델들이 해양순환의 안정성을 과대평가하고 있을 가능성이 크며, 실제 임계점은 예상보다 훨씬 가까울 수 있다"며 "더 강력하고 즉각적인 국제적 탄소중립 정책수립이 시급하다"고 설명함.

[연구결과]

Noise-induced tipping of Atlantic Meridional Overturning Circulation under climate mitigation scenarios


Ji-Hoon Oh, Jong-Seong Kug, Yechul Shin, Xin Geng, Sunhee Wang, Fei-Fei Jin, Soon-Il An, Shang-Ping Xie & Wei Liu

(Nature Communications, https://www.nature.com/articles/s41467-025-66494-1)

[그림설명]

그림 1 | 탄소농도 안정화 시기에 따른 대서양 해양순환 (AMOC)의 강도 변화. (a) 대기 중 이산화탄소 농도 변화, (b) 앙상블 평균 AMOC 강도변화, (c) 탄소농도 안정화를 각각 2070, 2080, 2090, 2100년에 성공한 시나리오에서 AMOC 강도변화, (d) 탄소농도 안정화를 각각 2105, 2110, 2115년에 성공한 시나리오에서 AMOC 강도변화.

그림 2 | 대서양 해양순환 (AMOC) 붕괴에 의한 전 지구적 기후변화 패턴. (a) 온도변화, (b) 강수량 변화, (c) 해수면 변화.