탄소는 음식의 지방과 탄수화물을 구성하며 우리 몸을 구성하는 DNA 및 단백질과 같은 분자의 일부이다. 이산화탄소 형태의 탄소는 우리가 호흡하는 공기의 일부이며 바다, 암석, 화석 연료 및 식물 등에 저장된다. 탄소는 지구상의 여러 영역에 걸쳐 형태를 조금씩 바꾸어가며 계속해서 이동 또는 흐르는데, 이를 두고 탄소순환(carbon cycle)이라고 한다. 가령, 식물은 대기로부터 이산화탄소를 흡수해서 광합성을 하고 식물이 죽으면 탄소가 토양으로 들어가고 미생물은 분해를 통해 탄소를 다시 대기로 방출할 수 있다.

글로벌카본프로젝트라는 그룹은 매년 지구전체탄소예산(global carbon budget) 자료를 발표한다. 이들의 자료는 지구전체탄소수지(global carbon balance)를 소개하는 그림으로 시작된다. 아래 그림은 2020년에 발표된 지구전체탄소수지를 나타낸다.

가는 화살표는 연간 탄소 순환량을 나타낸다. 연두색은 육상에서 대기와 토양 사이에 오간 탄소를, 흐린 초록색은 해양과 대기 사이에 오간 탄소를, 분홍색은 화산활동으로 인해서 대기중으로 나간 탄소량을 연간 기가톤이산화탄소환산량(GtCO2/년)으로 나타낸 것이다(참고: 1 kg탄소[C] = 3.664 kg이산화탄소[CO₂]; 즉, 1 GtC = 3.664 GtCO₂).

점이 표시된 영역은 탄소저장고인데 동그라미의 크기가 탄소저장량의 크기를 상대적으로 나타낸 것이다. 탄소저장고를 보면 육지에서 천연가스, 석유와 석탄, 영구동토층, 토양, 식생, 해양 속의 유기탄소, 비유기탄소 등이며, 가장 큰 경우가 해양에 녹아있는 비유기탄소이다. 유기탄소란 생명체에 결합된 탄소를, 비유기탄소는 이산화탄소와 같은 화합물을 의미한다. 

굵은 화살표는 2010년과 2019년 사이에 매년 인간 활동으로 이동한 탄소의 흐름을 평균값으로 나타낸 것이다. 화석연료 연소, 개발을 위한 산림벌채나 개간 등 토지 이용 등으로 대기 중으로 이동한 탄소량은 연간 40기가톤이산화탄소 환산량이며, 생물권과 해양이 흡수한 탄소량은 21기가톤 이산화탄소환산량이다. 결국 대기 중에 약 19기가톤이산화탄소환산량이 늘어난 셈이다.

대기 중에 이산화탄소를 배출하는 역할을 탄소원(carbon sources)이라고 하고, 대기 중 이산화탄소를 흡수하는 역할을 탄소흡수원(carbon sink)이라고 한다. 1850년 대기 중의 이산화탄소 농도는 약 286pppm이고 2019년 현재는 410ppm이다. 이렇게 변화했던 것은 탄소원이 배출하는 양이 탄소흡수원이 흡수하는 양보다 훨씬 많았기 때문이다.

탄소중립(클리마 토막설명 ; 기후변화행동연구소 카드뉴스)을 이루려면 탄소원을 줄이고, 탄소흡수원을 늘리는 작업이 필요하다. 화석 연료 연소, 숲 화재, 동식물 호흡, 식물 분해 등이 모두 탄소원이다. 플라스틱, 특히 미세플라스틱은 탄소로 이루어진 화석연료로 만들어질 뿐 아니라 탄소생성원이기도 하다. 플라스틱은 분해되면서 토양과 물 그리고 대기 중으로 탄소를 방출한다(Zheng & Suh, 2019). 플라스틱에서 나온 탄소량은 아직 확실하게 계산된 것은 아니며, 최근 들어 플라스틱의 탄소발자국의 범위를 규정하는 연구들이 진행 중이다. 

대표적인 탄소흡수원은 산림과 해양이다. 산림은 일반적으로 방출량보다 더 많은 양의 탄소를 흡수하며, 바다도 대기로부터 많은 양의 이산화탄소를 흡수한다. 특히 연안 생태계, 식생이 있는 해안 생태계, 해초 습지, 맹그로브 숲, 심해에 저장되는 유기탄소를 블루카본(Blue Carbon)이라고 한다. 이 용어는 육상생태계에서 녹색 식물이 고정한 탄소를 녹색탄소라고 부르는 것을 고려하여 은유적으로 표현한 것이지만, 이제는 국제적인 프로젝트명(2015년부터 Blue Carbon Initiative 진행 중)으로 사용되기도 하고, 블루카본을 구체적으로 계산하려는 시도 등의 학술 연구도 이루어지고 있다(Macreadie et al., 2019).

탄소순환 과정에서 대기 중의 탄소가 블루카본으로 바뀌는 과정을 해양 탄소펌프(ocean carbon pump)라고 한다. 대기 중의 탄소가 먹이사슬을 통해 깊은 바다 밑바닥으로 이동하고 결국에는 해양 퇴적물로 바뀌고 석유 등으로 바뀌는 과정이 있을 수 있는데 이를 생물학적 탄소 펌프라 한다. 이 과정에서 광플라크톤이 1차적으로 중요한 역할을 한다. 빛 에너지와 바닷속에 녹아있는 탄산염이온을 이용한 광합성을 통해 유기 탄소를 만들고 이 유기탄소가 덩치가 큰 어류나 포유동물의 먹이가 된다. 이 동물들의 사체나 배설물들은 여러 변화를 거치게 되는데, 그중 일부가 1000미터 이하의 심해까지 내려가 바닥에 퇴적되고 수천 년 동안 탄소를 포획/저장하는 역할을 하게 된다. 이는 장기적으로는 화석연료 퇴적층이 될 수도 있을 것이다. 연안과 해양 생태계 그리고 바다에 사는 고래는 그 자체의 가치로도 보호받아야 하지만 탄소흡수원과 탄소펌프의 과정으로서도 큰 관심을 가져야 하는 또 다른 이유이다. 

해양 순환으로도 탄소가 이동할 수 있는데 이를 물리학적 탄소 펌프라고 한다. 극지방에서 밀도가 큰 해류가 심해로 들어가면서 물속에 녹은 탄소도 함께 내려간다. 실제로 고위도에서는 해수 온도가 더 낮기 때문에 이산화탄소가 더 많이 녹을 수 있다. 따라서 일부 과학자들은 심해와 내려가는 물기둥을 지구에서 가장 큰 탄소흡수원이라고 하다. 

탈탄소화(decarbonization)는 현재 인간들의 활동으로 오랜 기간 동안 일정한 농도를 유지하던 대기 중의 이산화탄소 농도가 높아져서 기후변화가 일어나고 있으니 대기 중의 이산화탄소를 적극적으로 줄이자는 의미로 사용되기 시작했다. 즉, 탄소원을 줄이고 탄소흡수원을 늘리는 과정을 의미하며, 누군가의 해석대로 지구상에서 “모든 탄소를 아예 없애자는” 말은 아니다.

참고자료

Friedlingstein, P., O'Sullivan, M., Jones, M. W. et al. (2020). Global Carbon Budget 2020. Earth System Science Data, 12(4), 3269–3340.
https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/20/presentation.htm

Macreadie, P. I., Anton, A., Raven, J. A. et al. (2019). The future of Blue Carbon science. Nature Communications, 10(1), 3998. 

Zheng, J., & Suh, S. (2019). Strategies to reduce the global carbon footprint of plastics. Nature Climate Change, 9(5), 374–378.

김남수 편집위원