식물은 우리가 생각했던 것보다 20% 더 많은 CO2를 흡수할 수 있다

기후 변화와 지구에 미치는 광범위한 영향을 둘러싼 연구 분야에서 반가운 소식이 들려왔다.

20일 국제학술지 '사이언스 어드밴스(Science advances)'에 게재된 연구 논문에 따르면, 최근 호주 웨스턴시드니대학(Western Sydney University)의 독일계 교수인 위르겐 크나우어(Jürgen Knauer)가 이끄는 연구진이 현실적인 생태학적 모델링을 통해 지구의 식물이 실제로 인간이 대기로 배출한 이산화탄소(CO₂)의 약 20%를 더 흡수할 수 있으며, 금세기말까지는 계속 그렇게 진행될 것이라는 사실을 발견했기 때문이다.

크나우어 교수는 "우리의 발견으로 IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 협의체)와 같은 기관에서 지구의 기후 평가에 사용하는 잘 확립된 기후 모델이 식물이 광합성을 수행하는 방식을 좌우하는 몇 가지 중요한 생리학적 과정의 영향을 고려하도록 확장할 경우, 21세기 말까지 더 강력하고 지속적인 탄소 흡수 예측이 가능하다"고 말한다. 

생태계의 수학적 모델은 복잡한 생태학적 과정을 이해하고 그 기반이 되는 실제 생태계가 어떻게 변화할지 예측하는 데 사용된다. 이번에 연구진은 모델링이 복잡할수록 환경에 유리한 방향으로 놀라운 결과가 나온다는 사실을 발견했다.

이에 따라 연구진은 현재의 모델은 그렇게 복잡하지 않기 때문에 식물의 미래 CO₂ 흡수량을 과소평가할 가능성이 높다고 덧붙였다.

연구진은 잘 정립된 '지역사회 대기-생물권 토지 교환 모델(CABLE: Community Atmosphere-Biosphere Land Exchange)'을 사용하여 세 가지 생리학적 요인, 즉 ▲CO₂가 잎 안에서 얼마나 효율적으로 이동하는지, ▲식물이 환경 온도 변화에 어떻게 적응하는지, ▲가장 경제적으로 영양분을 분배하는 방법을 설명했다. 연구진은 최근의 데이터와 연구를 통해 모델을 구축한 다음 강력한 기후 변화 시나리오 변수를 추가하여 금세기 말까지 식물이 대기에서 얼마나 많은 CO₂를 흡수할 것인지 확인했다.

연구진은 이 실험을 8가지 버전의 모델로 반복한 결과, 세 가지 요소를 모두 고려한 가장 복잡한 버전이 가장 단순한 공식보다 약 20% 더 많은 CO₂ 흡수량을 예측하는 것으로 나타났다.

크나우어 교수는 이어서 "우리는 이산화탄소가 식물 잎의 내부를 통해 얼마나 효율적으로 이동할 수 있는지, 식물이 온도 변화에 어떻게 적응하는지, 식물이 지붕처럼 우거진 캐노피(canopy)에서 영양분을 가장 경제적으로 분배하는 방법과 같은 측면을 고려했다"라며 "이는 식물이 탄소를 '포집'하는 능력에 영향을 미치는 매우 중요한 세 가지 식물 반응 메커니즘이지만 대부분의 글로벌 모델에서는 일반적으로 무시된다"고 아쉬움을 나타냈다.

이 모델은 식물 생리학, 특히 광합성과 관련된 모든 과정에 초점을 맞추고 있지만, 식물이 우리가 이전에 생각했던 것보다 더 열심히 작업할 수 있음을 시사한다. 그는 또 "우리는 이전 연구를 통해 식물이 더 높은 이산화탄소 농도에 노출될 때 적절한 물만 있다면 광합성을 증가시킨다는 것을 알고 있다"면서 "그러나 그것은 겉보기에 마술적인 해결책 보다는 너무 낙관적인 생각"이라고 지적했다.

"식물은 매년 상당한 양의 이산화탄소를 흡수하여 기후 변화의 악영향을 늦춰 주지만, 이러한 이산화탄소 흡수가 미래에도 계속될지는 불확실하다"고 크나우어 교수는 경고했다.

식물은 광합성을 다소 단순화하여 대기에서 CO₂를 포집하고 태양 에너지를 사용하여 가스를 자신의 성장과 신진대사 활동에 활용 가능한 당으로 고정시킨다. CO₂의 약 절반은 호흡을 통해 공기 중으로 다시 유입되고, 나머지 부분은 식물의 바이오매스(biomass)에 남긴다. 결국 이 중 절반은 다시 분리되어 일부는 죽은 식물의 분해되는 바이오매스를 통해 대기 중으로 방출되고, 나머지는 토양에 저장되어 수백 년 동안 저장된다.

이러한 탄소 흡수원은 지난 20년 동안 그 규모가 증가했으며, 식물이 인위적인 고농도 이산화탄소를 처리하는 데 얼마나 부지런히 노력했는지를 보여준다. 초기 모델에서도 식물의 탄소 흡수원 규모가 커지고 광합성 활동이 증가하면서 지구 대기에 유익하다는 것을 시사한 바 있다.

한편 웨스턴시드니대학의 '혹스베리 환경연구소(Hawkesbury Institute for the Environment)' 교수이자 연구 책임자인 벤 스미스(Ben Smith)는 "식물 광합성과 같은 탄소 순환의 주요 반응 과정에 대한 우리의 이해는 최근 몇 년 동안 극적으로 발전했다"면서 "새로운 지식이 기후 및 배출 정책을 알리기 위해 우리가 의존하는 정교한 모델에 적용되기까지는 항상 시간이 걸리고, 우리의 연구는 이러한 모델에 최신의 과학을 충분히 고려하면 예측이 크게 달라질 수 있음을 보여준다"고 말했다.

이어서 그는 "우리의 연구 결과는 다른 팀들이 관찰한 미래의 더 큰 토지 침하 추세가 다른 모델에 의해 복제되는지 확인하기 위해 모델을 업데이트하도록 영감을 줄 것입니다. 대표적인 글로벌 모델들이 주요 추세나 패턴에 동의할 때에만 자연히 그 추세나 패턴에 의존하여 정책을 수립할 수 있다"고 덧붙였다.

연구진은 다소 반가운 소식이지만, 식물이 모든 무거운 짐을 짊어지기를 기대할 수는 없으며, 배출량 감축 의무를 준수해야 할 책임은 여전히 정부에 있다고 말한다. 그러나 이 모델링은 지구온난화에 대처하기 위한 포괄적인 접근 방식에서 녹색화 프로젝트의 가치와 그 중요성에 대한 강력한 사례를 제시하고 있다.

벤 스미스 박사는 "이러한 종류의 예측은 넷제로(net zero), 곧 탄소중립에 도달하는 데 필요한 접근 방식의 여러 포트폴리오 중 한 도구로서 녹화(revegetation)와 같은 자연 기반의  솔루션에 영향을 미치게 된다"라며 "우리의 연구 결과는 이러한 접근 방식이 이전에 생각했던 것보다 더 오랜 기간에 걸쳐 기후 변화를 완화하는 데 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사한다"고 설명했다..

마지막으로 그는 "단순히 나무를 심는다고 해서 모든 문제가 해결되는 것은 아니며, 기껏해야 사회가 화석연료에서 벗어나는 과도기적 기간 동안에만 기여할 수 있을 뿐"이라며 "궁극적으로 우리는 모든 부문에서 탄소 배출이 없도록 해야 하고, 단순히 나무를 키우는 것만으로는 인류에게 면죄부를 줄 수 없다"고 강조했다.

식물의 광합성 수행으로 초록빛 향연이 계속되지만 마냥 기뻐할 수 만은 없는게 우리의 현실인 바, 더욱 각성하고 지구를 살리는 노력을 기울여야 할 것이다.