최근 이상기후 현상이 더욱 두드러지면서 이산화탄소를 줄이기 위한 전 세계의 노력이 활발해지고 있다. 그 중 하나가 ‘나무 심기’다. 식물의 광합성 작용이 대기 중 이산화탄소를 줄이는 데 큰 역할을 하기 때문입니다. 광합성은 식물이 빛 에너지를 사용하여 기공을 통해 흡수된 이산화탄소와 뿌리를 통해 흡수된 물로부터 탄수화물과 산소를 생성하는 과정입니다. 하지만 기온이 올라가면 산림식물은 산소 대신 이산화탄소를 배출한다고 합니다. 이것은 그야말로 식물에 대한 배신이다. 이산화탄소를 흡수해 지구의 온도를 낮추는 식물은 어떻게 이산화탄소를 배출할까요? 정책주간지 K-Empathy ‘김형자의 친절한 과학정책’을 살펴보세요. 식물은 온도가 상승함에 따라 탄소 배출을 배신합니다.
식물의 광합성 과정. 햇빛을 이용해 이산화탄소와 물에서 탄수화물과 산소를 생산합니다. 데이터자연과학연구소
특정 온도에서는 광합성 효율이 감소하고 광호흡이 발생합니다.
빛의 강도, 이산화탄소 농도, 온도는 식물의 광합성에 복잡한 영향을 미칩니다. 효소(루비스코)는 또한 촉매 역할을 하며 광합성을 돕습니다. 이때 생산된 탄수화물(포도당)은 잎, 줄기, 뿌리에 공급되어 성장에 이용됩니다. 인간이 배출하는 탄소의 30%는 광합성을 통해 식물에 흡수됩니다. 그러나 대기 온도가 상승하면 식물의 수분이 증발하고 광합성 효율이 감소합니다. 수분이 충분하지 않으면 식물이 건조해지기 때문에 잎은 수분 손실을 방지하기 위해 기공을 닫습니다. 기공은 대기로부터 이산화탄소를 흡수하는 통로입니다. 기공이 닫히면 잎의 이산화탄소 농도가 감소하여 광합성을 돕는 효소가 이산화탄소보다 산소와 더 잘 결합할 수 있습니다. 동시에 광합성 효율이 감소하고 상당량의 이산화탄소가 포도당으로 전환되지 않아 영양분 생산이 감소합니다. 또한, 산소와 결합하는 대신 이산화탄소를 방출하는 광호흡이 발생할 수도 있습니다. 광호흡은 햇빛이 있을 때만 잎에서 일어납니다. 식물은 밤낮으로 숨을 쉬지만 밤에는 햇빛이 없기 때문에 호흡에 필요한 산소를 흡수하고 호흡의 결과로 생성된 이산화탄소를 일부 내뿜습니다. 광호흡은 식물이 밤에 하는 호흡과 유사합니다. 미국과 뉴질랜드 공동연구팀이 지난 25년간 생태계와 대기 간 이산화탄소 이동을 관찰한 데이터를 바탕으로 온도에 따른 식물 생태계의 광합성과 호흡의 변화를 규명했다. 분석되었습니다. 그 결과, 지구 온난화가 지속되어 기온이 일정 수준까지 상승하면 광합성과 호흡에 변화가 일어나 식물의 이산화탄소 저장능력이 저하될 수 있다는 사실이 과학저널 ‘사이언스 어드밴스(Science Advances)’에 게재됐다. 연구팀에 따르면 이번이 처음이다. 즉, 광합성이 왕성하게 일어나 온도가 일정 온도까지 올라가면 이 전환점 이후부터 광합성 효율이 떨어지기 시작하여 식물의 이산화탄소 저장 능력이 저하될 수 있다는 뜻이다. 광합성 효율의 변곡점에 도달하는 특정 온도는 식물마다 다릅니다. 식물은 광호흡 방식에 따라 C3(콩 등 온대기후 작물), C4(옥수수, 사탕수수 등 덥고 건조한 열대성 작물), CAM(선인장 등 다육식물)으로 나뉜다. ) 등을 들 수 있다. 광합성 효율이 가장 높은 온도는 C3 식물군이 18℃, C4 식물군이 28℃로 나타났다. 온도가 이 이상으로 올라가면 광합성 효율이 감소하기 시작하고, 전환점에 도달하지 않고 온도가 증가함에 따라 호흡률이 비례적으로 증가합니다. 온도 변곡점 이후에는 광합성 효율이 가장 높을 때 모든 식물의 호흡이 계속 활발해지며 더 많은 이산화탄소가 배출된다. 변곡점 이후 온도가 상승함에 따라 식물의 탄소 배출량은 계속 증가합니다. 즉, ‘온도 상승 → 광합성 감소 → 대기 중 이산화탄소 축적 증가 → 온도 더욱 상승’의 악순환에 빠지게 되는 것입니다. 광호흡은 C3 식물에서 흔히 볼 수 있습니다. C4 및 CAM 플랜트에는 이산화탄소를 농축하여 광호흡을 부분적으로 또는 방지하는 회로가 있습니다. 지구 온난화가 지금보다 더 심해지면 어느 시점에서는 숲이 이산화탄소를 흡수하는 능력을 잃을 수도 있습니다. 어린 나무를 심으면 숲 온도를 0.5℃ 낮출 수 있다
그럼에도 불구하고, 전 세계 국가들은 지구 온난화에 대처하기 위해 나무의 효율성에 주목하고 있습니다. 나무는 대기로부터 이산화탄소를 흡수하고 이를 여러 세대에 걸쳐 저장할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에 필수적입니다. 미국과 콜롬비아의 연구자들은 나무가 대기 중 이산화탄소를 감소시킬 뿐만 아니라 숲의 온도를 섭씨 0.5도 정도 낮출 수 있다는 사실을 발견했습니다. 또한 스위스 취리히 연방공과대학(ETH)의 교수이자 기후 과학자인 톰 크라우더(Tom Crowder)와 그의 팀은 나무가 대기 중 이산화탄소를 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 세계의 모든 숲을 보존하고 황폐화된 숲을 복원할 경우 최대 2050억톤의 이산화탄소가 갇혀 있을 수 있다는 분석 결과가 과학저널 ‘네이처’에 게재됐다. 산업화 이후 인간 활동으로 인해 대기 중에 축적된 이산화탄소의 양은 3000억 톤에 이른다. 연구팀은 ‘나무 심기’가 지금까지 제안된 모든 기후변화 솔루션보다 압도적으로 강력한 효과를 발휘한다고 강조한다. 이제 나무 심기가 전 세계적으로 확산되고 있습니다. 유엔과 세계경제포럼(WEF)이 주창하는 전 세계가 동참하는 ‘조그루 나무 심기 캠페인’이 대표적이다. 2021년 1월 WEF는 미국, 아마존, 인도의 기존 산림 보존과 재조림을 통해 이산화탄소를 줄이기 위한 ‘1조 나무 캠페인’을 발표했고, 이에 유엔도 지원을 약속했다. 미국은 이 캠페인에 참여하기 위해 30년간 매년 33억 그루, 총 1000억 그루의 나무를 심을 계획이다. 산림청도 2050년까지 30억 그루의 나무를 심어 총 3400만톤의 탄소를 줄일 계획이다. 2021년 1월 계획을 발표했습니다. 특히 어린 나무를 심을 계획입니다. 어린 나무는 광합성 능력이 높아 이산화탄소를 더 많이 흡수하기 때문이다. 사람의 활동이 나이가 들수록 감소하는 것처럼, 광합성 활동도 나무가 나이가 들수록 감소합니다. 현재 대기의 평균온도는 산업혁명 이전보다 약 1.1℃ 높아졌다. 그러므로 숲의 기능을 잃지 않으려면 더 늦기 전에 어린 나무를 많이 심는 것이 중요하다. 하지만 새로 조성된 숲이 이산화탄소를 포집하는 데는 시간이 걸리기 때문에 기온이 더 이상 올라가는 것을 막기 위해서는 화석연료 사용을 줄이는 노력이 더욱 시급하다고 전문가들은 지적한다.
김형자 전 편집장은 과학을 알기 쉽게 전달하는 과학칼럼니스트다. 그는 다음을 포함하여 수많은 책을 저술했습니다.
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