27. 기후변화의 생태학

지구의 기후시스템에서 변화는 내재적이기 때문에 지구의 기후변화란 용어는 사족이다. 예를 들어, 지구의 축은 태양에 대해 23.5도 기울어져 계절을 만들어내지만, 지구는 실제로 불안정하다. 사실상 지구의 기울기는 22.1~24.5도 까지 변한다. 지구 자전 기울기의 정도는 지구의 서로 다른 부분에 도달하는 빛의 양에 영향을 미쳐 지구 기후 양상에 영향을 준다. 이러한 지구 기울기의 변이는41,000년에 한 번씩 일어나고 빙하의 확장과 후퇴가 일어나는 빙하기를 주로 야기한다. 결국, 기후의 변화는 지구상 생물상에 영향을 준다. 고생태학은 지난 10만 년 동안 빙하의 확장과 후퇴기 동안의 기후변화에 대한 개체군, 군집, 생태계의 반응을 보고해왔다. 더 오랜 시간 규모에서도, 화석기록은 지질학적 시간에 걸친 지구 기후의 동태에서 기인한 진화적인 변화의 내력을 진술하고 있다. 이 교과서를 통해, 기후가 자연생태계의 기능에 어떻게 영향을 주는지에 대한 수많은 사례 광합성 시 잎에 의한 이산화탄소의 흡수에서부터 지구생태계의 분포와 생산력에 이르는 부분까지를 배웠다. 그러나 지금 우리는 지구상 생명의 역사에 있어 인간이라는 단 한 종이 지구의 기후를 변화시킬 수 있는 시대로 들어왔다. 2장에서, 산업혁명의 시작 이후 화석연료의 연소가 대기중 이산화탄소와 기타 온실가스 농도의 기하급수적인 증가를 불러왔고 지구 대기 성질의 이러한 변화가 지난 세기 동안 온난화의 일반적인 양상을 불러왔다는 증거가 제시되었다. 또한, 미래에도 온실가스의 배출이 계속됨으로써, 인간활동은 추가적으로 지구 기후시스템을 더 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 이 장에서는 인간의 활동이 어떻게 지구의 기후를 변화시켰는지 알아볼 것이다. 그리고 그러한 변화들이 종들의 생물 계절성과 분포를 변화시키고, 상호작용을 바꾸고, 궁극적으로는 생태계의 분포와 생산력에 영향을 줌으로써 어떻게 생태계에 영향을 미쳤는지 탐구할 것이다. 또한, 미래에 지구의 기후가 어떻게 변할지를 예측하기 위해 사용되는 수단들과 생태계에 대한 미래의 기후변화의 영향에 대해 탐구할 것이다. 27.1 지구의 기후는 지난 세기 동안 따뜻해졌다 2장에서 논의한 바와 같이, 지난 세기 동안 지구의 기후는 0.74도씨 따뜻해진 것으로 추정된다. 지난 세기 중후기의 기온 상승률은 초기의 약 2배이고, 지난 1,000년 동안의 어떤 시기보다 더 큰 것으로 믿어진다. 이러한 온도변화는 지구표면에 걸쳐 고루 분포된 것은 아니고, 지역적 변화들은 매우 이질적이다. 가장 큰 기온 상승은 극지방, 특히 북국에서 일어났는데, 지구상 다른 지역들보다 2배나 빠르다. 기온 상승은 계절적으로도 균일하게 일어나지 않았다. 지난 반세기 동안 관측된 가장 큰 기온 상승은 겨울 동안에 일어났다. 또한, 주야온도의 범위도 감소했는데, 최저기온이 최고기온보다 2배 속도로 증가하고 잇기 때문이다. 그 결과, 대부분의 중위도, 고위도 지역에서 얼지 않는 기간이 길어지고 있다. 1900년부터, 계절적으로 동결된 짱의 최대 면적은 북반구에서 약 7% 감소했고, 봄에는 15%까지 감소했다. 지구의 표면 에너지균형과 이와 관련된 기온 상승은 표면온도뿐만 아니라 지구적인 기후시스템의 요소들에도 영향을 미쳤다. 위성자료에 따르면 1960년대 말 이후 눈과 얼음으로 덮인 면적이 10% 감소했다. 강수량의 변화 또한 공간적 또는 시기적으로 일정하지 않았다. 북반구의 중위도, 고위도에서 10년간의 강수량 0.5% 증가가 대부분 가을과 겨울에 발생하고, 반면 열대지역에서는 10년 동안 강수량이 약 0.3% 감소했다. 변화는 육지 표면에만 한정된 것은 아니다. 1961년부터의 관측에 따르면, 최소 3,000m 깊이까지 지구 해양의 평균 수온이 상승하였고, 해양이 기후시스템으로 유입된 열의 80% 이상을 흡수했다는 것을 보여준다. 하지만, 지난 50년 동안 해수면 온도의 증가는 지표면에 비해 느리게 진행되었는데, 이는 더 큰 열적관성의 결과로 해양이 육지보다 더 천천히 반응하기 때문이다. 해수면의 기온 상승은 북국해에서 가장 크게 나타났는데, 1978년부터의 위성자료에 의하면 연평균 북극해빙면적이 10년마다 2.7% 줄어들었다. 전체적으로, 해양의 기온 상승은 바닷물을 팽창시켜 해수면 상승에 기여했다. 여기에서 설명된 지난 세기 동안의 관측된 지구의 기후변화는 육상생태계와 수생생태계 모두에 폭넓고 다양한 영향을 미쳤다. 27.2 기후변화는 생물의 생리와 발달에 직접적인 영향을 미친다 6장과 7장에서 논의했듯이, 온도는 식물과 동물의 기초대사와 발달과정에 직접적인 영향을 미친다. 지난 세기 동안의 온난화의 지구적 양상이 생물들에게 어떠한 영향을 미쳤는지는 연구의 주요 논점이엇다. 내온성 동물들은 대사과정을 통한 내부 열 생산을 통해 체온을 비교적 일정하게 유지한다. 따라서 환경온도는 주로 주변 환경과의 열교환을 결정함으로써 대사과정에 영향을 미친다. 한종 내에서, 큰 몸 크기는 질량에 대한 표면적을 감소시킴으로써 열 손실을 감소시키는 역할을 하고, 따라서 질량 특이적인 대사율은 몸 크기가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다. 그 결과, 내온성 동물종들에 있어서, 연평균 온도가 감소함에 따라 평균 몸 크기가 증가하는 지리적 경향이 나타난다. 다양한 연구들에서 수십 년 혹은 수백 년 동안 지역의 온도변화와 관련한 지역 동물 개체군들의 몸 크기 변화를 기록하였다. 일반적으로, 결과에 따르면 많은 내온성 동물종들에서 온도 상승에 다라 최근 평균 몸 크기가 감소했는데, 이러한 양상은 작은 몸 크기가 온난한 기후에서 더 에너지 효율적이라는 가설과 일치한다. 내온동물과 반대로, 외온동물에게는 환경온도가 체온과 대사율에 직접적인 영향을 미친다. 종들은 기초대사과정과 활동을 유지 할 수 있는 제한된 온도 범위를 갖는데, 이 범위를 벗어나서는 생존할 수 없다. 외온동물에 대한 기후온난화의 잠재적인 영향을 조사하기 우해, 연구자들은 온도변화가 현재 열 내성의 상한한계에 근접한 종들에게 어떠한 영향을 주는지 뿌니만 아니라, 온도변화가 종의 열내성 범위 내에서 대사율에 직접적으로 어떠한 영향을 주는지에도 주목했다.