산불은 생물권, 수권, 암석권, 빙권, 그리고 대기를 연결하는 지구 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 산불은 식물 구조에 영향을 미치고, 에너지, 물, 탄소, 그리고 생지화학적 순환을 변화시키며, 대기의 구성을 변화시켜 공기와 물의 질에 영향을 미칩니다 . 1 , 2 , 3 , 4 , 5. 종종 탄소원으로 여겨지지만 , 6 산불은 필수적인 생태적 역할을 하며, 재성장과 영양소 순환을 통해 탄소 포집을 향상시킬 수도 있습니다. 2 , 7. 바람을 타고 이동하는 산불은 용해성(생체이용 가능) 철(SFe), 질소, 인을 포함한 영양소를 공급하여 해양 생산성을 촉진하고, 8 , 9 , 10 잠재적으로 탄소 수출에 영향을 미칠 수 있습니다.

화재 체제의 최근 변화는 기후 변화, 인간의 토지 이용 및 생태계 역학의 복잡한 상호 작용을 반영합니다 11 , 12 . 지난 20년 동안 전 세계 화재 면적은 주로 아프리카 사바나에서 자연 초원이 농업으로 전환된 데 기인하여 약 25% 감소했습니다 13 , 14 . 그러나 기후 변화로 인해 특히 중위도에서 고위도에서 산불 빈도와 심각성이 증가했습니다 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 . 결과적으로 전 세계 화재 배출량은 비교적 일정하게 유지되었습니다 19 . 이러한 맥락에서 미래 화재가 해양 생물 지구 화학에 미칠 수 있는 잠재적 영향, 특히 철이 제한된 지역에서 식물성 플랑크톤의 성장을 자극할 수 있는 SFe 침전을 통한 영향에 대한 이해가 점점 더 중요해지고 있습니다 21 , 22 . 그러나 인간의 영향, 기후 및 화재 역학 간의 상호 작용에 대한 이해가 제한되어 있어 미래 화재 영향에 대한 예측은 여전히 ​​불확실 합니다 .23 , 24

최근 극심한 화재에 대한 연구는 이러한 화재가 해양 생산성에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 강조합니다. 2019~2020년 호주 산불은 하풍 지역에서 기후학적 평균을 훨씬 초과하는 식물성 플랑크톤 대량 증식을 초래했습니다 . 25 , 26 , 27 , 28. 마찬가지로, 시베리아에서 발생한 강력한 화재는 태평양의 황철석(SFe) 침전을 증가시키는 것으로 나타났습니다 . 29. 화재는 먼지보다 황철석(SFe)의 더 중요한 발생원이 될 수 있습니다. 9 , 30. 화재로 인한 철분은 연기 기둥의 산성 및 유기 화합물로 인해 대기에 더 쉽게 용해되기 때문입니다 . 30 , 31 , 32. 주요 먼지 발생원에서 멀리 떨어진 철분 제한 지역에 도달함에 따라, 화재로 인한 철분은 암석 발생원에서 발생하는 철분보다 탄소 수출 효율을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 21 , 33 .

극지방 북태평양, 남극해, 동적도 태평양, 그리고 여름 고위도 북대서양에 걸쳐 있는 철 제한 해양 지역은 전 세계 해양의 3분의 1을 차지합니다 . 34 , 35 , 36. 이러한 고영양소 저엽록소(HNLC) 지역에서 황철석(SFe) 침전이 조금만 증가하더라도 생산성이 증가하고, 군집 구성이 변화하며, 탄소 격리가 향상될 수 있습니다 . 35 , 36. 고위도 북대서양과 남극해는 탄소 흡수 및 장기 유기 탄소 저장에 특히 효율적이므로, 37 , 38 , 39 , 40 이러한 지역으로 황철석 플럭스가 이동하면 특히 큰 영향을 미칩니다.

미래 화재 체제가 해양 건강에 미치는 영향을 평가하려면 지구 기후 모델링 프레임워크가 필요합니다. 제6차 결합 모델 상호 비교 프로젝트(CMIP6)의 공유 사회경제 경로(SSP) 시나리오는 인간 활동과 연계된 화재 배출량 예측을 제공하지만, 기후에 따른 자연 화재 활동의 변화는 고려하지 않습니다 .41 지구 시스템 모델(ESM) 내의 화재 기반 식생 모델은 기온과 강수량과 같은 요인을 기반으로 화재 역학을 시뮬레이션하여 이러한 차이를 해소할 수 있습니다 . SSP 데이터와 이러한 ESM 예측을 결합하면 사회경제적 영향과 기후 변화의 영향으로 형성된 화재 시나리오를 더 잘 이해할 수 있습니다 .42

이 연구는 새로운 21세기 화재 배출 예측 42  ( 방법 )을 활용하여 인위적 요인과 기후적 요인이 결합되어 화재로 인한 미래 Fe 배출과 전 세계 해양으로의 대기 SFe 침전에 어떤 영향을 미치는지 평가합니다. 우리는 세 가지 CMIP6 SSP 시나리오, SSP1-2.6(SSP126), SSP3-7.0(SSP370) 및 SSP5-8.5(SSP585)에 걸쳐 고급 Fe 에어로졸 사이클 모듈(EC-Earth3-Iron 32  및 CAM6-MIMI 43 )이 있는 두 개의 ESM을 사용합니다 ( 방법 ). 이 시나리오들은 다양한 완화 및 배출 궤적을 포함합니다( 방법 ). 우리의 분석은 먼저 대기 전용 시뮬레이션을 사용하여 시나리오 전반에 걸쳐 다른 Fe 소스의 변화와 관련하여 기후적 화재 변화에서 이전에 설명되지 않은 이러한 Fe 배출의 미래 효과를 분리합니다. 또한 미래 기후 조건이 대기 Fe 용해 및 침전 역학에 영향을 미쳐 SFe 침전을 어떻게 추가로 변경할 수 있는지 조사합니다( 방법 ). 본 연구는 북반구 고위도 지역에서 기후 변화로 인한 화재로 인해 향후 철(Fe) 배출량이 상당히 증가할 가능성을 제시합니다. 이러한 변화에 매우 취약한 주요 해양 지역은 해양 생산성에 미치는 황철석(SFe)의 영향 변화를 추정하여 파악하며( 방법 ), 고위도 북대서양이 특히 큰 영향을 받는 지역으로 나타났습니다. 본 연구의 프레임워크는 또한 현재 철 순환 불확실성 또는 정책 효과성 중 어떤 요인이 HNLC 지역의 황철석 퇴적에 가장 큰 영향을 미치는지 평가합니다. 이를 통해 기후 영향 평가에 있어 포괄적이고 학제적인 접근 방식의 중요성을 강조하고, 궁극적으로 CMIP 활동 및 미래 정책에 대한 더 나은 정보를 제공할 수 있습니다.

화재로 인한 철(Fe) 배출은 산불의 간헐적이고 예측 불가능한 특성으로 인해 연기 기둥 구성 및 대기 이동 경로를 분석하기 위한 전 지구적으로 대표적인 에어로졸 시료를 확보하는 데 어려움을 겪습니다 . 모델링은 철 배출을 블랙카본(BC) 및 유기탄소(OC) 에어로졸과 같은 동반 배출 종과 연결하는 관측 연구의 추정치를 활용하여 이러한 차이를 메우는 데 도움이 될 수 있습니다 .

두 개의 다른 ESM과 Global Fire Emissions Database version 4.1s(GFED4s) 45  ( 방법 ) 를 사용하는 CMIP6 과거 인벤토리의 현재 배출량을 사용하여 평균 현재(~2010  CE )의 전 세계 화재 철 배출량이 0.76(범위, 0.57–0.94) Tg Fe yr −1 임을 얻었습니다. 이러한 추정치는 0.52에서 2.2 Tg Fe yr −1 의 값을 보고하는 최근 모델링 연구와 일치합니다  (참조 문헌  46 ). 화재 철 배출량은 주로 45° S에서 75° N의 식생 지역에 집중되어 있으며 열대 피크는 10° N과 10° S 근처에 있습니다(보충 그림  1 ). 북쪽 피크는 초원 화재와 관련이 있는 반면 남쪽 피크는 남미와 인도네시아의 초원 화재와 삼림 벌채로 인해 발생합니다. 55° N 주변의 두 번째 피크는 한대 화재에 해당합니다.

미래 추정을 위해 사회경제적 요인과 기후적 요인 모두에 영향을 받는 화재 시나리오를 설명하는 배출 데이터 세트를 사용했습니다 .42 이 데이터 세트는 기후 및 식생 변화에 대한 반응으로 상호작용하는 화재를 시뮬레이션하는 CMIP6 프레임워크 내 6개 ESM의 앙상블 정보를 SSP 배출 데이터와 결합한 것입니다