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5-5. 지구 온난화
산업이 발달함에 따라, 이제는 인간에 의한 자연 환경의 변화가 매우 중요한 시대가 되었다.
인간에 의한 환경 변화는 주로 인간이 자연계에 유입시키는 오염물질에 의해 초래되는데, 특히 어마어마한 양의 화석연료
사용으로 인한 오염물의 발생은 지구의 생태계를 위협하는 골칫거리이다. 이들 화석 연료로부터의 오염물은 다양한 환경
문제를 일으키는데, 그 중 우선 지구온난화에 대해 살펴보자.
5-5-1. 지구 온난화(global warming)란?
지구온난화란 말 그대로 지구가 따뜻해지는 것을 의미하는 것이다. 요즘의 지구환경학적 관점에서는 특히 대기
오염으로 인한 온실 가스의 증가로 지구의 대기가 상승하는 현상을 지칭하는 용어이다.
온실가스란 대기 중에서 지구의 복사열을 흡수했다가 다시 방출하여 지구의 온난화를 일으키는 가스로, 그 양이
많은 순서로 나열하면 H2O(수증기) > CO2 > CH4 > N2O > O3와 같으며,
이들 각각이 지구온난화에 기여하는 정도는 대략 36-72%, 9-26%, 4-9%, 및 3-7% 정도이다(Kiehl and Trenberth, 1997).
지구의 기온은 주로 가시광선을 통해 유입되는 태양 에너지와 적외선의 형태로 지구가 외부로 방출하는 복사
에너지에 의해 조절된다. 그림 5-5-1은 태양과 지구의 흑체 복사파의 파장을 비교한 것으로, 태양 빛의 대부분은 가시광선 영역에
지구 복사파의 영역은 대부분 적외선 영역에 속함을 알 수 있다(실제 태양의 발광 파장은 흑체 파장과 다를 수 있으나, 모두
가시광선 영역의 파장이 주를 이룸은 같다).
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| 그림 5-5-1 태양과 지구의 흑체 복사파장의 비교
(그림 출처: http://www.azimuthproject.org/azimuth/show/Blog+-+a+quantum+of+warmth).
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지구에 태양에너지가 도달하여 지구를 덥히면, 지구상에서는 물이 증발하면서 급격한 기온 변화를 조절하는 한편
적외선 파장을 갖는 복사파가 방출되면서 지구를 식히는데, 이때 방출되는 복사파의 일부가 온실가스에 의해 흡수되었다가 다시
사방으로 방출되게 된다(그림 5-5-2). 온실가스에 의한 이러한 복사파의 흡수 및 재방출은 복사파를 다시 지구로 되돌려 보냄으로써
지구의 냉각을 지연시키는 역할을 한다. 이는 마치 온실의 비닐이나 유리벽이 내부의 태양에너지는 충분히 들어오게 하면서도 외부로의
(실제로는 공기 교류에 의한) 열손실을 줄여 내부 온도를 유지하는 것과 비슷하다 하여, 이러한 효과를 온실효과, 이러한 역할을
하는 가스를 온실가스라 부르는 것이다.
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| 그림 5-5-2. 이산화탄소를 비롯한 다양한 대기 가스에 의한 온실효과
(그림 출처: https://koshland-science-museum.org/explore-the-science/earth-lab/causes).
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만일 대기 중의 온실가스의 양이 증가하면, 지구로 반사되는 복사파의 양이 따라서 증가하여 지구의 온도가 그만큼 상승하게 된다.
이러한 온도의 상승은 좀 더 많은 물의 증발을 유발하여 대기 중 수증기의 양을 증가시키며, 이 증가된 수증기에 의해 좀 더 많은 온실효과가
유발된다. 이는 다시 더욱 지구의 온도를 증가시키고, 더욱 많은 수증기를 증발시키고, 이로부터 또 더 많은 온실효과가 나타나게 된다. 즉,
온실효과는 이와 같이 지구의 온도를 계속 증가시키는 방향으로 순환 고리를 형성하는 현상인 것이다. 만일 이와 같이 일방적으로 온실효과가
지속된다면, 지구의 온도는 모든 물이 끓어 기화될 때까지 계속 증가할 것이고 결과적으로 대부분의 생명체는 지구상에서 사라지고 말 것이다.
지구의 대기 중에서 온실효과가 엄연히 작동되고 있음에도 지구가 아직도 끓어 넘치지 않는 이유는 무엇일까? 그것은
바로 온실효과에 반대로 작용하는 냉각효과 때문이다 (냉각효과에 대해서는 정확하게 정의할 수 있는 용어가 부족하다, 일부는
dimming effect로 부르기도 하며, 여기에 albedo effect를 포함하기도 한다. 그냥 일반적으로 anti-greenhouse effect로 두루
뭉실 부르는 경우도 있다). 지구의 온도가 상승하여 대기 중에 수증기의 양이 증가한다고 생각하자. 더워진 공기와 함께 상승한 이
수증기는 대류권에서의 고도에 따른 온도 하락으로 인해 구름을 만든다. 이 구름은 태양빛을 가리고 반사하여 지구가 데워지는 것을
방해하여 지구의 기온을 낮춘다. 이렇게 온도가 낮아지면, 좀 더 많은 수증기가 응결되어 구름을 만들고, 이 구름은 다시 좀 더 많은
태양빛을 가리게 되어 지구의 온도를 더욱 낮추게 된다. 온도가 충분히 낮아지면 구름으로부터 눈이 내리고, 지표수는 얼어버릴지도 모른다.
쌓인 눈과 얼음은 훨씬 많은 양의 태양빛을 반사하면서, 지구를 더욱 냉각시키게 되며, 이러한 방향으로 계속 순환이 반복되면서 지구의
온도를 끊임없이 낮추게 된다(그림 5-5-3). 만일, 지구에 이러한 냉각 효과만 있다면, 지구 전체는 꽁꽁 얼어버려 또 다시 많은 생물들이
멸종의 길을 걸을 수밖에 없을 것이다.
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| 그림 5-5-3. 눈이나 얼음에 의해 대부분의 태양광이 반사되는 것을 보여준다
(그림 출처: http://www.the-m-factory.com/portfolio/illustrated/illustrated_08.html).
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지구의 대기 온도가 일정하게 유지되는 것은 온실효과와 냉각효과가 함께 작동되기 때문이다. 즉, 온실 효과가 증가하면
그 반작용으로 냉각효과 또한 증가하게 되어 일방적으로 온도가 상승하는 것을 막아주며, 그 반대의 경우 (즉, 냉각효과가 증가하면
온실효과가 상승하여) 온도가 하강하는 것을 막아 균형을 잡아준다. 중요한 것은 이 균형점이 어떤 온도에 형성되느냐 하는 점인데,
대기 오염에 의해 온실가스의 양이 증가하면 이 균형점이 좀 더 높은 온도 쪽으로 이동하게 되며, 이를 우리는 일반적으로 대기온난화라고
부른다.
5-5-2. 온실 가스의 종류 및 기온의 변화
이미 앞서 살펴보았듯이 대기 중에는 여러 종류의 온실 가스가 존재하며, 이들이 온실효과에 기여하는 바도 또한 각기
다르다. 아래 표 5-5-1은 물은 제외한 다양한 대기에 존재 가능한 온실 가스들을 비교한 것으로, 이들 온실 가스들의 산업화 이전 및 이후의
대기 중 농도, 대기에 머무르는 시간, 누출 오염원, 그리고 온난화잠재력(global warming potential; 같은 무게의 이산화탄소와 비교했을 때
몇 배나 더 열을 흡수할 수 있는가를 나타내는 척도)등을 정리하였다.
| 표 5-5-1. 주요 대기 중 온실가스의 비교
(자료 출처; http://maps.grida.no/go/graphic/main-greenhouse-gases).
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주목할 만한 것은 우리가 지구온난화의 주범으로 생각하는 이산화탄소보다 다른 온실가스들의 온난화잠재력이
훨씬 높다는 점이다. 그럼에도 불구하고 이산화탄소가 지구온난화의 주범이 되는 이유는 그 양이 다른 온실가스에 비해 훨씬
많으며, 인간에 의해 오염물로서 대기에 유입되는 양도 훨씬 많기 때문이다.
그림 5-5-4는 온실가스 배출량을 부문별로 구분하여 구분해 보여주고 있으며, 그 중 가장 양이 많은
이산화탄소(전체의 72%), 메탄(18%), 및 질소산화물(9%)의 부문별 배출량을 좀 더 자세히 나태내고 있다. 그림에 표시된
부문 중, 발전(power station), 운송연료(trasnportation fuels), 및 화석연료 관련 산업(fossil fuel retrieval,
processing, and distribution)은 거의 전적으로 화석연료를 사용하는 부문이며, 그 밖에 다른 부문들도 상당량 화석 연료에
의존하고 있어, 화석 연료의 사용이 지구온난화에 막대한 영향을 미치고 있음을 짐작할 수 있다.
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| 그림 5-5-4. 부문별 온실 가스 배출량 상대 비교
(그림 출처: http://www.ei.lehigh.edu/learners/cc/greenhouse/Diagram3.png).
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그림 5-5-5는 기온에 영향을 미칠만한 여러 요인들을 실제 대기 온도와 비교한 것으로, 이로부터 실제 온실가스가
대기 온도를 높이는데, 결정적 역할을 하고 있음을 알 수 있다.
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| 그림 5-5-5. 대기 기온 변화를 유발하는 요인들의 유발 효과 변화와 실제 및
모사 대기 온도의 변화(그림 출처: http://solar-center.stanford.edu/sun-on-earth/glob-warm.html).
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5-5-3. 지구 온난화로 인한 재해
어느 날 기온이 평소보다 몇 도 더 높아져 계속 그 상태를 유지하면 어떤 일들이 벌어질까? 사람들이 계절에
맞게 준비한 것들이 쓸모없게 되어 새로 날씨에 적응하느라 각 가정마다 지출이 크게 늘지도 모른다. 더운 날씨 때문에 냉방기를
가동하는 등 많은 에너지를 소모하게 되어, 예비 연료가 바닥이 나고 국가 에너지 정책이 큰 혼란에 처할 수 있다. 일부 병약한
사람들은 더욱 쉽게 지치고, 쇄약해질 것이며, 모기와 같은 해충이 늘어나고, 전염병 등이 창궐하면서 의료비 지출이 크게 증가할지도
모른다. 더운 날씨로 인한 병충해가 크게 늘어 식량 생산비는 크게 늘어나는 반면 소출은 줄어 작게는 가정, 크게는 나라 전체의
식량 수급과 예산에 큰 타격을 줄 수도 있다. 이와 같이 조금만 생각해보면 주변에 우리에게 일어날 수 있는 온난화로 인한 여러
가지 피해를 생각할 수 있다. 하지만, 지금까지 열거한 피해들은 사실 전 지구 규모 피해의 단면들일 뿐이다.
지구 온난화로 인한 재해는 기후 변화로 인한 재해가 주를 이룬다. 이는 단순히 기온이 상승하면서 양극 지방의 빙하가
녹고, 그로 인해 해수면이 상승하여 전 지구적으로 침수 피해 및 그 이차적 피해가 발생하는 것뿐만 아니라, 좀 더 복잡한 기후 변화로
인한 다양한 재해를 포함한다. 지구 온난화로 인해 난류는 확장되고 한류 경로는 변화되며, 이에 따라 대규모 대기 순환 양상도 달라진다.
이는 곧 태풍 등 열대성 저기압 발생 패턴의 변화를 가져오고, 건조 지역이던 곳에 폭우가 쏟아지고 습윤 지역에 가뭄이 계속되는 등의
장기간 이상기후를 일으킨다. 이들 이상 기후는 가뭄과 홍수 등을 통해 사람들에게 직접 피해를 주는 것은 물론이고, 이에 수반하는
화재, 전염병 등 수많은 이차적 피해를 양산할 뿐만 아니라, 종국에는 안정하게 고착되었던 생태계를 파괴하면서 우리의 존재 자체를
위협하게 된다.
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| 그림 5-5-6. 지구온난화로 인한 온도의 상승에 따라 일어날 수 있는 피해들
(그림 출처: http://en.wikipedia.org/wiki/Effects_of_global_warming).
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5-5-4. 지구 온난화에 대한 대응
지구 온난화로 인한 재해를 최소화하기 위해서는 온실 가스 배출을 줄이고(mitigation), 앞으로 예상되는 온난화로
인한 충격에 충분히 대비하여야(adaptation) 한다.
매우 다양한 방법을 통해 온실 가스 배출을 줄일 수 있으며, 아래에는 이 중 대표적인 것들을 정리한 것이다:
- 신재생 에너지등과 같이 화석연료를 대체할 수 있는 다른 에너지 사용
- 화석 연료 절약 및 사용 자제
- 화석 연료의 사용 효율 증대
- 온실 가스 포집 처분(Carbon Capture and Storage; CCS)
- 국제 사회 차원에서의 각국 정부의 감축 노력 독려. 이와 관련하여서는 교토의정서(Kyoto Protocol)와 탄소배출권(Certified
Emission Reduction; CER) 및 탄소배출권거래제(Carbon Emission Trade)를 찾아보자.
지구온난화로 인한 충격에 대비하는 방안으로는 다음과 같은 것들이 있다.
- 교육, 기반 시설 확충, 자원 확보, 경제적 빈곤 해결 등을 통해 대응 능력 향상
- 각 지역에 맞는 적절한 대처 방안 개발
- 기후 변화에 따른 농업 대응 및 식량 확보 방안 마련: 내한 작물 개발, 관계 능력 확충, 산림 자원 보존, 우수 활용 방안 개발 등
- 기후 조절 기술 개발
- 빙하 용융에 대비한 댐 건설
- 지질 공학적 대응 방안 마련
- 재난 국가 구호
- 주민 이주 계획
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