[과학과 놀자] 기후 변화 주요 원인은 대기 중 온실가스의 증가…80만년간 일정하게 유지되다 산업혁명 이후 급증

(82) 지구의 기후 시스템은 어떻게 작동하는가

2021년 1월, 사시사철 더운 아프리카 사하라와 중동 사우디아라비아 사막의 기온이 영하로 떨어지고 눈이 쌓였다. 세계 곳곳에서 기상 이변이 일어날 때마다 기후 변화나 기후 위기가 같이 소환된다. 지구의 기후 시스템은 어떻게 작동하기에 기후가 변한다는 것일까.

기후는 어떤 지역에서 오랜 시간 반복되는 평균적인 기상 현상을 뜻한다. 보통 어느 지역에서 30년 이상 관측한 기온, 습도, 강수량, 풍향, 풍속 등의 날씨 정보를 평균한 값이다. 하루 반짝 더운 것은 기상 이변이고 여름의 평균 기온이 올라가는 것은 기후 변화다.

지구의 연평균 기온은 약 15도로 일정하다. 기온이 일정하다는 것은 들어온 것만큼 다시 나가서 남는 열이 없다는 걸 의미한다. 이 상태를 복사평형이라고 한다. 만약 지구가 달처럼 대기가 없다면 낮 동 안 흡수된 에너지가 모두 방출되어 낮과 밤의 기온 차이가 크고 평균 기온도 낮아질 것이다. 다행히 지구는 이불 같은 고마운 대기에 둘러싸여 더높은 온도에서 좀 더 복잡한 과정으로 복사평형을 이루고 있다.

지구에 들어오는 태양복사에너지를 100%라고 할 때, 약 30%는 대기와 지표에서 반사되어 우주로 나가고 20%는 대기, 50%는 지표에 흡수된다. 데워진 지표는 지구복사에너지를 방출하고 그 중 극히 일부만 우주로 바로 나가고 대부분 대기로 흡수된다. 대기에 흡수된 에너지는 다시 대기를 데우고 우주와 지표로 방출되는데 이를 온실 효과라 한다. 대기와 지표에서 우주로 방출하는 에너지를 모두 합하면 70%로, 지구로 들어온 70%의 태양복사에너지와 같은 양이 되어 복사평형이 되고 평균 기온이 일정하게 유지된다. 그런데 대기중에 이산화 탄소 같은 온실가스가 많아지면, 지표에서 방출되는 에너지를 대기가 더 많이 흡수하고 다시 지표에 들어오는 에너지가 더 많아져 지구의 평균 기온은 높아진다. 이를 지구온난화 현상이라고 한다.

지구 전체적으로는 복사평형을 이루지만 적도 부근은 에너지가 남고 극지방은 에너지가 부족해 저위도의 남는 에너지를 고위도 지역으로 운반하는 지구 전체적인 순환이 일어난다. 지구의 기후 시스템에서는 복사평형, 대기 대순환, 해수의 순환이 끊임없이 일어나고 지구의 평균 기온이 일정하게 작동하고 있다.

지구의 기후 시스템과 평균 기온을 변화시키는 원인으로는 자연적인 요인과 인위적인 요인이 있다. 자연적인 원인으로 지구에 들어오는 태양복사에너지의 양이 변하면 지구의 평균 기온도 변하게 된다. 태양 흑점 수의 변화, 화산 폭발도 한 요인이다.

인위적인 기후 변화 요인에는 대기 중 이산화 탄소로 대표되는 온실가스 증가가 있다. 과거 기후를 분석해 보면 화산 폭발, 대규모 산불이 발생해 대기 중 이산화 탄소 양이 자연적으 로 변해왔다는 것을 알 수 있다. 그러나 과거 80만 년 동안 대기중의 이산화 탄소 농도는 180~280ppm이었지만 18세기 산업혁명 이후 최근 200년 동안 급속히 증가해 2019년에 400ppm을 초과했고, 과학자들은 앞으로 이산화 탄소 농도가 450ppm이 된다면 연평균 기온이 2도 이상 상승할 것으로 예상한다. 인류의 화석연료 사용이 늘어났기 때문이다. 게다가 이산화 탄소를 산소로 바꿔주는 산림은 줄고 있다. 그 외 온실가스로는 메테인, 이산화질소, 오존, 프레온가스 등이 있다. 특히 메테인은 온실 효과가 이산화 탄소 보다 약 30배나 높은데 소나 돼지 같은 가축의 사육으로 그 양이 증가하고 있다.

기후 변화는 일반적으로 ‘인간이 일으킨 기후 변화’를 의미한다. 인간 활동으로 일어나는 기후 변화는 급격한 변화이기 때문에 우리에게 위협적인 존재다. 기후 변화는 인류가 직면한 거대한 재앙으로 긴박함과 중요성을 강조한 ‘기후 위기’란 용어가 점점 더 널리 사용되고 있다. 기후 위기에 맞서 우리가 할 수 있는 일을 적극적으로 찾아내 하는 것은 이제 선택이 아닌 필수다.
√ 기억해주세요

박지선 혜화여고 교사

지구의 연평균 기온은 약 15도로 일정하다. 기온이 일정하다는 것은 들어온 것만큼 다시 나가서 남는 열이 없다는 걸 의미한다. 이 상태를 복사평형이라고 한다. 만약 지구가 달처럼 대기가 없다면 낮 동 안 흡수된 에너지가 모두 방출되어 낮과 밤의 기온 차이가 크고 평균 기온도 낮아질 것이다. 다행히 지구는 이불 같은 고마운 대기에 둘러싸여 더높은 온도에서 좀 더 복잡한 과정으로 복사평형을 이루고 있다.