개인적으로 학교 과목의 하나인 과학은 시험을 위한 암기 시간으로 기억된다. 그러나 일상을 살아가며 과학은 유용한 삶의 지혜를 가져 온다.
질문과 생각을 통해 지식을 상식으로 만들어 가자
글을 통해 학생들과 사람들에게 도움이 될 수 있는 내용을 만들어가면 유용할 것 같다는 생각을 하게 된다.
이러한 관점에서의 글의 주제들을 지구과학, 역사와 같이 스토리로 풀어낼 수 있는 내용들을 만들어 가고자 한다.
오늘 글의 주제는 지구 온난화에 대한 내용을 다루어 보고자 한다.
지구 온난화(Global Warming)란?
지구 온난화는 인류가 지구의 기후를 변화시키는 현상이다. 인간의 활동으로 이산화탄소 (CO2) 농도가 증가하면 태양 에너지를 가두고 지구의 온도가 상승한다.
이런 온실 가스는 CO2 와 함께 메탄 (CH4), 아산화질소 (N2O), 수소불화탄소 (HFCs), 과불화탄소 (PFCs), 육불화황 (SF6) 등이 있다.
온실 가스는 지구로 들어오는 태양 복사 에너지의 일부를 흡수하여 지구의 평균 기온을 유지하는 역할을 한다.
이러한 기체들은 태양으로부터 지구로 들어오는 단파장 태양 에너지를 통과시키고, 지구로부터 방출되는 장파장 복사 에너지를 흡수하여 기온을 상승시킨다.
과거 170년 동안, 지구 표면의 평균 온도는 섭씨 약 1.1도 상승했습니다. 수백만 건의 측정 결과를 통해 확인됩니다.
또한, 과거 기후의 특징을 기록하는 나이테, 빙하코어, 호수 퇴적물, 산호 등을 통해 온난화 단계 파악의 맥락을 얻습니다.
나이테와 극지방의 얼음은 대기 화학의 변화를 기록하며, 화석 공급원에서 나온 탄소가 1850년 이후 크게 증가했다.
80만년 동안 대기 중 이산화탄소 농도는 300ppm 미만이나, 산업혁명 이후 420ppm 수준으로 치솟았다.
이산화탄소 농도 증가 원인?
이산화탄소 농도의 증가는 화석 연료 연소와 산림 벌채와 연관이 있습니다. 이는 19세기 이후 폭발적으로 증가했습니다.
BBC에 따르면 인공 위성 관측에 CO2가 흡수하는 복사 에너지 파장만큼 지구에서 우주로 열이 더 적게 방출된다고 한다.
기후 모델 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 자연적인 모습과 인간의 영향을 분석하여 온도 상승의 이유를 설명할 수 있다.
이로 인해 실제적인 삶에 어떤 변화가 일어나는가? 그린란드와 남극 빙하가 녹고 있다.
- 기상재해 발생 건수는 50년 동안 5배 증가했다.
- 지구 해수면은 지난 세기에 20cm 상승 했고, 여전히 상승하고 있다.
- 1800년대 이후, 바다는 약 40% 더 산성이 되어 해양 생물에 영향을 미친다.
미국 국립환경예측센터 과학자들은 7월 3일 전 세계 평균 기온이 17.01도를 기록해 종전 최고 기온인 2016년 8월 16.92도를 경신했다고 밝혔다.
사람들에게 잘 알려진 온실가스의 주범으로 에어컨 냉매인 프레온가스(CFCs=염화불화탄소)는 1990년대 퇴출되었다.
이 물질은 오존층을 파괴하는 주범으로 낙인찍혔다. 대체 냉매인 수소염화불화탄소(HCFC)도 2010년 규제되었다.
오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의정서 협약 당사국들은 2030년까지 이 물질의 생산과 수입을 전면 금지한다.
요즘 각광받는 냉매는 오존층을 파괴하지 않는 수소불화탄소(HFC)다. 덕분에 6가지 온실가스 가운데 가장 빠른 증가를 보이며 매년 10~15% 증가한다.
그러나 이 물질 역시 오존층을 파괴하지는 않지만 온실가스 효과, 지구온난화지수가 이산화탄소의 수백~수천배이다.
요즘 한국 가정의 룸 에어컨에 쓰이는 HFC 계열의 냉매(R410A)는 이산화탄소보다 온실 효과가 1924배 높다.
한국의 온도 상승률은 전지구보다 높은 편이 고, 실제로 에어콘으로 여름에 추위를 느낄 정도로 사용량이 많다.
특히 아시아의 중국과 인도에서 에어콘 사용 증가율이 높아지면서 온난화는 더욱 가속화 될 것이 예상된다.
하와이 킬링 곡선
1958년부터 하와이 마우나로아에서 매일 같이 이산화탄소를 측정한 찰스 데이비드 킬링(Charles David Keeling).
그의 집요하고 끈질긴 노력으로 이산화탄소 농도의 뚜렷한 증가를 보여주는 ‘킬링 곡선’이 만들어졌고, 이로 인해 지구온난화에 대한 연구가 촉발됐다.
사실 ‘유엔 정부간기후변화위원회(IPCC)’에서도 1990년 발간된 1차 기후변화 영향 보고서에서 ‘인간 활동에 의한 기후변화 가설은 관측상의 한계로 명확하지 않다’는 입장을 밝혔었다.
그러나 이후 네 번에 걸친 후속 보고서에서 그간의 과학적 진보를 바탕으로 ‘인간의 활동에 의해 기후변화가 일어났다고 확신한다’고 명시했다.
기후변화의 과학적 증거를 기록하고 그 메커니즘을 이해하려는 노력은 과거 수십 년 동안 성공과 실패를 반복한, 놀랄 만한 진보의 역사다.
실제로 1970년대 중반까지는 지구 냉각화 가능성에 대한 다수의 기사가 게재됐다. 그러나 이러한 주장이 미국 연구진의 측정 결과로 빗나간 예측이 되었다.
미국 과학자 찰스 데이비드 킬링과 공동 연구원은 1958년부터 하와이 마우나로아(Mauna Loa)에서 대기 중 이산화탄소 농도를 측정했다.
이는 세계에서 가장 장기간 동안 대기 중의 이산화탄소를 측정한 결과로, 계절적인 변동을 넘어 매년 이산화탄소가 급격히 증가하는 것을 보여준다.
이 결과가 한 장의 그림으로 표현된 것이 그 유명한 ‘킬링 곡선(Keeling curve)’이다.
이러한 역사적인 데이터를 기념하기 위해 저명한 과학 잡지인 <네이처(Nature)>도 지난 2007년에 잡지의 표지 사진으로 ‘킬링 곡선’을 수록했다.
연구의 지속적인 이산화탄소 농도 증가는 오늘날 정치, 경제 그리고 국제 협상 등 중요한 외교적 의사 결정에서 중요한 과학적 근거가 된다.
킬링 박사 연구의 확인 사실과 현황
찰스 데이비드 킬링은 1928년 생으로 1954년 화학 분야 박사학위를 받고 1958~2005년 작고할 때까지 무려 50년 동안 이산화탄소 측정 연구에 매진했다.
킬링 박사는 이러한 측정이 가능하도록 아주 정밀한 도구와 기법을 개발하여 워싱턴 정계의 관심을 끌어 연구비를 받았다.
이를 통해 하와의 빅아일랜드섬 마우나로아 화산 꼭대기에 이산화탄소 측정소를 세웠고 두 가지 사실을 발견했다.
- 지구 자체가 숨을 쉰다. 여름철과 겨울철 식물의 광합성 작용의 강도에 따라 이산화탄소 농도가 낮고 높음을 반복
- 매년 꾸준히 이산화탄소의 농도가 전년보다 조금씩 증가
이 결과의 의미를 이해하는 기후 과학자들은 화석 연료가 지구 온난화의 주범인 것을 증명하고 인류의 경제, 사회적 활동에 메시지를 주고 있다.
킬링곡선이 네이처의 표지를 장식한 2007년에 앨 고어 전 미국 부통령과 유엔 정부간기후변화위원회가 노벨 평화상 공동 수상자로 선정됐다.
아이러니한 것은 10년 뒤 2017년, 미국 대통령 도날드 트럼프가 ‘파리협약’을 탈퇴하고 경제적 논리로 인해 인류에게 닥친 재앙을 외면하게 된다.