산업혁명 이후 불과 200년도 안 된 짧은 기간 동안 지구의 평균 기온은 1.1℃ 이상 상승했다. 이대로 가다간 얼마 지나지 않아 기온이 2℃ 이상 올라가면서 생태계는 돌이킬 수 없는 재앙을 입게 될 것이다.   

기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 평균 기온이 2℃ 상승하면 생물종의 20∼30%가 멸종할 것이라는 전망을 내놓았다. 그렇다면 기온 상승폭을 2℃ 이하로 낮추기 위해 우리가 해야 할 것들은 과연 무엇일까?  

자기조절 능력 상실한 위기의 지구  
영국의 저명한 과학자 제임스 러브록(James Ephraim Lovelock)은 ‘가이아 이론’을 주장 했다. 그는 지구를 살아 있는 생명체와 같다고 보고 ‘가이아’라고 불렀다. 가이아 이론은 지구가 생물과 무생물이 유기적으로 연계되어 스스로 환경을 조절하면서 생물이 살기 좋은 상태, 즉 현재와 같은 쾌적한 대기를 조성하고 적당한 온도를 유지하고 있다는 것이다.   

그런데 인간의 수가 너무 폭발적으로 증가하다보니 가이아의 자기조절 능력이 무너지면서 가이아 전체가 위험에 빠졌다고 주장한다. 특히 그는 매우 짧은 시간 동안 너무 많은 이산화탄소 등의 온실가스가 배출되어 지구 온도를 높이는 위험성에 대해 매우 강하게 경고하고 있다. 

온실효과 개념 최초 발견한 ‘푸리에’  
지구에서 배출되는 이산화탄소의 영향으로 지구기온이 상승한다고 최초로 주장한 학자는 프랑스 수학자 장 바티스트 조제 프 푸리에(Jean-Baptiste J. Fourier)였다. 그는 지구 표면의 대기가 온실 같은 작용을 한다는 생각을 최초로 했던 사람이다. ‘왜 지구는 태양으로부터 햇빛을 계속 받는데 더 이상 더워지지 않는 것일까?’   

원칙대로라면 태양으로부터 들어오는 에너지와 지구에서 밖으로 나가는 에너지의 양이 같아야 했다. 계산해 보니 두 에너지의 양이 같으면 지구의 평균 온도는 영하 15℃가 되어야 했다. 따라서 그는 지구로부터 복사되는 열에너지가 모두 우주로 나가는 것이 아니라는 결론을 내렸다.   

지구를 둘러싼 대기가 온실의 유리처럼 작용해 에너지 일부를 붙잡아둔다는 ‘온실효과’의 기본 아이디어를 최초로 제안한 것이다. 온실효과 개념이 세계적으로 통일된 개념으로 사용된 것은 로마클럽(Club of Rome)의 1972년에서부터다.   

인간에 의한 지구온난화가 세계적 이슈로 거론된 건 1970년대부터인 것이다. 보고서에서는 인구의 폭발적인 증가, 천연자원의 고갈과 함께 이산화탄소·메탄 등의 온실가스로 인한 지구온도 상승을 예상했다. 이로 인해 앞으로 인류는 큰 어려움에 직면하고 생존이 어려워질 것으로 전망했다.  

로마클럽(Club of Rome) | 1968년 이탈리아 사업가 아우렐리오 페체이(Aurelio Peccei)의 제창으로 지구의 유한성이라는 문제의식을 가진 유럽의 경영자, 과학자, 교육자 등이 로마에 모여 회의를 가진 데서 붙여진 명칭   

지구온난화의 주범은 ‘이산화탄소’ 
푸리에가 주장한 것처럼 만약 지구에서 우주로 빠져나가는 에너지를 붙잡는 온실가스가 없다면 지구의 평균 기온은 영하 15℃ 정도로 매우 추운 행성이 된다. 그러나 현재 지구 평균 기온이 영하 15℃가 아니라 영상 14.5℃ 정도로 유지되는 것은 온실가스 때문이다.   

온실 효과는 지구의 태초부터 있었다. 그런데 최근에 와서 문제가 되는 것은 이산화탄소 등의 온실가스가 인간의 활동에 의해 급격히 증가하면서 심각한 기온 상승을 가져왔기 때문이다.   

지구온난화가 일어나는 과학적인 원리는 무엇일까? 지구에 들어오는 태양의 가시광선 파장은 태양 표면의 온도(약 6,000K)에 대응한다. 반면에 지구에서 복사하는 적외선의 파장은 지구 표면의 온도(약 300K)에 대응한다. 물체가 고온일수록 높은 열에너지와 짧은 파장을 가지고 있다. 그러니까 지구에서 복사하는 광선의 에너지가 작고, 파장도 길다는 뜻이 된다.   

태양으로부터 지구로 오는 복사에너지 중에서 구름과 지표 반사 등으로 30% 정도가 대기권 밖으로 나간다. 그리고 대류권 수증기와 구름, 성층권 오존에 의해서 20% 정도가 대기에서 흡수된다. 나머지 50%가 지표면에서 흡수되어 지표면을 데우기에 지표면의 온도가 대류권에서 가장 높은 것이다.   

지표면에서는 다시 에너지를 우주로 돌려보내는 장파복사인 적외선 복사를 한다. 지 표면에서 복사되는 적외선은 대기 중의 이산화탄소나 수증기에 상당히 많은 양이 흡수되어 지구로 되돌아온다. 대기가 적외선을 흡수하기 때문에 지구의 온도는 상승한다.   

이 효과를 ‘온실효과’라고 부른다. 예를 들어보자. 비닐이나 유리창으로 둘러싸인 온실의 내부는 따뜻하다. 비닐이나 유리는 가시광선을 잘 투과시키기 때문이다. 따라서 태양의 가시광선은 온실 안으로 들어와 온실 내부의 기온을 높인다.   

높아진 온실 안의 낮은 에너지는 유리를 통과하지 못한다. 따라서 방출된 적외선이 온실 내부에 갇히면서 기온이 상승하는 것이다. 지구온난화의 문제는 1차적으로는 온실가스 증가가 지구 밖으로 방출되는 열을 붙잡아 기온 상승을 유도한다는 데 있다.   

그러나 지구온난화로 기온 상승이 시작되면 2차 적으로 대기 중의 수증기나 지구를 덮고 있는 눈과 얼음, 빙하 등의 변화가 지구온난화 를 더 강화시킨다.   

과학자들의 실험 결과, 지구온난화 초기에는 온실가스가 지구 밖으로 나가는 열을 붙잡아 지구 기온을 올리지만, 수십 년이 지난 뒤부터는 오히려 온난화로 대기 중에 수증기가 늘어나고, 눈과 빙하가 녹아 태양에너지를 반사하지 않으면서 태양열을 더 많이 흡수한다는 것이 밝혀졌다.   

지구의 기온을 높이는 온실가스에는 일곱 가지가 있다. 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)가 3대 온실가스로서 온실효과에 미치는 영향이 가장 크고, 수소불화 탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF₆), 삼불화질소(NF₃)도 포함된다. 이 중에서 이산화탄소의 영향이 74% 이상이기에 지구온난화 문제에 있어서 이산화탄소가 주로 논의되는 것이다.

K(Kelvin) | 온도의 국제단위(SI). 물질의 특이성에 의존하지 않고 눈금을 정의한 절대온도로, 다른 온도 단위 와 다르게 ° 표시를 붙이지 않는다   

전 세계로 확산된 CO2 ‘공간적 비대칭성’ 가져와 
그렇다면 이산화탄소는 어떤 성질을 가지고 있을까? 지구온난화에 영향을 주는 이산화 탄소의 성질 중 가장 특징적인 것은 ‘확산성’이다. 공기 중에 배출된 이산화탄소는 바람과 기류에 실려 전세계로 퍼져나간다.   

사람이 한 번 호흡할 때마다 5×1020만큼의 이산화탄소 분자를 내보낸다. 이산화탄소 분자가 전 세계로 골고루 퍼져 다음해 봄에 지구의 어느 곳에서 자라는 식물이 광합성을 위해 호흡하는 공기 가운데 수십 개씩 들어 있을 수 있다. 그러다 보니 이산화탄소는 어느 곳에 배출되더라도 전 세계에 비슷한 효과를 준다.   

미세먼지의 경우, 배출한 나라와 그 이웃 나라에만 영향을 준다. 대기오염 물질은 시간이 지나면 자외선에 분해되거나, 다른 물질과 반응하거나, 가라앉거나, 비에 세정되어 사라진다. 그러나 이산화탄소는 그렇지 않다. 베이징에서 배출됐건, 서울에서 배출됐건, 아프리 카에서 배출됐건 세계 모든 국가에 고르게 영향을 미친다.   

게다가 이산화탄소는 수명이 길고 반응성이 없는 물질이다. 그렇기에 지구전체로 퍼져 오랫동안 영향을 미치는 것이다. 이산화탄소의 확산성은 기후변화의 ‘가해자’와 ‘피해자’를 분리시키는 ‘공간적 비대칭성’을 가져온다. 배출한 나라(가해자)와 배출하지 않은 나라(피해자)가 똑같이 피해를 입는다는 것이다.   

예를 들어 특정 지역에 영향을 주는 대기오염이나 수질오염은 지역적인 노력으로 극복이 가능하다. 그러나 이산화탄소의 문제는 한 나라의 노력으로 해결이 안 된다. 다른 나라가 이산화탄소 배출을 늘리면 무용지물이 되기 때문이다.   

많은 국가나 기업이 이산화탄소를 줄이는 데 이기적으로 행동하는 것은 이를 위한 노력이 힘이 들고, 고통이 따라서이다. 그러다 보니 자기 나라에 할당된 고통은 피하고 다른 나라의 노력으로 해결되기를 바란다.   

따라서 이 문제를 해결하기 위해 국제적인 협력이 매우 필요하다. 이산화탄소가 일으키는 온난화는 본질적으로 ‘국제성’과 ‘세계성’을 띠는 글로벌 현상이다. 모든 나라가 함께 협력해야 해결할 수 있기에 교토의정서부터 파리협약까지 길고도 험한 과정을 걸어온 것이다.   

교토의정서 | 1997년, 지구온난화를 규제하고 방지하기 위해 선진국의 온실가스 감축 목표치를 규정한 국제 협약    

파리협약 | 2020년 만료 예정인 교토의 정서를 대체하기 위해 2016년 발효된 국제협약  

CO2 ‘축적성’ 대비할 획기적인 저감 노력 뒤따라야   
이산화탄소의 또 하나의 특성인 ‘축적성’은 ‘시간적 비대칭성’을 가져온다. 이산화탄소를 배출하는 시점과 그로 인해 피해가 나타나는 시점이 다르다는 점이다. 과거에 선진국들이 배출한 이산화탄소의 피해를 현재 가난한 나라들이 받고 있는 것이 그 예이다.   

이산화탄소의 축적성에 대해 시카고대학교 데이비드 아처(DavidArcher) 교수는 다음과 같은 연구 결과를 발표했다. “1조~2조 톤의 이산화탄소를 배출할 경우, 29%는 1천 년이나 지나도 대기 중에 남아 있고, 14%는 1만 년이 넘어도 남게 된다.” 

그러니까 지금 열심히 이산화탄소를 줄이더라도 상당한 기간 동안은 배출된 이산화탄소의 영향을 계속해서 받을 수밖에 없는 것이다. 지금이라도 획기적인 이산화탄소 저감 노력을 하지 않는다면 지구의 미래는 암담해질 것이다.   

* 자료 제공=메이트북스

 *에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=39499
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