[일반화학] 이산화탄소가 기후에 미치는 영향

지구는 엄청난 양의 복사 에너지를 태양으로부터 받으며, 이 중 약 30%는 대기에 의해 반사되어 우주로 돌아간다. 나머지는 대기를 통과하여 지표에 도달한다. 일부는 식물이 흡수하여 광합성에 쓰이고, 바다에 흡수되어 물을 증발시키지만, 대부분은 토양과 바위와 물이 흡수하여 지표의 온도를 높인다. 이 에너지는 더워진 표면으로부터 주로 적외선 복사 혹은 열복사의 형태로 적외선으로 다시 방출된다.

 

대기는 유리창과 같이 가시광선은 투과시키지만, 적외선 복사를 모두 통과시키지는 않는다. 대기 중에 있는 분자, 특히 물과 이산화탄소는 적외선을 강하게 흡수하여 다시 지구로 방출한다. 따라서, 일정량의 열에너지는 지구의 대기에 의해 갇히게 되어, 대기가 없다고 가정할 때보다 지구를 훨씬 더 덥게 만든다. 대기는 어느 면에서 온실의 유리창과 같은 역할을 하는데, 이 유리창은 가시광선은 통과시키지만 적외선을 흡수하여 온실 내부의 온도를 높이기 때문이다. 이와 같은 온실효과는 금성에서는 더욱 두드러지는데, 대기의 높은 밀도 때문에 금성 표면의 온도가 매우 높을 것으로 생각되고 있다.

 

따라서 지표의 온도는 이산화탄소와 같은 온실 가스는 물론 대기 중의 물의 함량에 의하여 크게 좌우된다. 대기 중 수분(습도)의 영향은 미국 중서부 지방에서 잘 볼 수 있다. 여름에 습도가 높은 날에는 태양열이 밤까지도 유지되어 밤에도 기온이 매우 높다. 반면에 겨울에는 맑은 날 밤이 가장 추운데, 이는 습도가 낮아 에너지인 열이 우주공간으로 쉽게 복사되어 나가기 때문이다.

 

대기의 수분함량은 물의 순환 과정(증발과 강우)에 의하여 조절되며, 평균값은 여러해를 걸쳐 일정하게 유지된다. 그러나, 화석 연료를 더 많이 사용함에 따라, 1880에서 1980년까지 이산화 탄소의 농도가 약 16%나 증가되었다. 인공위성 관측결과에 의하면, 이산화 탄소의 농도증가가 지구 대기를 덥히는데 기여했다는 증거를 보여준다. 이 자료는 1979년과 1997년에 같은 장소에서 관측하였다. 분서에 의하면, 이산화탄소, 메테인, 그리고 그 외의 온실 가스에 의해 더 많은 적외선 복사가 차단되었다고 한다. 이것은 지구의 평균 온도를 3도까지 상승시킬 수 있으며, 기후를 급격히 변화시키고, 작물 성장에 큰 영향을 줄 수 있다.

 

장기간에 걸친 영향을 어마나 정확하게 예견할 수 있을까? 지구의 나이에 비하면 지구의 날씨를 연구한 기간은 무시할 수 있는 정도로 짧은 기간이므로, 장기적인 관점에서 지구의 날씨를 좌우하는 요인들, 예를 들어 태양의 변화와 같은 요인에 대해서는 아직도 이해가 부족하다. 예를 들면, 우리는 왜 빙하기가 주기적으로 지구에 오는지 모른다. 그러므로 이산화 탄소 수준의 증가가 줄 영향을 추정하기란 쉽지 않다.

 

사실상 지난 세기에 걸친 지구의 평균 온도의 변이는 다소 혼란스럽다. 지난 세기 동안 북반구에서는 60년에 걸쳐 평균 온도가 0.8도 높아졌으며, 그 후 25년간은 0.5도 낮아졌고, 최근 15년간은 0.2도 높아졌다. 이러한 변동은 계속 증가되는 이산화탄소의 양과 일치하지 않는다. 그러나 남반구와 적도 부근에서는 지난 세기 동안 평균 온도가 꾸준히 증가하여 0.4도 상승하였다. 이러한 숫자는 같은 기간 동안에 증가된 이산화탄소에 의한 예측된 영향과 대체적으로 일치한다. 또 다른 중요한 사실은, 이산화 탄소 농도의 증가에 대해 예측된 모형만큼 온난화 정도가 크지는 않았지만, 지난 10년이 기록상으로 가장 더운 기간이었다는 것이다.

 

대기 중 이산화탄소의 농도와 지구의 온도 사이의 명확한 관계는 지금으로서는 알 수 없지만, 이 한가지는 분명하다. 대기 중 이산화탄소 농도의 증가가 매우 급격히 일어나고 있다. 우리가 미래의 에너지 요구량에 대해 생각하는 것처럼, 이러한 증가가 가져올 영향에도 관심을 두어야 한다.

 

메테인은 이산화탄소보다 21배나 강력한 온실가스이다. 이 사실은 가축이 많은 나라에서는 특히 두드러지는데, 메테인은 주로 되새김질위에 서식하는 메테인 합성 고세균에 의해 생성되기 때문이다. 예를 들어, 호주에서 방출되는 전체 온실 가스의 14%는 양과 소에서부터 방출된다. 이를 줄이기 위해 호주 정부는 양과 소의 소화 기관에 서식하는 고세균의 양을 줄이기 위하여 백신을 접종하는 정책을 시작하였다. 이러한 노력으로 이들 가축에서 방출되는 메테인 양의 20%를 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.