온실 효과란 무엇인가?

독자는 지구의 기상 관측 기록에서 일정한 경향을 분별하는가? 미국의 우주 기구, NASA(국립 항공 우주국)에서 운영하는 연구소인 고더드 우주 연구소의 책임자, 제임스 E. 핸슨 박사는 그러한 경향을 분별한다. 1988년 6월, 핸슨 박사는 이 모든 더위가 단순한 통계상의 우연은 아니라고 말하였다. 미국 상원에서 인상적인 증언을 한 후, 그는 이렇게 말하였다. “이제 잡담으로 많은 시간을 낭비하는 일을 그만두고, 온실 효과가 당면 문제임을 알리는 증거가 매우 강력하다는 것을 이야기할 때다.”

온실 효과. 아마도 독자는 그 표현이 사용되는 것을 여러 번 들었을 것이다. 하지만, 그것은 정원의 온실에 관해 이야기하는 것이 아니다. 그것은 많은 과학자가 우려하는 것으로, 이미 지구 전체에 영향을 미치고 있다고 하는 대기 온도 상승을 묘사하는 말이다. 그러나 핸슨 박사의 증언이 있기 전까지만 해도, 전문가들은 그 문제를 그처럼 공개적으로 말하려 하지 않았다. 대기 과학자인 미카엘 오펜하이머는 핸슨 박사의 증언에 관해 이렇게 말한다. “그로 인해 가뭄과 더위가 밀어 닥치는 가운데 정부의 공청회가 열렸으며, 한 과학자는 배짱 좋게도 ‘그렇다. 그 문제[온실 효과]는 이미 시작된 듯하며 우리는 그것을 간파해 왔다’라고 말하였다.” “그는 다른 사람들이 은밀하게 말하고 있던 것을 분명하게 큰 소리로 말해야 마음이 후련했다.”

세계적인 규모의 온실

뜨거운 여름 햇볕 아래서 차창을 모두 닫은 채로 자동차를 주차시켜 본 적이 있는가? 자동차로 돌아왔을 때 경험한 것이 바로 온실 효과다. 자동차 창문은 태양 광선을 통과시키며, 그 때문에 차내가 급격히 더워진다. 그러나 자동차 내부의 더운 공기는 밖으로 빠져 나가지 못하며, 그 열도 빠져 나가지 못한다. 그 이유가 무엇인가? 열은 적외선의 형태로 발산되기 때문이다. 예를 들어, 우리가 불 가에 서 있을 때, 눈으로는 보지 못하지만 피부로는 적외선을 느낄 수 있다. 가시광선(可視光線)을 들여보내는 바로 그 유리가, 보이지 않는 적외선의 대부분을 도로 나가지 못하게 막는다. 그러므로 자동차 내부의 온도는 계속해서 올라가는 것이다.

지구의 대기는 자동차 창문의 유리와 비슷하다. 대기는 가시광선을 쉽게 통과시키지만, X선은 물론 적외선과 자외선까지 포함하는, 눈에 보이지 않는 복사선의 대부분을 차단한다. 일반적으로, 이 차단 장치는 좋은 일을 한다. 자외선과 X선은 매우 위험하여, 암의 원인이 되는 것으로 믿어진다. 그러면 적외선은 왜 차단하는가?

대기는 적외선을 흡수할 때, 우리 지구를 둘러싼 담요와 같은 역할을 한다. 때때로 우리는 지구가 차갑고 공허한 우주 공간으로 둘러싸여 있다는 것을 잊는다. 태양이 지구를 데우기는 하지만, 우리 지구의 온실 “담요”가 없다면, 그 열은 신속하게 빠져 나갈 것이고, 지구 표면의 온도는 현재보다 섭씨 40도가 내려갈 것이다. 바다가 얼어붙을 것이다!

온실 효과의 문제는 그것이 좋은 일을 너무 많이 하게 될 수 있다는 점이다. 급격한 온실 효과가 생기면, 곡물 재배 지역이 황진(黃塵) 지대로 바뀌어 대규모 기아가 초래될 수 있다. 또한 바다가 이례적으로 더워져 막대한 피해를 주는 태풍이 발생하고, 바닷물이 불어나 해안 지역으로 범람하고, 오존층이 침식되어 피부암이 만연하며, 이루 말할 수 없는 인간의 불행이 빚어질 수도 있다.

지구의 자동 온도 조절기 눈금을 올리다

독자는 학교에서 대기의 약 99퍼센트가 산소와 질소라고 배웠을 것이다. 그러나 이러한 기체는 적외선을 차단하지 않는다. 나머지 1퍼센트에 들어 있는 몇몇 기체가, 수증기와 더불어, 역설적이게도, 우리 지구가 꽁꽁 얼어붙는 것을 막아 주는 동시에 지구에 과열 위기를 초래하기도 한다.

대부분의 과학자는 공기 중에서 온실 효과를 일으키는 기체의 농도가 짙어지면 지구의 온도가 상승한다는 점에 의견을 같이한다. 물론 이 일이 과연 어떻게 일어나는지를 확실히 알 수 있는 사람은 아무도 없다. 이러한 기체는 지구의 자동 온도 조절기로 비유될 수 있을 것이다. 백여 년 동안, 사람은 지구의 자동 온도 조절기 눈금을 꾸준히 올려 온 것으로 보인다. 세계 자원 연구소의 어빙 M. 민처는 이렇게 지적한다. “화석 연료의 연소로 인해 (아울러 그 밖의 농공업 활동으로 인해) 대기 중에 이산화탄소의 농도가 짙어져서, 1860년경 이래 약 25퍼센트가 증가하였다.” “1860년 이래로 이산화탄소와 그 밖의 온실 효과를 일으키는 기체가 대기 중에 복합적으로 축적된 까닭에, 지구 표면은 이미 산업 혁명 이전 시대의 지구 평균 온도보다 섭씨 0.5도 내지 1.5도 가량 더워진 것으로 생각된다.”

일 이도 정도는 별로 대단치 않은 것으로 생각될지 모르지만, 사실 그것은 엄청난 열량을 의미한다. 민처는 이렇게 부언한다. “전망컨대, 지구의 평균 온도가 섭씨 1도만 변화해도, 북아메리카와 유럽의 현재의 기후형은 13세기부터 17세기까지의 소빙기의 그것과 완전히 달라지게 된다.” 그뿐 아니라, 증가된 열이 고르게 분배되리라고 생각할 이유도 전혀 없다. 1년에 1도만 더 올라가도, 여름의 가장 더운 몇 달 동안에 몇 도씩 더 올라가는 결과가 나타나, 재난을 초래하게 될 수 있다.

토론토 회의

1988년의 혹독한 여름에 북아메리카에서 무더위가 계속 기승을 부리자, 48개국에서 300여 명의 대표자들이 캐나다 토론토에서 열린 기상 변화에 관한 국제 회의에 참석하였다. 그 회의에 관한 보도에서, 「맨체스터 가디언 위클리」지는 지구가 더워지는 일로 인해 초래될 결과에 대해 다음과 같은 음울한 예상을 지적하였다.

“지구 온도의 상승은 고르지가 않을 것이다. 고위도 지방이 적도 지방보다 더 빨리 더워질 것이다. 이것은 세계 곡물의 대부분을 재배하는 북반구 중위도 지방의 토양 수분이 없어지는 것을 뜻할 것이다.” 다시 말해서, 전세계적인 기근이 일어난다는 것이다.

전세계적인 홍수 예보

또 하나의 중대한 걱정거리는 높은 온도가 해수면 높이에 미치는 영향이다. 대부분의 사람은 해수면의 상승을 빙하와 만년설이 녹는 것과 연관지어 생각하지만, 사실상 바다는 극지방의 해빙이 전혀 없더라도 크게 불어날 수 있다. 어떻게 그러한가? 열팽창—더운 날 온도계의 수은주가 올라가게 하는 것과 같은 현상—에 의해서다. 로렌스 리버모어 국립 연구소의 과학자 로버트 부데마이어에 의하면, “우리가 온갖 노력을 다해서 온도 상승 추세를 늦춘다면, 해수면 상승을 1 내지 2미터 선에서 멈추게 할 수 있을지 모르지만, 그것은 우리가 바랄 수 있는 최상의 경우가 그렇다는 것이다.”

이러한 대규모 해수면 상승은 세계적으로 걱정을 불러일으켰다. 「U.N. 크로니클」은 이렇게 보도한다. “해수면이 단지 0.6미터만 상승한다 하더라도, 방글라데시의 27퍼센트가 물에 잠겨서, 2,500만명의 이재민이 발생할 것이다.” “이집트는 비옥한 경작지의 20퍼센트를, 미국은 해안 습지대의 50 내지 80퍼센트를 잃을 것이다. 2미터가 상승하면, 1,190개의 섬으로 이루어진 몰디브 군도가 사라질 것이다.”

위와 같은 예측은 조심스러운 입장을 취하는 사람들의 견해다. 요즈음 등장하고 있는 보다 극단적인 예상 몇 가지를 살펴보기로 하자. 한 가지 예상은 이와 같다. “때는 2035년, 네덜란드는 바다 밑에 가라앉아 있다. 방글라데시는 존재하지 않는다. 폭우와 불어난 바닷물로 인해 그곳에서 수백만명이 목숨을 잃었으며, 살아 남은 사람들은 파키스탄과 인도 고지대에 임시 변통으로 만든 피난민 수용소로 가지 않으면 안 된다. 중부 유럽과 미국 중서부에서는, 수십년 동안 계속된 가뭄으로 한때는 비옥했던 농경지가 바싹 마른 사막으로 변했다.”—제러미 리프킨, 「맨체스터 가디언 위클리」지에서.

앞으로 우리 지구에서 이런 일이 실제로 일어날 것인가?

[5면 네모]

과학자들 모두가, 온실 효과를 일으키는 기체의 증가로 인해 지구가 더워진다고 확신하는 것은 아니다. 미국 국립 기상 연구소의 기후 모델 제작자 스티븐 H. 슈나이더는 이렇게 주의를 준다. “단지 10년 동안 날씨가 더워졌다고 해서 그 원인이 온실 효과라고 말할 수는 없다. 그러나 20년 동안 더워지는 추세가 계속된다면, 그것은 매우 이례적인 일일 것이다. 그리고 해마다 계속해서 기록이 깨진다면, 그때는 회의론자들이 대부분 자기 주장을 포기하고 온실 현상이 있다는 데 동의할 것이라고 생각한다.”—「사이언스 뉴스」, 1989년 4월 8일호, 통권 135권.

[6면 네모]

온실 효과를 예측하기가 어려운 이유

지구 전체의 기후는 어마어마하게 복잡한 체계를 이루고 있으며, 과학자들은 예측하는 데 한계가 있다는 점을 스스럼없이 인정한다. 미래의 기후에 관한 지금의 컴퓨터 모델에 크게 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 요인은 이러하다.

눈과 얼음이 녹는 현상: 얼음과 눈은 태양에서 들어오는 광선의 40 내지 60퍼센트를 반사한다. 이것은 지구를 시원하게 하는 효과가 있다. 그러나 온도 상승으로 얼음과 눈이 녹으면서, 그 밑에 있는 짙은 색의 땅이나 물이 더 많은 열을 흡수할 것이다. 이것은 온실 효과를 아마도 10 내지 20퍼센트 정도 확대할 수 있다.

구름: 지구가 더워진다는 것은 지구의 습도가 더 높아지는 것—더 많은 구름이 생기는 것—을 뜻한다. “구름의 자체 제어는 기후 변화 이론을 불확실하게 만드는 최대 요인의 하나”라고 시카고 대학교의 기후 모델 전문가 V. 래머네이선은 인정한다. 하지만, 구름이 많으면 태양 에너지의 반사가 증가하여 더 시원해질 것으로 생각된다.

다른 한편으로, 구름은 얼마의 태양 에너지를 반사하면서, 지구 표면에서 올라오는 복사선을 붙잡아 두는 담요의 역할도 한다. 그러므로 세계의 날씨가 더 더워지고 흐려지는 데 있어서, 구름이 주로 어떤 역할을 할 것인지는 예측하기 어려운 일이다.

바다: 물은 열을 흡수하는 면에서 탁월한 물질로서, 바다는 온실 효과 문제가 본격적으로 시작되는 것을 수십년 동안 지연시킬 만큼의 열을 저장할 수 있는 것으로 보인다. 정확하게 얼마나 지연시킬지는 과학자들이 예측하기 어려운 문제다.

화산: 화산에서 발생하는 구름은 성층권을 덥게 하고, 복잡한 방법으로 지구 표면을 시원하게 한다. 대체적으로, 화산은 온실 효과를 감소시키는 것으로 생각되지만, 언제 큰 화산이 폭발할지는 아무도 예측할 수 없다.

태양의 활동 주기: 많은 사람의 생각과는 달리, 태양에서 방출하는 빛과 열은 절대적으로 일정한 것이 아니다. 태양의 밝기는 1979년에서 1984년 사이에 0.1퍼센트 가량 감소하였다. 이 점에 비추어 볼 때, 그 기간중에 지구의 온도가 증가했다는 점은 더욱더 우려할 만한 일로 여겨진다.

[7면 네모와 도해]

온실 효과를 일으키는 기체

수증기: 공기 중의 수증기 양은 주로 온도에 달려 있다. 더운 공기는 차가운 공기보다 더 많은 수분을 포함할 수 있다. 수증기는 매우 효과적으로 열을 흡수하지만, 그 자체로는 온실 효과를 일으킬 수 없다. 수증기는 주로 다른 기체들이 미치는 효과를 확대하는 역할을 한다.

이산화탄소(CO₂): 열을 붙잡아 두는 기체 중에 가장 널리 퍼져 있는 것으로, 식물이 살아가는 데 필요하기 때문에, 지상의 모든 생명체에 필수적이다. 대기 중의 이산화탄소의 양은 최근 해마다 0.5퍼센트씩 증가하고 있다. 그다지 많지 않은 것같이 생각될지 모르지만, 그것은 석탄과 석유 같은 화석 연료를 태움으로 인해, 해마다 지구상의 남자와 여자 및 어린이 한명당 약 1톤씩의 탄소—매년 5,000,000,000톤의 탄소—가 대기 중에 들어가는 것을 뜻한다. 그 탄소의 절반 가량은 결국 식물에 의해 사용되거나 바다에 흡수되지만, 나머지는 공기 중에 그대로 머물러 있는다.

메탄(CH₄): 이것은 천연 가스의 주성분이다. 이산화탄소와 같이, 탄소를 포함하고 있다. 대기 중에서 이산화탄소보다 두배나 빠른 속도로, 즉 매년 약 1퍼센트씩 증가하고 있다. 공기 중에는 이미 산업 혁명 이전 시대보다 두배나 많은 메탄이 있다. 과학자들은 메탄의 농도가 짙어지는 현상으로 인해, 악명 높은 CFC(염화불화탄소)와 같은 그 밖의 온실 기체들이 대기 중에서 분해되기가 더 어려워지지 않을까 우려한다.

CFC: 오래 지속되는 이 화학 물질은 성층권으로 올라가서 오존을 파괴하는 데 한몫을 한다. 그러나 대기의 아래 부분에 있는 동안은, 온실 효과를 일으키는 유력한 기체다. 사실상, 분자 수가 같을 경우, 이 기체는 적외선을 흡수하는 면에서 이산화탄소에 비해 만배 가량 더 효율적이다!

산화 질소(N₂O): 치과 의사는 이 기체를 사용할 때, 소기(笑氣)라고 부를지 모르지만, 이 기체가 대기에 미치는 영향은 결코 웃을 문제가 아니다. 이것은 화석 연료를 태울 때 생기는 부산물로서, 극도로 안정되어 있다. 일단 대기 중으로 들어가면, 평균 150년은 머물러 있는다. 그 기간 동안, 이 기체는 대류권으로 불리는 대기의 아래 부분에 있으면서 열을 흡수한다. 그러나 이것은 성층권으로 올라갈 수도 있는데, 그곳에서는 오존을 파괴하는 데 한몫을 한다. 이 기체의 농도는 최근 매년 0.25퍼센트씩 짙어지고 있다.

오존(O₃): 마지막으로 지적하지만 결코 하찮게 여길 수 없는 것이 오존이다. 성층권에서, 오존은 지구 표면으로 침투할 경우 피부암의 원인이 될 수 있는 위험한 자외선을 흡수하기 때문에 유익한 것이다. 그러나 대기의 아래 부분에서는, 오존이 위험한 기체다. 오존은 연소, 특히 자동차와 제트 항공기 연소의 부산물이다.

[도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

온실 효과: 지구의 대기가, 온실의 유리처럼, 태양열을 가둔다. 태양 광선은 지구를 덥게 하지만, 발생한—적외선으로 전달되는—열은 대기를 쉽게 빠져 나가지 못한다. 온실 효과를 일으키는 기체가 적외선을 가두어 그 일부를 지구로 되돌려 보내기 때문이다. 따라서 지구 표면의 온기를 더하게 된다

빠져 나가는 복사선

붙잡혀 있는 적외선

온실 효과를 일으키는 기체

지구