온실가스 원인과 환경에 미치는 영향

 

 

지구 온난화와 기후변화 현상의 이면에는 우리 대기의 온실가스의 증가가 있다.온실가스는 적외선 방사선을 흡수하여 대기의 열을 가두어 유지할 수 있는 대기 중의 기체 화합물이다.대기의 열을 증가시킴으로써 온실가스가 온실효과를 일으켜 궁극적으로 지구온난화로 이어진다.(지구온난화의 영향은 지구촌 전역에서 볼 수 있다.)

 

태양 복사 및 "온실 효과"

 

지구 온난화는 최근의 과학적인 개념이 아니다.이 현상의 기본은 1896년 스웨덴의 물리학자 겸 화학자 스반테 아르헤니우스에 의해 1세기 이상 전에 잘 해결되었다.철학잡지와 과학저널에 게재된 그의 논문은 과학자들이 현재 "온실효과"라고 부르는 것에 대한 이산화탄소의 기여도를 정량화한 최초의 논문이었다.

 

온실효과는 태양이 지구 대기를 타격하는 엄청난 양의 방사선을 가시광선 형태로 지구를 폭격하고, 게다가 자외선(UV), 적외선(IR)과 인간의 눈에 보이지 않는 다른 종류의 방사선을 방출하기 때문에 발생한다.자외선 복사는 가시광선보다 파장이 짧고 에너지 수준이 높은 반면 IR 복사는 파장이 길고 에너지 수준이 약하다.지구를 강타하는 방사선의 약 30%는 구름, 얼음 그리고 다른 반사 표면에 의해 우주로 반사된다.NASA의 지구 관측소에 따르면 나머지 70%는 바다, 육지, 대기에 흡수된다.

 

이들이 열을 가하면 해양과 육지, 대기는 IR 열방사선의 형태로 열을 방출하는데, 이 열방사선은 대기를 통과해 우주로 전달된다.NASA에 따르면, 평균 화씨 약 59도(섭씨 15도)의 지구를 거주할 수 있게 하는 것은 들어오고 나가는 방사선의 평형이다.이러한 대기 평형이 없다면 지구는 달처럼 춥고 생명력이 없거나 금성처럼 뜨겁게 달아오를 것이다.대기가 거의 없는 달은 어두운 면에 영하 243F(약 153C) 정도 된다.반면에 금성은 태양 방사선을 가두는 매우 밀도가 높은 대기를 가지고 있다; 금성의 평균 온도는 약 864 F(462 C)이다.

 

농업용 온실도 거의 같은 방식으로 작용하기 때문에 지구를 따뜻하게 하는 입출방사선의 교환을 온실효과라고 부르는 경우가 많다.유입되는 단파 UV 복사는 온실 유리벽을 쉽게 통과하며 내부의 식물과 단단한 표면에 흡수된다.그러나 약한 장파 IR 방사선은 유리벽을 통과하는데 어려움을 겪으며, 따라서 내부에 갇혀서 온실을 따뜻하게 한다.

 

온실가스가 어떻게 지구온난화를 일으킬까?

 

방사선을 흡수하는 대기 중의 기체는 온실 효과의 책임이 크기 때문에 "온실 가스"(약칭 GHG)로 알려져 있다.결국 온실효과는 지구온난화의 주요 원인 중 하나이다.환경보호청(EPA)에 따르면 가장 중요한 온실가스는 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2) 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)이다.

 

마이클 데일리 매사추세츠주 라셀 칼리지 환경과학 부교수는 "산소(O2)가 우리 대기 중 두 번째로 풍부한 기체지만 O2는 열적외선 방사선을 흡수하지 않는다"고 라이브 사이언스지에 말했다.

 

지구 온난화와 그것을 유발하는 온실 가스들이 없다면 지구의 평균 표면 온도는 화씨 0도가 될 것이다.그러나 대기 중의 온실가스의 양은 최근 역사에서 해로운 수준으로 치솟았다.

 

산업혁명 이전 2만년 동안 대기 중 이산화탄소는 빙하시대에는 약 180ppm, 간빙온도기에는 280ppm 사이에서 변동했다.그러나, 1750년대 산업 혁명이 시작된 이래, NASA의 지구 기후 변화 포털에 따르면, CO2의 양은 50% 가까이 증가했다고 한다.오늘날, 이산화탄소 수치는 410ppm을 넘는다.

 

불소 가스 - 불소가 첨가된 기체 - 는 산업 공정 중에 생성되며 온실 가스로도 간주된다.여기에는 탄화수소, 과불화탄소, 육불화황 등이 포함된다.매우 작은 농도로 대기 중에 존재하지만, 열을 매우 효과적으로 가두어 높은 "지구 온난화 잠재력"(GWP) 가스가 된다.

 

국제협약에 따라 단계적으로 폐기되기 전까지 냉매와 에어로졸 추진체로 사용되던 클로로플루오로카본(CFCs)도 온실가스다.

 

온실가스가 지구 온난화에 영향을 미치는 정도에 영향을 미치는 세 가지 요인이 있다.대기 중 풍부함, 대기 중 얼마나 오래 머무르는지, 그리고 GWP.예를 들어 수증기는 가장 풍부한 온실 가스지만, 이산화탄소는 대기 중의 풍부함과 300년에서 1,000년의 비교적 긴 대기 수명 때문에 지구 온난화에 더 큰 영향을 미친다고 NASA는 밝혔다.반면 수증기는 대기 과학 저널에 발표된 2020년 연구에 따르면 대기 수명이 10일을 넘지 않는다고 한다.

 

유엔기후변화협약(UNFCCC)에 따르면 메탄은 이산화탄소보다 방사선 흡수 효율이 약 21배 높아 대기 중에 약 12년간만 머물러도 GWP 등급이 높다.비록 메탄과 다른 온실가스들이 이산화탄소보다 더 많은 열을 가할 수 있지만, 과학자들은 이산화탄소의 온난화 효과가 수세기 동안 다른 사람들의 영향을 능가하기 때문에 여전히 이산화탄소를 주요 온실가스로 여긴다.

 

온실 가스 공급원

 

메탄과 같은 일부 온실가스는 예를 들어 가축분뇨의 형태로 농업 관행을 통해 생산된다.CO2와 같은 다른 것들은 주로 호흡과 같은 자연적인 과정과 석탄, 석유, 가스 같은 화석 연료의 연소에서 비롯된다.

 

이산화탄소의 또 다른 주요 원천은 삼림 벌채다.나무들이 상품이나 열을 생산하기 위해 떨어졌을 때, 그들은 광합성을 위해 보통 저장되는 탄소를 방출한다.세계자원연구소에 따르면 이 과정은 매년 48억 미터톤의 탄소를 대기 중으로 방출한다고 한다.

 

임업과 다른 토지 이용 관행은 이러한 온실 가스 배출의 일부를 상쇄할 수 있다.데일리는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "나무 재배는 광합성을 통해 이산화탄소를 분리시켜 대기 중의 이산화탄소 축적을 줄이는 데 도움이 된다"고 말했다.그러나 산림은 화석연료 연소를 통해 우리가 대기 중으로 배출하는 이산화탄소를 모두 격리시킬 수는 없으며, 화석연료 배출량 감소가 대기권 축적을 피하기 위해서는 여전히 필요하다.

 

전세계적으로 온실가스의 생산량은 심각한 우려의 원천이다.NOAA의 Climate.gov에 따르면, 지난 60년 동안 대기 중 이산화탄소는 이전의 자연 증가율보다 100배 빠른 연간 속도로 증가해왔다.지구 대기의 이산화탄소 양이 이만큼 높았던 마지막 시기는 300만년 전으로, 당시 기온은 산업화 이전 시대보다 최고 5.4°F(3°C) 높았다.현대식 CO2로 인한 지구온난화의 결과, 2016년은 기록상 가장 따뜻한 해로, 2019년과 2020년이 각각 그 다음으로 가장 따뜻한 해로 기록되었다.실제로 세계기상기구(WMO)에 따르면 역대 6년 중 가장 더운 해는 모두 2015년 이후 발생했다.