지구 온난화와 기온변화


















매연 등의 공해물질은 기후의 변화를 불러올 수 있다 오늘날 인류가 당면한 가장 심각한 문제 중의 하나로 지구 환경의 변화, 특히 기후변화와 생태계변화를 지목할 수 있다. 1992년 6월 중순 세계기상기구(WMO)와 UN환경계획(UNEP)이 공동으로 주관한 브라질 리우회의에서 세계 1백 50여개국의 정상들은 이의 심각성을 심도 있게 논의한 바 있으며 우리나라도 세계 기후 협약에 서명하고 기후 변화 방지를 위한(ESSD, 즉 환경적으로 건전하고 지속 가능한 개발의 개념을 도입한) 개발에 동참하고 있다. 과연 현재 일어나고 있는 지구 온난화 현상을 비롯한 세계의 기후 변화는 자연적 현상인가, 인위적 현상인가? 지구의 온난화는 얼마나 계속되고 어떠한 재해를 가져올 것인가? 기후 변화가 초래할 위협에 대한 인류의 대책은 무엇인가?

1. 기후 변화 일으키는 기후계 구성요소들
기후는 자연환경의 한 요소로서 어느 지역의 기후는 그 지역 주민 또는 민족의 문명, 생활 양식, 민족성 등을 형성하는 요소이기도 하다. 세계적으로 기후변화에 따른 가뭄 또는 한랭화는 전쟁은 물론 민족의 이동까지 야기했으며, 고도의 문명 지역이 폐허가 되는 등의 많은 영향을 끼쳤다. 따라서 지구의 기후변화는 현재를 살아가는 우리들뿐만 아니라 미래의 인류에게도 매우 중요한 것이다. 기후란 간단히 말하면 대기의 평균 상태이다. 즉 매일 매일의 날씨를 오랜 기간(30년)동안 평균하였을 때 나타나는 대기의 상태를 말한다. 지구상의 기후는 위도, 고도, 해륙의 분포, 해류 등에 의해 좌우되지만 기후의 변화는 매우 복잡하다. 기후의 변화는 여러 가지 자연 과정의 결과로서 다양한 규모로 발생한다. 대기는 지표면, 해양, 얼음이 덮인 빙권, 그리고 생물권 등과 상호작용을 하기 때문에 기후변화는 대기만의 문제로서 나타나는 것이 아니라 태양복사의 변화, 대기-해양간의 상호작용, 지표면 변화와 관련된다. 그러므로 이러한 대기, 육지, 해양, 얼음, 그리고 생물권은 기후계(Climate System)의 구성요소가 되는데, 이들 각 구성요소의 변화가 곧 기후변화를 일으키는 요인이 된다. 그러면 이들 구성요소에 변화를 일으키는 요인은 무엇인가? 기후계에 미치는 외적인 요인으로는 태양복사량의 변화, 지구 내부의 여러 원인에 의한 대기성분의 변화, 지표면의 지형, 그리고 알베도(albedo)의 변화, 또 해양저의 형상과 염분의 변화를 들 수 있다. 이중 태양복사 에너지의 양과 계절적 분포의 변화는 가장 중요하며 이에 따라 기후계는 주기적인 반응을 보여왔다. 즉 지구궤도의 변화, 자전축의 변화 등은 지구상에 빙하기를 유발한 것으로 생각되며, 밀란코비치(Milankovitch)는 일사의 변화와 이에 상응하는 기온의 변화로 과거의 빙하기를 유추한 바있다. 화산의 폭발이라든지 우주진 등은 지구로 들어오는 복사에너지를 차단하여 기후 변화를 가져오기도 하는데 이들은 모두 자연적 기후 변화의 요인이라 할 수 있다. 한편, 기후계 내부에서의 변화로는 대기와 해양의 상호작용에 의해서 나타나는 반복적 현상이 있다. 예를 들면 엘니뇨(elnino)는 동태평양의 해면 온도가 상승할 때 나타나며 이때 대기중에서는 이상기상 현상이 나타난다. 이상에서 볼 때 기후계 내의 변화는 외인과 내인, 또 자연적인 것과 인위적인 것으로 나누어 생각할 수 있다. 내인 중 확산의 폭발 등은 자연적인 것이고, 자동차라든지 공장의 매연에 의한 이산화탄소의 증가, 이산화황의 증가 등은 인위적인 것이라 할 수 있을 것이다.

2. 1970년대 이후 급상승한 기온
지구의 기온은 지구탄생 이래 끊임없이 변하여 왔다. 특히 인류가 지구상에 출현한 이후 지구상에는 4번의 빙하기가 있었고 4번의 간빙기가 있었다. 마지막 빙하기는 약 1만 2천년 전에 끝나고 지금은 간빙기의 마지막 단계로 이해되어 왔다. 즉 그간의 연구는 19세기의 소빙하기 이후 기온의 하강이 자연의 추세가 아닌가 하고 생각한 것이다. 그러나 이 마지막 단계에서 기온은 상승하고 있고 최근 이 상승폭은 더욱 커지고 있으며 이에 따라 지구상에는 이상기상은 몰론 이상고온이 나타나고 있는 것이다. 1860년부터 세계의 기온변화를 보면, 기온은 19세기말과 20세기초에는 1951년부터 1980년까지 30년간의 평균치보다 0.3℃ 낮았으나 1930년대부터 서서히 상승하여 1940년대와 1960년대의 온난화를 거쳐 1970년대 이후에는 급격한 상승세를 보여주고 있다. 따라서 현재는 1951∼1980년 기간에 비해 0.3℃ 정도 높은 기온을 보여주고 있다. 이 기간 중 우리나라의 기온도 많이 상승하였는데 기온관측이 실시된 1904년 이후 1988년까지 전국의 기온경년 변화는 뚜렷한 기온상승을 보이고 있다. 다시 말해서 전 기간 동안 평균기온을 0으로 했을 때 전국적인 기온변화의 추세는 50∼60년대에는 10년 주기성을 띤 기온의 상승과 하강의 반복이 있었고 70년대에도 같은 경향을 보이다 80년대에 들어오면서 상승하는 경향을 보여주고 있다. 이와같이 기온의 상승은 지구상의 어느 곳에서나 나타나고 있으며 특히 남반구에서 더욱 심하게 나타나는 것으로 알려졌다.

3. 증가하는 온실 기체
이산화탄소량의 변화 최근의 기온상승의 원인을 하나로 지적하여 설명하기는 곤란하다. 그러나 산업혁명 이후 기온의 상승은 인간의 산업활동과 유관 한 것으로 보인다. 왜냐하면 이 기간 중에 기온상승 역할을 하는 온실기체, 특히 이산화탄소의 대기중 농도가 괄목할 증가를 보이기 때문이다. 대기의 구성성분중 이산화탄소는 단지 0.03%에 불과하다. 그럼에도 불구하고 이 기체는 지구 복사에너지를 다른 어느 기체보다도 많이 흡수한다. 태양복사 에너지는 대기를 통과하여 지표로 들어올 때 거의 흡수되지 않으나 지표에서 방출된 지구복사 에너지는 온실기체에 의해 흡수됨으로써 지구의 기온은 따뜻하게 유지 보존된다. 산업혁명 이후 화석연료 즉 석탄, 석유, 천연가스 등의 사용으로 대기중 온실기체의 농도가 증가하고 있으며, 자동차등 각종 교통기관에 의한 배기가스도 이들 기체의 증가에 한몫을 하고 있다. 또 개간을 위한 삼림벌채도 온실기체 증가의 원인으로 알려져 있다. 이산화탄소의 양은 1800년경에는 280ppmv 이었던 것이 1990년 현재는 358ppmv를 나타내고 있다. 이와 같은 이산화탄소의 증가는 이 기간 중의 기온상승과 잘 부합되고 있다.

오존구멍의 위성사진(1991년) 최근 냉매제, 발포제 또는 세척제로 많이 사용되는 프레온가스, 즉 염화불화탄소(CFCs)는 기온의 상승을 유발할 뿐만 아니라 성층권까지 상승하여 오존층을 파괴하는 주범으로 지목받고 있다. 즉 성층권에 이른 염화불화탄소는 봄이 되면서 강한 자외선에 의해 염소이온들이 유리되고 이들은 질산구름 계면에서 강력한 촉매 작용으로 빠르게 오존층을 파괴하는 것으로 알려졌다. 또 남극대륙 상공 성층권에 부는 강한 주극순환은 오존을 분산 이동시킴으로써 오존구멍(ozon hole) 생성에 한몫을 한다.

4. 기후예측 모델링
그러면 앞으로 기후는 어떻게 변할 것인가? 21세기의 기후는 어떠한 양태로 전개될 것인가? 기온과 강수를 중심으로 컴퓨터 모델을 이용하여 예측하여 보자. 현재 개발된 기후예측 모델은 각국의 연구소마다 약간씩 차이가 있으나 여기서는 미국 프린스턴대학의 지구유체역학연구소(GFDL)의 결과를 중심으로 소개하고자 한다. 기온변화를 유발하는 이산화탄소가 현재의 증가율은 계속 유지할 때 지구의 기온은 2025년에는 지금보다 약 1℃ 상승하고 다음 세기말에는 약 3℃ 상승할 것으로 예상된다. 이러한 지구 온난화 현상은 2030년까지 2∼3%의 강수량과 증발량의 증가를 초래할 것으로 예상된다. 만일 현재 방출되고 있는 온실 기체량이 적절히 규제된다면 온도 증가율은 감소할 것이며(최저추정곡선), 그렇지 못할 경우에는 기온 상승률은 더욱 높아져서(최고추정곡선) 2100년에는 지금보다 5℃나 상승할 것으로 추정된다. 이산화탄소의 농도가 현재의 2배가 될 경우 지구상의 기온과 강수의 변화를 요약하면 다음과 같다 하층대기 및 지표는 온난해진다. 그러나 성층권은 한랭해진다. 지표면 부근의 기온은 2.5℃(+1.5℃∼+4.5℃) 상승한다. 고위도 지방은 전지구보다 겨울에 더욱 따뜻해지나, 여름은 더욱 더워진다. 한편 적도지방에서는 온난화가 심하지 않으며 계절변화도 적다. 전지구의 강수량은 지구가 따뜻해질수록 더욱 증가하며, 전 지구적으로 3∼15%의 증가가 예상된다. 중위도 지방에서는 겨울 강수의 증가가 예상되나 아열대 건조대의 강수변화는 현저하지 않다. 컴퓨터 모델은 전지구적인 기온 및 강수의 분포와 변화는 잘 보여주지만 국지기후의 변화예측에는 아직도 문제가 많다.

5. 전 지구적인 재앙 불러올 기후변화
기후변화에 의해 짧은 시간 안에 나타날 현상으로 먼저 이상기상을 들 수 있다. 즉 우리가 과거에 경험해보지 못했던 이상고온 또는 이상다우 현상의 출현이다. 이상기상의 출현빈도는 계속 증가할 것이며 이것이 결국 기후변화로 나타날 것이다. 해수면 상승으로 침식당한 해안선 지구의 온난화는 현재 지구상의 온대와 한 대의 일부를 아열대 또는 아한대화시키고 열대의 면적을 넓힐 것이다. 또 해빙과 빙설을 녹이고 해수의 온도를 높여 해수면의 상승을 유발할 것이다. 정부간 기후변화에 관한 패널(IPCC)의 계산에 의하면 다음 세기말까지 매년 0.6㎝의 해수면 상승이 예상되며 2030년에는 현재보다도 약 20㎝, 21세기말에는 65㎝가 상승할 것으로 전망된다. 따라서 다음 1백년간 남극대륙과 그린란드의 빙하는 줄어들 것이다. 해수의 열팽창은 해수의 순환을 변화시키고 해수면의 기압변화는 기후의 변화를 유발하는 피드백 메커니즘(feed-back mechanism)이 나타날 것이다. 해수면의 상승은 육지면적의 감소를 가져올 뿐만 아니라 해안선의 변화, 해수욕장의 침식, 저지대의 치수, 농경지의 감소로 인한 토지이용의 변화, 방파제와 해안계는 기온, 강수, 토양수분, 그리고 극단적인 사건 등과 같은 국지적 변화에 따라 달라진다. 그러므로 광합성작용이나 호흡은 짧은 기간 중에는 기후요소와 이산화탄소의 양의 변화에 크게 좌우된다. 기후와 이산화탄소양의 변화는 종의 구성에 변화를 가져올 것이다. 기후변화에 동반되어 일어나는 사막화 현상 또한 매우 심각하다. 지난 30년동안 사우디아라비아(Saudi Arabia) 면적에 해당하는 사막이 형성되었고, 매년 1천만 에이커(acre)의 새로운 사막이 형성되고 있다. 지구의 온난화는 지역에 따라서는 긍적적인 면과 부정적인 면을 갖고 있으나 지구 전체적인 면에서 볼 때는 재앙인 것이다.

6. 전반적 변화 요구돼
지구의 온난화와 이에 따른 기후 변화에 대한 인류의 대책은 먼저 기온상승의 주범으로 지목받고 있는 이산화탄소를 비롯한 온실기체의 방출 억제 및 규제에 있을 것이다. 또한 무분별한 삼림 파괴와 농경지 개간을 억제해야 될 것이다. 따라서 화석연료의 사용억제, 프레온가스의 사용억제, 그리고 산업활동 및 자동차 배기가스 등에 의한 오염의 방지가 필요하다. 그러나 이상의 규제는 인류의 에너지수급, 에너지종류의 선정과 대체에너지의 개발, 그리고 대체물질 내지 신물질의 개발, 그리고 산업구조의 변화 등을 요구하는 문제이므로 매우 어려운 과제라 하겠다. 인간의 활동이 지속되는 한 인간에 의한 오염은 불가피할 것이며 더욱이 지금과 같이 인구가 팽창하고 산업활동이 활발한 한 이에 따른 기후변화도 필연적일지 모른다. 적정한 인구조절은 인류가 지상에서 오염없이 그리고 적당한 기후환경에서 삶을 영위하는데 필수적이다. 인류의 보금자리를 아름답고 쾌적하게 유지하기 위하여 우리의 지혜를 모으고 행동에 옮길 때이다.