기후변화는 ‘인간’이 유발하는 것일까?

[지구를 지켜라] 기후변화의 원인은 ‘인간’일까? ‘태양’일까?

2022년 11월, 사이언스타임즈에서는 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP27) 개최에 따라 ‘기후변화’에 대한 기획 시리즈를 연재한다. 인류의 미래를 위한 ‘지구를 지켜라’ 시리즈를 통해 독자들이 기후변화에 대한 궁금증 해소와 경각심을 갖길 바란다.

기후 변화의 원인은 무엇일까?

최근 들어 폭염 등으로 대표되는 급격한 기후 변화가 계속되고 있다. 기후 변화는 쉽게 피부로 느낄 수 있기에 개인에게도 큰 경각심을 일깨워주고 있다. 과연 기후 변화의 원인은 대체 무엇일까?

지구의 기후 변화 원인은 자연적인 원인 그리고 인위적인 원인 등 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 자연적인 원인으로는 태양 복사에너지의 변화나 화산 활동 그리고 지구 공전 궤도 변화 등을 들 수 있으며, 기후 변화를 유발하는 해양 순환의 변화도 주된 원인이 될 수 있다. 또한, 지구 내부에 존재하는 방사성 물질의 붕괴가 유발하는 에너지 변화를 예로 들 수 있다. 인위적인 원인으로는 인간의 모든 산업 활동이나 산림 훼손 등으로 유발되는 이산화탄소 등의 온실가스 농도 증가, 그리고 에어로졸 농도 변화 등을 들 수 있다.

지구 온난화의 원인이 태양이라고 주장하는 사람들이나 인간의 활동이라고 주장하는 두 부류의 사람들 모두, 지구 대기의 영향이 충분히 연구되지 않았음에 동의한다.

인간의 활동이 유발하는 온실가스의 양도 정확히 측정되지 않았으며, 지구 온난화의 반대 현상이라고 할 수 있는 에어로졸(연무질, Aerosol)의 영향도 확실히 알 수 없다. 특히, 구름을 만드는 응결핵으로 작용하는 에어로졸은 태양 에너지를 산란시켜 궁극적으로 지구 온도를 낮추는 데 기여한다. 에어로졸 입자들이 일으키는 지구 냉각 효과는 온실가스가 일으키는 온실 효과보다 강력한 것으로 예측되지만, 이에 대한 연구는 아직 충분하지 않다. 지구 관측 위성의 관측 결과도 매우 다르게 나타나고 있기 때문에 정확한 연구에 큰 혼란이 가중되고 있다.

다만, 지구 온난화가 허구라고 주장하는 음모론자들은 이를 기반으로 그들의 주장을 확대 해석하곤 한다.

 

기후 변화의 원인은 ‘태양’일까?

우리 태양계의 유일한 항성인 태양은 지구뿐 아니라 태양계 내 모든 천체의 에너지원이다. 따라서 태양은 지구의 온도와 지구에 거주하는 모든 생명체에 관해서 전반적인 책임이 있다. 따라서 태양은 지구의 기후에 전반적인 영향을 줄 수는 있다.

태양계 모든 천체의 에너지원인 태양 ⓒ Solar Orbiter/EUI Team/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

하지만 최근 연구 결과에 따르면 태양의 활동 변화가 지구 온난화를 유발하는 직접적인 요인은 될 수 없다고 한다. 또한, 지구 궤도의 미묘한 변화가 지구의 급격한 온도 변화 초래, 즉 빙하기 등의 출현을 초래할 수 있지만, 지구 궤도 변화의 원인은 너무 다양하여 태양 활동 한가지의 변수만을 생각할 순 없다. 또한, 지구 온난화가 지구 궤도 변화와 직접적으로 연관 되었다고 하기에도 무리가 있다.

태양이 지구 온난화를 초래했는지의 여부를 확인하기 위해서는 대기 상단에 닿는 태양에너지의 양인 태양복사 조도(TSI: Total Solar Irradiation)를 비교해야 한다. 결론부터 말하자면 지난 140년 동안에 태양복사 조도는 크게 변하지 않았다. 또한, 인류가 인공위성을 활발하게 띄우기 시작한 1970년대 후반부터 진행된 인공위성 센서를 이용한 태양복사 조도 연구에 따르면, 지구에 도달하는 태양에너지의 양은 크게 상승하지 않았다고 한다.

가장 중요한 사실로 태양이 지구온난화에 전적인 책임이 있다면 지구 대기의 모든 층에서 온난화가 진행되어야 한다. 지구 온난화는 지표와 성층권에서의 냉각으로만 나타난다. 이는 기본적으로 태양 때문에 지구가 뜨거워지는 것이 아니라 지구 표면 근처에서 열의 순환이 적절하게 진행되지 않아서 초래되는 지구 온난화의 예상 결과와 일치한다.

반면, 화산활동으로 대표되는 태양 복사 반사 활동(화산재의 성층권 도달)이 결국 지표에 도달하는 태양 에너지의 감소를 유발할 수 있다. 지난 1990년 초에 일어난 필리핀의 피나투보 화산 폭발은 2천만 톤 정도의 이산화황이 성층권에 도달하게 하였고 , 이들은 전 지구를 순환하며 지구 평균 기온을 0.2에서 0.5℃ 정도 냉각시켰다고 알려져 있다.

필리핀의 피나투보 화산 폭발 장면 ⓒ U.S. Geological Survey Photograph taken by Richard P. Hoblitt

 

기후 변화의 원인은 ‘인간’이다

태양에서 방출되는 빛 에너지는 지구에 도달하며 지구의 대기층을 통과한다. 일부는 대기에 반사되어 우주로 다시 방출되지만, 일부는 대기에 직접 흡수된다. 이를 통해서 대략 절반 정도의 햇빛(주로 가시광선)이 지표에 도달하게 된다. 이들은 지표의 재방출을 통해서 파장이 긴 적외선으로 바뀌어 지구 복사열의 형태로 다시 방출되곤 한다. 이때 온실가스들이 대기에 많다면 우주로 나가야 할 복사열이 다시 지표로 돌아오게 되며, 이는 결국 지구를 데우는 효과를 일으킨다.

즉, 비정상적인 양의 온실가스는 태양 에너지를 지구에 가두는 역할을 한다. 물론 정상적인 양의 온실가스들이 일으키는 온실효과는 지구와 지구에 서식하고 있는 생명체들에게 필수적인 존재이다. 하지만, 과다한 온실효과는 결국 지구의 비정상적인 온난화를 불러일으킬 수 있다.

화석 연료의 연소는 수십 년간 가장 심각한 온실가스의 원인이었다. 하지만 최근 들어서 산림의 무분별한 벌채가 점점 늘어나면서 온실가스를 잡아두어야 할 나무들이 없어지고 있다. 이는 20세기 들어서 급격하게 증가하고 있는 현상으로 같은 기간 동안 대기 중에 이산화탄소가 급격하게 증가한 이유로 추정되고 있다.

 

시간을 거슬러 온도 변화를 파악한다

지난 과거에 기후 변화가 얼마나 진행되었는지 알 수 있는 방법이 있다. 바로 과거 지구가 겪었던 기후 변화의 정보를 담고 있는 나이테, 산호, 호수 퇴적물, 그리고 빙하에 길게 구멍을 뚫어서 캐낸 긴 원통 모양의 빙하 얼음 등을 확인하는 방법이다. 또한 화석 연료를 태울 때 생성되는 탄소에는 독특한 화학적 특성이 있는데, 이를 비교하면 화석 연료의 연소가 얼마나 진행되었으며 이를 통한 온실가스의 증가를 확인할 수 있다.

1956~1976년 대비 2011~2021년 평균 지상 기온 차이, 전체적으로 평균 1도 이상 상승하였음을 확인할 수 있다. ⓒ NASA’s Scientific Visualization Studio, Eric Fisk

여러 연구 결과가 한 가지 동일한 과학적 사실을 가리킨다. 바로 인간의 산업이 급격하게 발달하기 시작한 산업 혁명 이후로 지구의 온도가 급상승했다는 점이다. 과학자들의 분석에 따르면 지난 80만 년 동안 대기 중 이산화탄소의 농도는 300ppm 정도에서 머물렀지만, 산업 혁명 이후 420ppm에 달하는 수준으로 증가한 것으로 나타났다. 또한, 화석 공급원에서 유발되는 탄소는 1850년 이후 크게 증가한 것으로 나타났다. 이는 인간의 활동이 기후 변화를 유발했음을 암시해주는 결과이다.

산업 혁명 이후로 지구의 온도가 급상승했다. ⓒ Efbrazil

최근 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 보아도 온실가스의 증가가 없었다면 20세기와 21세기 동안 지구는 약간의 냉각이 계속되었을 것이라는 예측이 있다. 이 역시 인간 활동으로 인해서 지구의 온도 상승이 유발되었다는 간접적인 결과를 보여주고 있다.

2021년에 발표된 국제 연합 UN 보고서 역시 여러 가지 연구 결과를 기반으로 인간의 영향이 대기, 바다, 육지 등 지구 전체를 데웠다는 점은 명백하다고 주장한 바 있다.

 

‘지구를 지켜라’ 시리즈 안내

1. 기후변화는 ‘인간’이 유발하는 것일까?
2. 2021 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP26)에서 다뤄진 내용들은?
3. [중간 점검] COP26에서 합의된 사항들은 잘 지켜지고 있을까?
4. 2022 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP27)에서 다뤄질 내용들은?
5. 2022 유엔 기후변화협약당사국총회(COP27)에서 합의된 사항들
6. 기후변화, 앞으로 나아갈 방향은?

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전체 댓글 (1)

  • 엄준식 2022년 November 3일2:11 pm

    잘 보았습니다.

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