[만화로 푸는 과학 궁금증] 탄소와 지구 온난화의 관계
요즘 ‘탈탄소’, ‘탄소 중립’에 대한 뉴스를 쉽게 접할 수 있다. 탈탄소와 탄소 중립이란 말에는 탄소 배출량을 줄이자는 뜻이 담겨 있다. 이렇게 탄소 배출과 관련된 뉴스가 넘치지만, 왜 탄소가 문제인지 정확하게 설명하기가 쉽지 않다. 그래서 가짜 정보에 사람들이 현혹되기도 한다. 왜 탄소가 문제인지 차근차근 살펴보자.
탄소는 어떤 물질일까?
탄소는 원자 번호 6번인 비금속 원소로 원자와 전자 6개로 이루어져 있다. 우주에 존재하는 원소 중에서 수소, 헬륨, 산소 다음으로 많다. 탄소는 고온에서 기체 상태이고, 공기 중에서 태우면 산소와 결합하여 이산화탄소가 된다.
탄소 원자 1개는 최대 4개의 원자와 결합할 수 있다. 그래서 다른 탄소 원자들과 결합하여 사슬이나 고리 모양을 만들 수 있고, 수소, 산소, 질소, 할로겐, 인, 금속 등 다양한 원소들과 결합하여 다양한 화합물을 만들어낸다. 이 탄소화합물의 가장 대표적인 물질은 바로 유기물이다. 유기물은 생명체를 구성하는 물질이고 생명체가 생활하는 데 꼭 필요한 물질로 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민 등이 있다.
탄소화합물이 생명체의 구성 물질이 된 까닭은 식물의 광합성 때문이다. 식물은 이산화탄소와 물을 흡수하고 빛을 이용한 광합성을 통해 유기물인 탄수화물을 만들어내고, 이렇게 만든 탄수화물을 자신의 몸을 만드는 데 사용한다. 그리고 스스로 영양분을 만들지 못하는 동물은 식물이 만든 유기물을 섭취하여 자신의 몸을 만들고 생명을 유지하는 에너지로 사용한다. 결국, 우리 몸을 만드는 유기물 속의 탄소는 공기 중의 이산화탄소에서 비롯되었다.
식물과 동물의 몸은 식물이 광합성으로 만든 유기물에서 비롯되었다. ⓒ윤상석
탄소의 순환
지구에 있는 물이 순환하듯이 탄소도 순환한다. 지구의 탄소는 다양한 방법으로 순환하면서 그 균형을 유지한다. 먼저 대기를 살펴보면, 대기에 있는 탄소 대부분은 이산화탄소 형태로 존재한다. 이산화탄소는 물에 잘 녹으므로 빗물에 녹거나 바닷물이나 호수, 강물 등에 녹는다. 그러면서 탄소는 지구의 다양한 물속으로 들어간다.
이렇게 물속으로 들어간 탄소는 어떻게 될까? 흐르는 물은 바다로 모이고, 지구의 물 97.2%가 바닷물이므로, 바닷물에 있는 탄소를 살펴보자. 바닷물 표면에서는 탄소의 용해와 방출이 일어나면서 탄소가 순환한다. 하지만 깊은 바닷속의 바닷물은 많은 탄소를 저장한다.
한편, 지구의 맨틀에는 지구가 형성될 시기에 저장된 탄소가 있다. 이 탄소는 화산 폭발이나 열수구를 통해 대기나 바닷속으로 방출된다. 특히 화산 폭발은 일시적으로 대기에 탄소의 양을 급격히 증가시킨다.
탄소 순환은 생물 영역에서도 일어난다. 식물은 광합성을 통해 대기 속 탄소를 흡수하여 유기물로 만든다. 식물이 만든 유기물을 동물이 먹으면서 탄소는 동물 몸을 이룬다. 그리고 먹이 사슬을 통해 탄소는 다른 동물이나 미생물로도 이동한다. 그런데 생물에게 흡수된 탄소는 생물의 호흡을 통해 일부가 이산화탄소 형태로 배출되어 다시 대기로 돌아간다. 그리고 땅속에 묻힌 생물 사체나 배설물은 높은 열과 압력을 받으면 석유나 석탄과 같은 화석 연료로 변하는데, 이 화석 연료 속에 많은 탄소가 저장된다. 또한, 해양생물 껍질에 저장된 탄산칼슘이 침전되어 만들어진 석회석과 같이 탄소가 암석의 형태로 저장되기도 한다. 이렇게 생물을 통해 땅속에 묻힌 탄소는 곧바로 탄소 순환에 참여하지 않고 수백만 년에 이르는 오랜 시간을 한곳에 머무른다.
탄소 순환은 생물 영역에서도 일어나는데, 땅속에 묻힌 화석 연료 속 탄소는 오랜 시간을 순환하지 않고 한곳에 머무른다. ⓒ윤상석
탄소 배출과 지구 온난화
태양에서 지구로 에너지를 복사할 때는 가시광선이나 자외선 등 짧은 파장의 빛이 지구로 들어오지만, 지구는 온도가 낮으므로 이보다 긴 파장의 빛을 우주로 내보낸다. 그런데 이 긴 파장의 빛을 지구 대기에 있는 일부 기체가 흡수하여 에너지가 빠져나가지 못하게 한다. 이것을 온실효과라고 한다. 만약 지구에 대기가 없다면 지구 표면 온도가 –20도까지 떨어지므로, 온실효과는 생물체가 살아가기 적당한 평균 기온을 유지하는 데 도움을 주고 있다. 지구 대기에서 온실효과를 일으키는 기체를 온실가스라고 부르는데, 그중 이산화탄소가 가장 큰 역할을 한다.
산업 혁명 이후 인류는 땅속에 있는 화석 연료를 강제로 꺼내 태우기 시작했다. 그러면서 오랜 시간 땅속에 머물러 있어야 할 화석 연료 속 탄소가 짧은 시간에 많은 양이 이산화탄소 형태로 대기 중에 배출되었다. 세계적으로 산업화가 진행되면서 화석 연료 속 탄소가 이산화탄소로 변해 배출되는 양은 급속도로 증가하였고, 이산화탄소를 흡수하는 숲마저 점차 줄어들었다. 결국, 지구 탄소 순환의 균형에 금이 가기 시작했고, 대기 중 이산화탄소량이 큰 폭으로 증가하였다. 이에 따라 온실효과가 필요 이상으로 일어나 지구의 평균 기온을 계속 높이고 있다. 이것이 탄소 배출 증가에 따른 지구 온난화의 과정이다. 따라서 우리는 지구 온난화를 막기 위해 화석 연료 사용을 줄이고, 숲을 늘려야 한다.
산업화가 진행되면서 화석 연료 속 탄소가 이산화탄소로 변해 배출되는 양은 급속도로 증가하였고, 이산화탄소를 흡수하는 숲마저 점차 줄어들었다. ⓒ윤상석
(16232)
로그인후 이용 가능합니다.
잉여 영양분을 세포 안에 축적해 살이 찌게 하는 '백색 지방세포'를 영양분을 태워 없애는 '갈색 지방세포'로 바꾸는 방법을 국내 연구진이 찾아냈다. 울산과학기술원(UNIST)은 생명과학과 고명곤 교수팀이 전북대 안정은 교수팀과 공동으로 TET(Ten-eleven translocation) 단백질을 억제하면 백색 지방세포가 갈색 지방세포화 되고, 기존 갈색 지방세포는 더 활성화돼 열량 소비를 촉진한다는 사실을 발견했다고 26일 밝혔다.
'유유상종'(類類相從)이라는 말처럼 몸에서 나는 냄새가 비슷한 사람끼리 서로 알아보고 친구가 될 가능성이 높다는 과학 연구 결과가 나왔다. 또 친구를 맺은 사람들이 낯선 사람들보다 체취가 비슷할 가능성이 높으며, 냄새 판별 기기인 전자코(eNose)를 통해 체취를 확인하면 서로 낯선 두 사람이 친구가 될 수 있는지도 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 흔히 '케미가 맞는다'라는 말을 많이 해왔는데 실제로 후각 차원에서 화학(chemistry)이 작용하는 셈이다.
기후변화로 대기 중 오존 농도가 짙어지고 있으며 앞으로도 그럴 것이라는 보고서가 나왔다. 국립환경과학원은 기후변화와 오존을 주제로 한 현안 보고서를 27일 홈페이지(www.nier.go.kr)에 공개한다. 보고서는 그간 나온 국내외 논문·통계자료·기사 등을 종합 것이다. 보고서에 따르면 우리나라 연평균 오존 농도는 1989년 0.011ppm에서 2020년 0.03ppm으로 상승했다.
한국천문연구원은 우주물체 전자광학 감시 시스템(OWL Net)으로 누리호 탑재 위성들을 포착했다고 24일 밝혔다. 누리호가 성능검증 위성과 더미 위성을 궤도에 무사히 올려놓은 것을 확인한 것이다. 천문연은 누리호 발사 당일인 지난 21일 오후 8시 20분부터 모로코에 있는 OWL Net 2호기로 추적을 시작해 22일 낮 12시 52분 3초와 오후 1시 3분 26초 사이에 발사체 3단과 더미 위성을 관측했다.
노화는 인간을 비롯해 모든 동물의 피할 수 없는 운명처럼 받아들여지고 있지만 '장수'의 상징이 돼온 일부 거북 종은 놀라울 정도로 적은 노화 현상만 보이는 것으로 나타났다. 과학 저널 '사이언스'(Science)는 최신호에서 이런 증거를 제시한 두 편의 논문을 나란히 다뤘다. 미국과학진흥협회(AAAS) 등에 따르면 펜실베이니아주립대학 생태학 부교수 데이비드 밀러 박사 등이 참여한 국제 연구팀은 거북은 물론 양서류와 뱀, 악어 등을 포함한 사지 냉혈동물 77종의 노화와 수명을 비교했다.
유방암은 흔한 암 유형 가운데 하나다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 매년 전 세계에서 유방암 진단을 받는 사람이 약 230만 명에 달한다. 유방암도 초기에 찾아내면 대체로 치료 효과를 볼 수 있다. 하지만 이미 다른 부위로 전이된 상태에서 발견되면 훨씬 더 치료하기 어렵다. 암의 전이는, 원발 암에서 떨어져 나온 '순환 종양 세포' 클러스터(CTCs)가 혈류를 타고 다른 기관으로 이동해 새로운 종양을 형성하는 것이다.
화성 탐사 후발주자인 중국이 미국보다 2년 앞서 화성 암석시료를 지구로 가져올 것이라고 중국 우주탐사 관계자가 밝혔다. UPI 통신과 우주 전문 매체 '스페이스뉴스' 등에 따르면 중국의 화성탐사 미션 '톈원(天問)1'을 설계한 쑨쯔어저우 연구원은 지난 20일 난징대학 개교 120주년 세미나에 참석해 우주선 두 대를 활용해 화성 암석 시료를 지구로 가져오는 '톈원3호' 계획을 공개했다.