지구온난화의 주범, 온실가스는 왜 감축시켜야 하나?

우리가 사는 지구촌은 지난 30여 억 년 동안 모든 생물체가 편안하게 살 아갈 수 있도록 지구 평균 기온이 15°C를 유지하고 있다, 그리고 지구는 대기권의 원소 및 해양의 염분 농도는 항상 안정적으로 유지 시키는 항상성을 지키는 것을 생명력으로 삼고 있다. 이는 ‘가이야 이론’의 창시자 제임스 러브록에 의해서 밝혀졌다.

즉 지구의 대기권은 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.93%, 나머지 기체(이산화탄소, 네온, 헬륨, 수소 등)들은 극소량으로 구성되고 있다. 특히 지구상에 0.03%에 불과했던 이산화탄소 비중이 최근에는 0.04%로 늘어나면서 지구의 기온이 1.2도 상승하게 되었다.

이에 따라서 지구의 생명력이라고 할 수 있는 항상성이 무너짐에 따라서 폭염, 가뭄, 산불, 폭우, 태풍, 지진, 열돔 현상 등 극한 기상이변이라는 기후위기로 세계 인류는 생명을 위협받고 있다.

지난 2013년에 IPCC가 발간한 제5차 평가 보고서에서는 기후변화의 원인을 분석한 결과 “1950년 이후 발생한 온난화는 인간 활동에 의한 화석 연료사용이 원인이며 화석연료 사용을 중단시켜야 지구온난화가 중단될 수 있다”는 사실을 밝혔다.

이에 2015년 파리협정을 통하여 전 세계 각국들은 의무적으로 ’2050 탄소중립‘을 완성시켜 나갈 것을 결의하였다. 그리고 2030년까지 화석연료의 절반, 2050년까지 완전 제로로 만들어 나가야 된다는 탄소감축 목표를 설정하게 되었다. 즉 산업혁명 이후 지구의 기온상승을 1.5도 이내에서 억제 시켜야 지구환경을 되살려 낼 수 있다는 것이다.

이는 온실가스 농도가 450ppm 이내로 억제 시켜야 하는 것인데 2022년 말 현재 지구 기온은 1.2도나 상승하였고 온실가스 농도는 417.9ppm까지 올라 ’2050 탄소중립‘을 실현시켜 나가기 어렵다고 한다.

일부 전문가들은 2027년에 일시적으로나 1.5도를 넘어설 것이라는 비관적인 전망을 내놓고 있어 세계 인류에게 탄소중립이란 생존문제가 걸린 절대 절명한 핵심 당면과제라고 하지 않을 수 없다.

지구온난화란 화석연료 사용으로 배출되는 이산화탄소 등 온실가스가 대기 중에 남아 태양에너지 복사열 중 적외선을 보유함으로써 온실효과룰 나타내 기온을 상승시키고 있다. 즉 온실효과를 유발하는 온실가스는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 다양한 불소화합물 등이 있어 이들이 대기 중에 남아서 지구의 기온을 상승시키는 것이다.

대기권에는 질소(N2)78%, 산소(O2) 21%는 원자로 구성된 이원자 분자이어서 안정성을 유지하고 있으며 0.93%를 차지하는 아르곤(Ar)도 단원자 분자로 구성되어 있어 적외선을 흡수하지 않는다.

그렇지만 대기중에 남아 있는 소량의 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(NO2), 프레온(CFC)처럼 서로 다른 원자들이 결합할 수 있는 불안전한 분자로 적외선 복사의 진동수에서 에너지를 흡수하는 역할을 담당하고 있다. 이런 온실가스들이 적외선 복사를 흡수하면 주변에 있던 질소와 산소를 함께 움직여서 대기 중에 운동에너지가 커지며 기온이 상승하게 된다.

전체 온실가스 중에서 양이 가장 많은 이산화탄소의 지구온난화 기여도는 약 74%이다. 그러나 전체 공기 중에서 이산화탄소가 차지하는 비중은 0.04%에 불과하여 즉 1만개의 공기 분자 중에서 이산화탄소 분자의 수는 약 4개에 불과하다. 그렇지만 이산화탄소는 100개의 공기 분자 중 1개만 있어도 지구 평균 기온이 100도에 도달할 정도로 강력한 온실효과를 내고 있다

대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 65~80%는 20~200년에 걸쳐 해양에 용해되고 식생에 의해 흡수된다. 나머지는 화학적 풍화와 암석 형성과 같은 수백년에서 수천년까지 걸리는 과정들을 거쳐 사라지게 된다. 이는 이산화탄소가 대기 중에 나오게 되면 길게는 수천년 동안 계속해서 기후에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.

그런데 1850년의 이산화탄소의 농도는 285ppm이었는데 1958년 마우나로아에서 처음 측정할 당시 이산화탄소 농도는 315ppm이었다. 그런데 최근 매년 2ppm씩 증가하여 2022년 현재 417.9ppm을 나타내고 있어 이산화탄소 농도가 가속적으로 늘어나고 있어 지구온난화는 심각하게 지구의 생명력이라고 할 수 있는 항상성을 무너뜨리고 있어 지구생태계는 최대의 위기에 처해 있는 실정이다.

산업혁명 이후 대기 중의 이산화탄소 농도는 46%, 메탄은 157%, 아산화질소는 약 22% 증가했다고 밝혀졌다.

온실가스로 인한 온난화의 약 19%를 차지하는 메탄은 대기 중에서 12년 동안 머무를 수 있다. 아산화질소는 114년 정도 머무르며 전체 온실가스 영향 중 약 8%를 담당한다. 불화탄소를 함유한 혼합물들(CFCs, HCFCs, HFCs, PFCs)은 1년 미만부터 수천년까지 대기 중에 머물 수 있지만, 다른 온실가스에 비해 그 양이 매우 적어 온난화에 미치는 영향은 1% 미만이다. 이 중 CFCs는 지구온난화에 기여하는 동시에 오존층을 파괴한다. 오존층을 보호하기 위한 국제협약인 1987년 몬트리올 의정서에 따라 CFCs는 생산 중단 단계에 접어들었다.

지구온난화에 따라서 기후변화가 일어나면서 물 순환의 변화도 나타나고 있다. 즉 온도 1도 상승에 따라 약 7%의 수증기 함유량이 증가할 수 있어 호우가 자주 발생하는 특징을 갖는다. 그렇지만 호우가 증가하면서 비가 오는 날은 줄어드는 경향을 보여 기온이 올라가면, 토양에서 증발량이 많아져서 가뭄이 심해지거나 자주 발생할 수 있다.

이는 온난화로 인하여 홍수와 가뭄의 발생이 증가하게 되어 름철 가뭄은 폭염 발생의 원인이 되고 대형 산불을 일으켜 극한 기상이변을 발생시키고 있다.

기후변동은 대기 중에 방출되는 에너지를 가장 많이 흡수하는 기체는 수증기로서 전체 대기 온실효과의 60~70%를 차지하고, 다음이 온실가스로 전체의 약 25% 정도를 차지하게 된다.

수중기는 기온을 상승시키는 요인이 아니라 기후변동을 시키는 촉매로서 역할을 담당하기 때문에 직접적인 지구온난화의 원인이라고 할 수 없다. 그렇지만 온실가스는 화석연료를 많이 사용하여 배출되는 것으로 인간활동에 의해서 이뤄지기 때문에 온실가스 배출을 최대한 억제시키는 길만이 지구온난화를 중단시킬 수 있다.

지구온난화로 북극과 남극지역의 빙하가 해빙되면서 해수면이 상승하고 해수 염도까지 낮아져 기후변화의 핵심역할을 담당해 왔던 대서양 해양교류를 중단시키는 원인이 되고 있다. 즉 적도 지역의 더운 해수가 북쪽으로 이동하면서 지구 기온을 평온을 유지할 수 있게 되었던 대서양 해류교류가 중단되면서 기상시스템이 무너지면서 극한 기상이변을 불러 일으키고 있다.

이런 기상이변을 제임스 러브록은 ‘가이아의 ‘복수’라고 하면서 “지구환경이 항상성을 유지시켜 나가기 위한 자기회복을 여건을 조성하기 위한 몸부림이다”라고 설명하고 있다.

또한 기온이 높아지면 눈과 빙하가 녹으면서 지금까지 태양에너지를 더 많이 흡수하던 눈과 얼음이 사라지게 되면서 반사율이 크게 낮아져 지구온난화를 가속화시키는 역할을 담당하고 있다. 즉 눈과 얼음의 반사율은 60, 70%되지만 얼음이 녹은 북극해의 반사율은 6%에 불과하여 그만큼 지구의 기온을 상승시키는 효과를 발휘하고 있다.

이와같이 세계 인류가 화석연료를 많이 사용한 결과 이뤄진 지구온난화를 지금 당장 중단시키지 않으면 지구생태계는 되돌릴 수 없는 위기를 맞이하게 되어 다함께 화석연료 중단에 나서야 한다.