지구온난화의 주범 온실가스, 원인과 해결책

프랑스 물리학자 조셉 푸리에(Joseph Fourier)가 모든 사람 중에서 온실효과를 발견한 사람이라는 것을 생각하면 참 아이러니컬 하다고 생각된다. 파리 아파트를 열대지방처럼 덥게 유지하고, 여름에도 담요로 몸을 감싸고 외투를 입는, 한마디로 평소 추위를 많이 느꼈던 한 남자였기 때문이다. 하지만 그의 계산에 따르면 지구는 실제로 예상보다 훨씬 더 따뜻했다.

때는 바야흐로 1820년대. 50대에 이미 저명한 과학자였던 푸리에가 순전히 과학적 원리로 지구의 온도를 추정하기로 결심했다. 그는 지구를 따뜻하게 하는 햇빛의 양에서 지구가 우주로 방출하는 에너지 양을 뺐다. 그 결과 실제 지구보다 섭씨 30도가 더 낮은 온도를 도출해냈다.

푸리에도 지구가 여분의 열을 보유하고 있다는 사실을 알고 있었지만 그 방법을 알지 못했다. 이산화탄소(CO₂)와 수증기 같은 특정 기체가 지구가 우주로 방출하는 적외선의 일부를 차단한다는 사실을 밝혀낸 것은 후대 과학자들의 몫이었다. 이러한 가스가 대기 중에 쌓이면 지구는 일시적으로 태양으로부터 흡수하는 에너지보다 더 적은 에너지를 방출한다. 그리고 에너지 균형을 회복하기 위해 지구는 따뜻해진다.

온실가스는 사람의 눈에는 보이지 않지만 우리가 볼 수 있는 빛처럼 실재하는 적외선을 흡수한다. 만약 우리 눈이 6.3마이크론(micronㆍ㎛ㆍ100만분의 1미터)의 낮은 파장에서 빛을 감지할 수 있다면, 공기는 수증기로 인해 검게 보일 것이다. 그리고 7.5마이크론 파장에서는 메탄이 시야를 방해할 것이다. 또한 15마이크론 파장에서는 이산화탄소가 보인다.

이것이 바로 미 항공우주국(NASA)의 위성이 해마다 대기 중에 축적되는 온실가스를 감지하는 방법이다. 실제로 NASA가 데이터를 제공한 가장 최근 연도인 2021년에 이산화탄소가 어떻게 축적되는지 아래 사진을 보면 온실가스로 뒤덮인 지구의 모습을 알 수 있다.

지구가 이산화탄소를 바닷물에 녹이거나 식물이 광합성 과정에서 흡수할 때 지구도 이산화탄소를 흡수한다는 사실을 지구는 보여주지 않는다. 육지와 바다는 매년 인간이 배출하는 이산화탄소의 약 절반을 흡수하여 지구온난화를 늦추는 데 도움을 준다.

지구의 육지 대부분은 북반구에 있으며, 이곳에서 식물은 여름 내내 이산화탄소를 흡수한다. 9월이 되면 대기 중 이산화탄소 양이 1월보다 줄어든다. 그런 다음 겨울이 오면 식물이 죽고 CO₂가 다시 대기 중에 축적된다. 연말이 되면 공기 100만 분자당 약 2.5개의 CO₂ 분자가 추가로 존재하게 된다

이산화탄소는 수백 년 동안 대기 중에 머물러 있기 때문에 결국 여분의 분자가 쌓이기 시작한다. 지구의 대기 중 이산화탄소는 산업혁명 이전에 약 280ppm에서 오늘날 420ppm 이상으로 증가했다.

우리가 호흡하는 전체 공기에서 차지하는 비율로 보면 그리 많지 않은 양이다. 하지만 일부 분자는 적은 농도에서도 강력한 힘을 발휘한다. 70밀리그램의 비소(arsenic), 즉 약 1ppm의 비소만으로도 성인 남성을 사망에 이르게 할 수 있다고 생각해보자.

지구는 아직 치사량의 이산화탄소를 배출하지 않았지만, 이산화탄소와 기타 온실가스가 대기 중에 쌓이면 지구의 온도는 상승할 수밖에 없다. 산업혁명 이후 지구의 평균 기온은 섭씨 1.3도 상승했다. 대부분의 전망은 금세기 말까지 1도 이상 더 상승할 것으로 예상하고 있다.

지구가 따뜻해지면 예측하기는 어렵지만 2차적인 영향이 발생할 것이다. 빙하와 만년설이 녹겠지만 얼마나 녹을까? 그 결과 해수면은 얼마나 상승할까? 열을 먹고 자라는 폭풍은 훨씬 더 강해질까? 과연 정확히 알 수 있을까?

지구온난화를 늦추기 위한 모든 해결책은 본질적으로 온실가스 배출을 줄이거나 더 많이 흡수하는 두 가지 범주 중 하나로 요약된다. 첫 번째 범주에는 저탄소 전력원, 전기 자동차(EV), 친환경 시멘트 등이 있다. 두 번째 범주에는 1조 그루의 나무 심기, 탄소가 풍부한 벽돌 매립, 거대한 탄소 빨아들이는 진공 청소기 배치와 같은 아이디어가 포함된다. 에너지와 돈이 쏟아지고 있지만 마법의 총알은 있을 수 없다.

푸리에가 1824년에 온실가스 발견을 발표했으니, 올해는 인류가 온실 효과를 계산한 지 200주년이 되는 해이다(푸리에가 그렇게 부른 적은 없지만). 푸리에의 시대부터 사람들은 무엇이 대기를 따뜻하게 하는지, 어떻게 하면 대기를 식힐 수 있는지 알아내기 위해 노력해 왔다. 우리는 벌써 200년 동안이나 지구온난화와 씨름해 왔다.