지구온난화란 무엇인가?

만약 대기가 없었다면 지표의 온도는 매우 낮았을 것이다.  하지만 대기의 영향으로, 지구를 비롯하여 대기를 갖는 행성은 따뜻하게 유지될 수 있으며, 이러한 대기의 역할을 대기의 온실 효과라고 한다.  지구로부터 방출되는 복사 에너지 가운데 일부는 대기의 창을 통해 직접 외계로 빠져나가지만, 대부분은 수증기와 CO₂ 및 그 밖의 대기 중의 많은 기체들에 의해 흡수된다.  이 에너지가 대기의 온도를 높인 다음, 일부는 외계로 빠져나가고 나머지는 지표면으로 다시 방출된다.  이렇게 지표로 방출된 에너지는 지구를 높은 온도로 유지하게 한다.  지표면은 대기에서 방출된 복사 에너지를 흡수하여 온도가 상승하게 되고, 다시 이를 대기로 방출한다.  대기 하층의 온도는 지구상에 사는 생물체와 기상 변화에 매우 중요한다.  따라서 이러한 대기가 존재하지 않았다면, 지구에는 인간이나 다른 생명체가 살 수 없었을 것이다.  대기의 온실효과는 유리 온실에서 일어나는 것과 비교해서 생각해 볼 수 있다.  태양이 방출하는 단파 복사 에너지(주로 가시광선)는 온실 유리(대기)를 통과하여 온실 내부의 벽이나 지면에 흡수된다.  햇빛을 받아 가열된 온실 내부의 지면과 벽에서 방출되는 에너지는 파장이 긴 적외선 영역이므로 온실의 유리(대기 중의 이산화탄소나 물분자등)를 뚫고 온실 밖으로 나오지 못한다.  따라서 온실 내부의 온도가 상승하게 되어 온실 안은 따뜻해지는 것이다.  지구의 온도가 더 이상 올라가지 않는 이유는 무엇일까?  지구의 평균 온도는 약 18도로 유지된다.  이는 지구 전체적으로 볼 때, 태양으로부터 받는 에너지양과 같은 양의 지구 복사 에너지를 방출하여 복사 평형을 이루고 있기 때문이다.  지구에 입사되는 태양 복사 에너지의 30%는 우주 공간으로 반사되며, 이를 지구의 반사율 또는 알베도라고 한다.  이때 지역에 따라 반사되는 양은 차이가 있으나, 평균적으로 구름에 의한 반사가 20%이고, 지표에 의한 반사가 4%, 대기에서의 산란에 의해 6%가 반사된다.  따라서 실질적으로 지구가 받는 태양 복사 에너지양은 70%이다.  이 중에서 대기에서 흡수하는 것이 20%이며, 나머지 50% 만이 지표에 흡수된다.  한편, 지구 복사는 지표면에서 123%의 복사에너지가 방출되는데, 이 중 6%는 직접 외계로 나가고, 117%는 대기 중으로 복사된다.  대기 중으로 복사되는 양 중에서 103%가 대기에서 지표로 재복사 되므로, 결국 14%의 에너지가 지표에서 대기로 들어가는 셈이 된다.  또한 복사의 형태는 아니지만 대류와 전도에 의해 10%, 수증기의 숨은열에 의해 20%의 에너지가 지표면에서 대기로 들어간다.  이렇게 해서 태양과 지표면으로부터 대기에 흡수된 총 64%의 에너지는 지표와 대기의 온도를 상승시킨 후 다시 외계로 방출된다.  결국 지구가 받은 태양 복사 에너지양인 70%만큼 지구에서도 70%의 복사 에너지를 방출하여 지구는 복사 평형을 이루게 되는 것이다.  위도별 복사 평형이 이루어지지 않는 까닭은 무엇일까?  지구 전체로는 복사 평형이 일어나지만, 위도와 계절에 따라서는 에너지의 불균형 현상이 일어난다.  이것은 태양의 고도가 다르기 때문에 나타나는 현상이다.  태양의 고도와 대기층을 통과하는 거리는 지표가 받는 태양 복사 에너지의 양과 관련이 깊다.  고위도로 갈수록 태양의 남중 고도가 낮아지며, 대기층을 통과하는 거리는 길어진다.  따라서 고위도로 갈수록 입사되는 에너지의 양이 줄어드는 것이다.  반면 지구 밖으로 방출되는 지구복사에너지는 태양복사에너지에 비해 위도별 차이가 적기 때문에 고도에 따른 에너지의 불균형이 이루어진다.  기온이 올라가게 되어 점점 더워지고, 에너지가 부족한 곳(고위도)은 온도가 내려가게 되어 점점 추워져야 하는데, 실제로는 위도별 연평균 기온이 일정하게 나타난다.  그 이유가 뭘까?  그것은 대기와 해수의 순환으로 저위도의 남는 에너지가 고위도로 이동하기 때문이다.  실제로 지구가 점점 더워지고 있다는 것(지구 온난화)은 사실일까?  지구 온난화 현상의 가장 큰 요인을 꼽아보자면 온실 기체의 증가이다.  막강한 온실 기체로는 대개 이산화탄소를 이야기하는데, 사실 온실효과에 영향을 미치는 기체 중, 가장 그 영향력이 큰 것은 수증기다.  수증기는 온실효과에 기여하는 정도가 전체 대기 온실 효과의 약 60~70%에 달한다.  그다음이 이산화탄소와 오존이며, 이산화탄소가 온실효과에 기여하는 정도는 전체 대기의 약 25%에 불과하다.  그럼에도 불구하고 이산화탄소가 수증기보다 중요한 지구 온난화의 요인으로 간주되는 것은, 자연적으로 대기 중에 풍부하게 존재하여 대기 중 함유량이 크게 변하지 않는 수증기에 비해, 이산화탄소는 인위적인 영향으로 인해 대기 중 함유량이 최근 급속하게 증가하고 있기 때문이다.  온실기체 중에는 이산화탄소 이외에도 CH₄, NO₂, CFC11, CFC12 등의 대기 미량 기체들이 있다.  각각의 기체들이 온실효과에 기여하는 정도는 지구 장파 복사의 스펙트럼 영역에서 어느 부분을 얼마나 흡수하는지, 그리고 다른 온실기체들의 흡수대와는 얼마나 중복되어 있는지 등에 의해 결정된다.  가령, 수증기와 이산화탄소의 흡수대와 중복되는 흡수대를 가진 온실기체는 대기 중 그 농도가 획기적으로 변하지 않는 한 심각하게 염려할 필요는 없다.  그러나 지표에서 방출되는 장파 복사의 80% 정도가 외계로 방출되는 '대기의 창' 영역에 그 흡수대를 둔 메탄, CFC, NO₂ 등이 대기 중에서 일으키는 농도 변화는 최근 급격히 중가 하는 이산화탄소와 더불어 매우 심각하게 지구 대기의 온실효과를 강화할 수 있다.  자료출처:쉽게 배우는 기상학[교육과학사]