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기체에 의한 온실효과의 기여도는 각 기체의 특성과 양에 큰 영향을 받는다. 예를 들어, 탄화수소 결합을 가진 메탄의 경우 이산화탄소보다 강한 온실기체이지만 대기 중에 존재하는 농도가 아주 작기 때문에 온실효과에 미치는 영향이 작다.
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온실효과와 온실가스가 무엇인지 쉽고 간단하게 설명해 드립니다. 지구는 생명체가 살아가기에 좋은 장소인데, 지구가 그렇게 특별한 이유 중 하나는 온실효과 덕분이랍니다.
* 이 영상은 NASA 제트 추진 연구소의 퍼블릭 도메인 영상을 편집 및 재구성 후 우리말 설명과 새로운 음악으로 꾸몄습니다.
CREDITS:
NASA JPL-Caltech
[자막 정리]지구는 생명체가 살아가기에 좋은 장소입니다.
사람을 비롯해 식물과 동물이 번성하기에 딱 알맞은 기온 덕분이죠.
지구는 왜 이렇게 특별할까요?
음, 그 이유 중 하나는 온실 효과입니다!
온실은 지붕과 벽이 유리로 된 건물이에요.
햇빛이 투명한 유리를 통해 온실을 비추면 태양열이 내부에 갇힙니다.
온실이 밤이나 겨울에도 식물을 따뜻하게 할 수 있는 이유죠.
아주 비슷한 방법으로 온실 효과는 지구도 따뜻하게 합니다.
지구는 유리 지붕이 없지만 대신에 대기라고 하는 가스층으로 둘러쌓여 있죠.
낮에는 대기를 통과한 햇빛이 지표를 데웁니다.
햇빛은 대기층을 통과하면서 일부는 대기에 반사되어 우주로 나가고 일부는 대기에 흡수됩니다.
그래서 약 50% 정도의 햇빛이 지표에 도달하게 되죠.
해가 지면 지표의 열이 공기 중으로 빠져나가고 지표는 식습니다.
하지만 열의 일부는 대기의 가스에 잡힙니다.
열을 흡수하는 가스를 온실가스라고 부릅니다.
이산화탄소, 수증기, 메탄 같은 것들이죠.
지구가 생명체에 알맞은 온도를 유지하려면 온실가스가 일정해야 합니다.
만약 대기가 없어 온실 효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 수십도 이상 올라가지만,
반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 겁니다.
그런데 사람의 일부 활동으로 지구의 자연적인 온실 효과에 변화가 생겼습니다.
예를 들어 석탄이나 석유 같은 화석연료를 태우면 대기에 이산화탄소가 더 많아집니다.
이렇게 추가된 온실가스는 대기가 점점 더 많은 열을 흡수하게 해서 지구의 기온이 상승합니다.
우주의 위성들이 대기의 가스량을 지속적으로 측정하는데,
이산화탄소를 비롯한 온실가스의 양이 증가함을 관찰했습니다.
오래 지속되는 대기 온실 가스의 온난화 영향이 가속화되어 40년 동안 거의 두 배가 되었습니다.
과학자들은 위성 관측 정보를 활용하여 온실가스가 어디서 비롯되고 대기 중에서 어떻게 없어지는지 조사합니다.
그렇게 해서 우리는 온실가스가 지구의 기후에 미치는 영향을 더 잘 이해할 수 있죠.
결론적으로 온실 효과는 그 자체가 문제가 아니라,
일부 온실 가스가 과다하게 방출되어 생기는 지구 온난화 현상이 문제인 것입니다.
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온실 효과 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
온실효과(溫室效果)는 태양의 열이 지구로 들어와서 나가지 못하고 순환되는 현상이다. 온실 효과. 마우나로아 관측소에서 측정한 대기 이산화탄소 축적량의 키일링 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 9/24/2022
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온실가스 – 나무위키
이 기체들은 지표면에서 방출되는 지구 복사 에너지 일부를 흡수하여 온실효과를 일으킨다. 이러한 온실기체가 없다면 지구의 기온은 -18℃로 떨어져 …
Source: namu.wiki
Date Published: 5/25/2022
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기후변화는 왜 변했나요? | 어린이 기후변화교실
온실효과를 일으키는 주요기체인 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황을 6대 온실가스라고 부릅니다. 6대 온실가스-이산화탄소, 메탄, …
Source: www.gihoo.or.kr
Date Published: 9/5/2022
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우리는 온실효과에 관해서 얼마나 자세히 알고 있을까?
온실효과란 무엇인가? 태양에서 방출되어 지구에 도달하는 빛 에너지는 먼저 지구의 대기층을 통과하게 된다. 일부는 대기에 반사되어 다시 우주로 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 1/23/2021
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기후변화의 범인 – 온실가스 그는 누구인가?
온실가스 배출량을 산정하여 비교할 때에는 바로 이 지구온난화지수를 사용하여 이산화탄소를 제외한 기타 온실가스에 대해 이산화탄소의 효과로 산정하여 …
Source: gscaltexmediahub.com
Date Published: 4/20/2022
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수증기는 기후변화에 얼마나 중요한가? – 국립기상과학원
자연적 온실가스 효과에 가장 크게 기여하는 수증기는, 자연적 온실효과에 대한 기여도가 이산화탄소보다 대략 2-3배 크다고 간주된다. 그러나 수증기는 근본적으로 …
Source: www.nims.go.kr
Date Published: 6/9/2021
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온실가스 배출계수 < 탄소발생량 계산 < 기후 < 환경 ... - 용인시청
온실가스(GreenHouse Gas)란대기를 구성하는 여러가지 기체들 가운데 온실효과를 일으키는 기체를 ‘온실가스’라하며, 온실가스로 … 온난화기여도(%), 55, 15, 6, 24.
Source: www.yongin.go.kr
Date Published: 6/2/2022
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온실가스 – 기후변화감시용어집 해설
온실효과를 유발하여 지표온도를 상승시킬 수 있는 온실가스 중에는 이산화탄소 이외에 메탄, 아산화질소, 염화불화탄소 등의 미량기체를 꼽을 수 있다. < ...
Source: www.climate.go.kr
Date Published: 7/11/2022
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- Author: 인터스텔라
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- Date Published: 2021. 10. 26.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
온실효과를 단순화한 그림
온실가스 또는 온실 기체(溫室氣體, 영어: greenhouse gases, GHGs)는 지구의 지표면에서 우주로 발산하는 적외선 복사열을 흡수 또는 반사하여 지구 표면의 온도를 상승시키는 역할을 하는 특정 기체를 말하는데 두가지 이상의 서로 다른 원자가 결합된 모든 기체가 이에 해당한다. 다만 일산화탄소(CO), 염화수소(HCl)등은 두개의 상이한 원자로 결합된 분자이지만 대기에서의 잔류 수명이 매우 짧아 온실효과에 거의 영향을 주지 않는 기체이므로 온실가스로 다루지 않는다.
개요 [ 편집 ]
온실기체는 일반적으로 자연·인위적인 지구 대기 기체의 구성 물질이다. 또한, 지구표면과 대기 그리고 구름에 의하여 우주로 방출되는 특정한 파장 범위를 지닌 적외선 복사열 에너지를 흡수하여 열을 저장하고 다시 지구로 방출하는 기체를 말한다. 이러한 온실기체의 특성으로 온실효과가 발생하는데, 주로 수증기, 이산화탄소, 아산화질소, 메탄, 오존, CFCs 등이 온실효과를 일으키는 일반적인 지구 대기의 온실가스 성분이다.
이 성분들 중에 주로 수증기에 의하여 자연적인 온실 효과가 발생하게 되는데, 이는 지구의 기온 유지에 필수적인 작용이다. 비록 태양이나 물의 순환과 같은 많은 요소들에 의하여 지구의 날씨와 에너지 균형이 유지되지만, 온실 기체가 없다면 지구의 평균기온은 상당히 낮아지게 될 것이다.
현대에 문제가 되고 있는 온실기체는 수증기와 같은 자연적인 온실 가스가 아니라 산업화로 비롯된 화석 연료의 과도한 사용으로 발생한 이산화탄소와 같이 인위적으로 발생한 온실기체이다. IPCC의 기후변화에 관한 2007년 보고서에 따르면 ‘인류 활동에 의한 세계적인 온실기체배출은 산업화 이후로 계속해서 증가해오고 있으며, 1970년과 2004년 사이에 70%나 증가했다.’고 한다. 온실기체의 성분 중 가장 중요하게 생각되는 것은 이산화탄소인데, 인위적으로 발생한 이산화탄소의 배출은 1970~2004년 사이에 80%나 증가했다.
지구대기의 온실기체 [ 편집 ]
현대의 인위적 온난화 탄소 배출량의 증가분
지구의 기온이 생물들이 서식하기에 적절한 수준으로 유지되기 위해서는 온실기체의 역할이 주요하다. 만약 온실가스가 없다면 지표면의 연간 평균 온도는 영하 18도가 되어 지구상에 생명체가 존재하기 어려울 것이다. 현재 지표면 연간 평균 온도인 영상 15도를 유지하는 데 있어서 온실기체가 큰 역할을 하는 것이다. 하지만 이 기체들이 적정한 양 이상으로 증가하게 되면, 온실기체가 흡수하고 방출하는 에너지가 과다하게 되어 지구의 열평형에 변화가 생기고 결국 ‘자연적 온실효과’에 의한 적절한 기온보다 지구의 평균기온이 상승하게 된다. 이를 ‘강화된 온실효과(enhanced greenhouse effect)’라 하며 이로 인해 지구가 자연적인 상태보다 지나치게 더워지는 현상을 ‘지구온난화’라고 한다.
지구 대기에 가장 풍부한 온실기체로는 수증기, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 오존, CFCs, HFCs, PFCs, SF6 등이 있다. 이 기체들을 지구에 도달하는 태양복사 에너지를 흡수거나 복사에너지에 영향을 미치는 요소들을 고려하여, 각 기체들이 온실기체로서 온실효과에 미칠 수 있는 영향을 퍼센트로 바꾸어 보면 다음과 같다.[1]
기체
영문명
원소기호
기여
(%) 수증기 Water Vapor H 2 O 72 % 이산화탄소 Carbon Dioxide CO 2 9 % 메탄 Methane CH 4 4 % 오존 Ozone O 3 3 %
특정한 기체가 온실효과에 미치는 정확한 퍼센트를 따지는 것은 불가능하다. 왜냐하면, 각각의 온실기체마다 복사강제력이 다르고 대기중의 체류기간이 다르며, 다양한 기체들이 온실효과에 미치는 영향이라는 것은 상호 유기적이고 다양하기 때문에 수로 표현하는 것이 불가능하기 때문이다.
대기 중에 존재하는 기체 이외에도 지구의 온실효과에 영향을 미치는 요소가 있는데, 그 중 구름에 의한 영향이 가장 크다. 구름도 온실기체와 마찬가지로 적외선 복사를 흡수하고 방출하기 때문이다. 그래서 구름 또한 온실기체의 특성을 지니고 있다.
기체에 의한 온실효과의 기여도는 각 기체의 특성과 양에 큰 영향을 받는다. 예를 들어, 탄화수소 결합을 가진 메탄의 경우 이산화탄소보다 강한 온실기체이지만 대기 중에 존재하는 농도가 아주 작기 때문에 온실효과에 미치는 영향이 작다.
온실기체는 화합물이 가지고 있는 구조와 종류에 따라 열을 축척하고 재방출하는 능력이 모두 다르고, 이로 인하여 온실효과를 일으키는 기체의 잠재력이 달라진다. 이 온실기체가 온실효과에 미치는 기여도를 숫자로 표현한 것이 지구온난화지수(global warming potential: GWP)이다. 지구온난화지수는 이산화탄소를 1로 기준하여 메탄 21, 아산화질소 310, 수소불화탄소(HFCs) 1300, 과불화탄소(PFCs) 7000이다.
많은 물리적·화학적 반응요소에 대한 영향을 고려하더라도, 대기의 주요 구성성분인 질소와 산소, 아르곤은 온실기체가 아니다. 산소와 질소는 안정한 이원자 분자이고 아르곤은 안정한 단원자 분자이기 때문에 태양복사파장과 만나게 되었을 때 정전기적 전하를 띄지 않고, 전반적으로 복사에 의한 영향을 받지 않는다. 그 결과 이들 기체는 온실효과에 영향을 미치지 않고, 이로 인하여 온실기체에 포함되지 않는다.
자연·인위적 온실기체 [ 편집 ]
순수하게 인간에 의하여 만들어진 합성할로겐화탄소류를 제외하고, 대부분의 온실기체는 일반적인 생태계에서 발생한 요소와 인간의 특정한 활동으로 인하여 발생한다. 산업화 이전의 지구대기의 기체농도는 현재와 비교하여 상대적으로 일정했다. 인류 인구의 증가와 기술발전으로 인한 산업시대가 도래하여 주로 화석연료와 광대한 숲을 개간하는 일과 같은 인간의 활동으로 인해 온실가스가 대기 중으로 배출되고 있다. 과학자들이 남극과 북극의 아이스 코어를 조사하여 얻은 자료들이 과거와 현재의 온실가스가 얼마만큼 다른지를 보여준다.
인위적 온실기체 [ 편집 ]
산업화 이전의 다양한 환경적 변화를 고려하더라도, 산업화 이후 인간의 활동으로 인하여 이산화탄소와 다른 종류의 온실기체 농도가 증가했을 수 있다. 예를 들면, 대기 중에 측정된 이산화탄소의 현재 농도는 산업화 이전과 비교하여 100ppm이상 높다. 이산화탄소의 자연적 발생원은 인간 활동으로 야기된 발생원보다 20배 이상 크다. 하지만 오랜 기간 동안 자연적으로 발생한 이산화탄소는 식물이나 바다의 플랑크톤에 의한 탄소고정과 같은 자연적 자정작용에 의하여 균형을 이루어왔다. 이와 같은 작용으로 자연적인 온실기체의 발생원은 문제시 되지 않는 것이다. 그러나 인간에 의한 온실기체의 발생은 인위적으로 만들어지고 대기 중으로 무분별하게 배출되기 때문에 자연에 의한 자정작용을 기대 하기 어렵고, 이로 인하여 배출된 온실기체가 줄어들지 않고 계속해서 대기 중에 축적되어 문제가 되는 것이다.
인간의 활동으로 인해 발생하는 온실기체의 주요 발생원으로는 다음과 같다.
높은 이산화탄소 농도의 증가를 야기하는 것은 산림벌채와 화석연료의 연소이다.
엄청난 수의 가축 사육으로 인해 가축의 장에 존재하는 박테리아의 발효와 과다한 비료의 사용, 벼농사와 같은 토지의 이용 습지의 변화 등이 높은 농도의 메탄을 대기 중으로 방출하도록 한다.
냉매와 같은 용도의 CFCs 사용
화학비료를 사용한 농사의 증가로 인한 아산화질소 농도의 증가
특히 화석연료가 이슈화되는 것은 땅속이나 해저에 묻혀 있는 유기탄소 성분을 지상으로 끄집어 내어 연소시켜 이산화탄소로 전환시킴으로써 자연적인 탄소순환 싸이클만 있을 때보다 대기중의 이산화탄소 농도가 빠르게 증가하는 원인을 제공하기 때문이다. 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 그리고 HFCs, PFCs, SF6와 같은 물질들이 주요한 인위적 온실기체이며, 교토의정서에 의해 지정되어 감축대상이 된 물질들이다.
CFCs 또한 몬트리올 의정서에 의해 온실기체로 지정되었는데, 이는 CFCs가 지구온난화에 미치는 직접적인 영향 때문이라기 보다는 CFCs로 인한 오존농도의 감소 때문이다.
주요 온실기체 [ 편집 ]
주요 온실기체 추세
온실효과를 일으키는 온실기체들 중에 이산화탄소는 주로 에너지사용 및 산업공정에서 발생하고, 메탄은 주로 폐기물, 농업 및 축산분야에서, 아산화질소는 주로 산업공정과 비료사용으로 인해 발생되며, CFCs, PFCs, SF6 등은 냉매 및 세척용도의 사용으로부터 배출된다. 이 물질들 가운데 이산화탄소가 전체 온실가스 배출량 중 80% 이상을 차지하고 있다.
이산화탄소 [ 편집 ]
종류별 이산화탄소 배출 양
현재 인간에 의해서 발생한 온실기체 중에서는 이산화탄소가 대부분이다.
초기 지구 대기의 이산화탄소는 화산활동에 의해서 발생하였다. 이것은 따뜻하고 안정적인 기후 형성에 필수적인 요소였다. 현재 화산활동으로 인해 연간 약 145~225만 톤의 이산화탄소가 발생한다. 이것은 인간의 활동으로 인하여 발생하는 이산화탄소의 약 1%에 지나지 않는다.
이산화탄소는 다양한 자연적 발생원에 의하여 대기 중으로 배출되는데, 배출된 전체 이산화탄소중 약 95%가 만약 인간이 지구에 존재하지 않았다면 발생하지 않았을 양이다. 예를 들어, 숲이나 목초지에 존재하는 죽은 나무들과 같은 유기물질의 자연적 분해로 인해 발생하는 이산화탄소는 연간 약 220기가톤이다. 이 양은 인간에 의해 배출되는 양에 약 8배에 해당한다. 비록 자연적 발생원에 의해 대부분의 이산화탄소가 발생하지만, 자연적 발생으로 인한 이산화탄소는 최근의 농도 증가에 영향을 미치지 않는다. 왜냐하면 자연적 발생원은 대기 중에 이산화탄소를 제거하는 자연적 흡수계와 균형을 이루고 있기 때문이다.
자연적 탄소의 순환과정을 통한 이산화탄소의 증가는 산업화 이후 수십 년에 걸쳐 연간 3~4기가톤 이상의 대기 중 이산화탄소 농도 증가를 설명해 줄 수가 없다. 광합성, 호기, 부패, 바다 표면의 기체 교환과정과 같은 자연적 과정은 대지와 대기, 대양과 대기등과 같은 자연계의 거대한 탄소 순환 과정이다. 인간에 의해 발생한 탄소가 자연적 흡수계를 통해 거의 절반 가까이 흡수되지 않았다면, 현재 대기 중 이산화탄소의 농도는 기하급수적으로 증가했을 것이다.
2007년까지 지구 대기의 이산화탄소 농도는 약 384ppm이었다. 이것은 1832년 아이스코어 조사를 통해 알게 된 이산화탄소의 농도 284ppm와 비교해 보면 100ppm이 증가한 것을 알 수 있다. 대기 중에 이산화탄소가 차지하는 전반적인 농도의 비율이 아주 작음에도 불구하고, 이산화탄소는 지구 대기의 중요한 성분이다. 태양으로부터 지구로 전달되는 복사에너지는 넓은 범위의 파장을 지니고 있는데 이 파장중 이산화탄소가 대기 중에서 2.5~3.0, 4~5, 13~17 범위의 파장을 흡수하기 때문이다. 이산화탄소는 석유, 천연가스, 석탄 등의 화석연료를 공장이나 주거지에서 태울 때 발생하여 대기 중에 첨가되며, 자동차가 가솔린을 연소할 때나 사람들이 쓰레기를 소각할 때에도 발생한다.
이산화탄소가 온실효과에 미치는 영향이 가장 큰 이유는 이 기체가 대기 중에서 열에너지를 저장하는 능력이 뛰어나서가 아니다. 온실기체로서 이산화탄소는 같은 농도의 메탄과 비교해 보았을 때 약 20배 정도로 온실효과에 미치는 영향이 약하지만, 다른 온실기체에 비해 대기의 성분 중에 차지하는 절대량이 많기 때문이다.
산업화와 더불어 대기 중에 급증하게 된 이산화탄소는 화석연료의 과도한 사용이 증가의 주된 원인이다. 이 화석연료 중 주로 연료로 쓰이는 석유와 석탄을 비교해 보면, 석유보다는 석탄이 이산화탄소 방출을 더 많이 하는데, 석탄 중에서도 무연탄은 92%의 탄소로 이루어져 있어 가장 이산화탄소 방출을 많이 한다. 석탄은 자동차와 같은 동력기관의 연료로 사용되지는 않지만, 아직도 전력 생산에 많은 비중을 차지하는 발전방식이 화력발전이고 바로 이 화력발전의 연료로 석탄이 차지하는 비율이 아주 높기 때문에 석탄의 높은 이산화탄소 배출량은 문제가 되는 것이다.
산업화 이후 대기 중 이산화탄소 농도 증가의 약 75% 이상이 시멘트 제조업이나 화석연료의 연소등과 같은 요인으로 인하여 발생하는 이산화탄소의 배출 때문이다. 다른 증가 요소로는, 농업을 위한 산림벌채와 같은 토지 사용의 변화로부터 기인한다. 이 모든 변화는 인간의 활동으로 인하여 발생한다.
메탄 [ 편집 ]
메탄은 현재 연간 2억 5천만 톤 가량이 대기 중으로 배출되고 있다.
온실기체로서의 메탄은 같은 농도의 이산화탄소에 비해 21배 정도 그 효과가 강하다.
메탄의 주요한 자연적 발생원은 습지이고, 추가적인 자연적 발생원으로 흰개미와, 대양, 식물 그리고 메탄 수화물 등이 있다. 메탄은 유기물이 미생물에 의해 분해되는 과정에서 만들어지는데, 비료나 논, 쓰레기 더미 심지어는 초식동물이나 곤충의 소화과정에서도 상당한 양의 메탄이 배출된다. 또한 화석연료를 태우는 과정에서도 메탄이 발생하게 된다.
산업혁명 이후 석탄으로부터 에너지 생산, 천연가스, 매립지에서의 폐기물 배출, 소와 양과 같은 반추동물 사육의 증가, 벼농사와 바이오매스의 연소와 같은 인간의 활동이 늘어남에 따라 메탄의 발생이 증가해왔다. 또한 이 밖에도 아직 명확하게 입증되지는 않았지만 여러 이론들이 메테인의 증가 이유에 대해 말하고 있다. 그 중 대표적인 것이 툰드라 지방의 땅이 온난화로 인해 따뜻해지면서 메탄을 방출할 것이라는 것과 해저에서 발생할 수 있다는 것이다.
일단 메탄이 배출되면 주로 대류권의 화학적 산화작용으로 인해 제거되기까지 약 8.4년 동안 대기 중에 존재한다.
수증기 [ 편집 ]
수증기는 온실효과에 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 수증기는 적외선을 잘 흡수하고 대기 중에 대단히 많은 양이 존재한다. 수증기는 그 자체로 약 36~66%, 구름에 의한 영향을 더해 66~85%가까이 온실효과에 영향을 미친다. 수증기의 농도는 지역에 따라 일정하지 않으며, 인간에 의한 수증기 농도 변화는 소규모의 지역적인 영향을 제외하고 그리 크지 않다.
기체는 주위의 온도가 높아질수록 단위 부피당 저장할 수 있는 수증기의 양이 많아진다. 즉, 다른 온실기체 농도의 증가로 인한 어떠한 종류의 온난화도 이로 인한 온도의 증가는 결국 본래 기체가 지니고 있는 단위부피당 수증기의 양을 증가시킨다는 것이다. 그러므로 수증기로 인한 온실효과는 지구의 자연적인 작용이지만, 온실기체로 인한 기온상승으로 대기의 수증기 농도가 증가함으로써 본래 대기가 수행하는 수증기의 온실효과보다 훨씬 큰 작용을 하게 된다.
그러나 수증기는 구름을 이루어 태양빛을 반사할 수도 있기 때문에 실제로 수증기가 온실효과에 미치는 정확한 영향은 완벽하게 알 수 없다. 다만 겨울에는 흐린날씨에 더 따듯하고, 여름에는 흐린날씨에 더 시원한 것으로 보아, 열대지방에서는 반사로 인한 냉각효과가 강하고, 한대지방에서는 온실효과가 더 강하다.
온실기체의 영향 [ 편집 ]
온실효과 [ 편집 ]
실제 대기에 의해 일어나는 온실 효과는 지구를 항상 일정한 온도로 유지시켜 주는 매우 중요한 현상이다. 만약 대기가 없어 온실 효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 햇빛을 받아 수십도 이상 올라가지만, 반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 것이다. 즉, 온실효과는 대기가 행성 표면에서 방출되는 복사에너지를 외부로 확산되어 나가지 않게 흡수하여, 그 에너지로 인해서 기온이 상승하는 현상이다. 이와 같이 온실 효과는 기후 시스템에 있어 반드시 필요한 것으로 그 자체가 문제가 되지는 않는다. 하지만 산업혁명 이후 일부 온실 효과를 일으키는 기체들이 과다하게 대기 중에 방출됨으로써 야기되는 이상 고온에 따른 지구 온난화 현상이 문제가 된다.
해수면 상승 [ 편집 ]
기온이 상승하게 되면, 북극이나 남극에 있는 빙하가 녹게 된다. 만약 3℃ 정도의 기온이 상승할 경우, 북극에 있는 빙하는 대부분이 물에 뜬 빙산이므로 그것들이 녹더라도 해수면에는 영향이 없다. 하지만 남극에 있는 빙하는 대륙 빙하이기 때문에 그것들이 녹으면 약 7 m 정도의 해수면이 상승할 것으로 예측된다. 그럴 경우, 각 대륙의 해안가를 따라 실제 물속에 잠기는 면적은 약 3%에 불과하지만, 전 세계의 대도시들의 대부분이 해안가에 발달하고, 따라서 인류의 약 1/3이 해안 지역에 거주하는 것을 감안하면 그 재앙은 엄청난 것으로 문제의 심각성을 더하여 주고 있다.
다시 말해서, 지난 20세기 동안에 해수면은 평균 10~20cm 높아졌고, 앞으로도 해수면 상승이 지속적으로 나타날 것이 예상된다. 만약 해수면이 크게 상승할 경우에 방글라데시와 같이 인구가 해변에 밀집한 국가에서는 바닷물 범람에 의한 피해가 우려된다. 또한 몰디브와 같은 작은 섬나라는 사라지게 될 것이다. 따라서 해수면 상승으로 인해서, 수십억 인구가 사용하는 물을 오염시키고, 대규모 인구의 이주를 유발시킬 것이다.
기후변화 [ 편집 ]
기후 변화는 지구의 세계적 규모의 기후 또는 지역적 기후의 시간에 따른 변화를 말한다. 기후변화는 지구 내부의 작용이나 외부의 힘(예를 들면, 태양 복사의 변화)에 의한 것일 수도 있고, 인간의 활동에 의한 것일 수도 있다. 근래의 연구에 따르면, 온실 기체로 인한 복사 강제가 기후변화의 주요 원인이 된다. 온실효과로 인하여 지구표면의 온도는 상승하였다. 이러한 기온 상승은 북반구 고위도로 갈수록 더 크게 나타나고 있다. 또한 해양보다는 육지가 더 빠른 온도 상승을 나타낸다.
지구온난화 [ 편집 ]
지구 온난화는 지표 부근의 대기와 바다의 평균 온도가 장기적으로 상승하는 현상이다. 지난 산업혁명 이후 지속적으로 온실기체가 대기로 배출됨에 따라 지구 대기 중 온실기체 농도가 증가하여 지구 표면의 온도가 과도하게 증가되어 이와 같은 지구온난화 현상을 초래하게 되었다. 지구 표면의 온도상승은 해수면 상승을 초래하고, 이는 다시 강수량의 양과 패턴을 변화시켜, 가뭄, 홍수 등의 기상이변을 일으킨다. 빙하의 후퇴와 기후의 변화는 생태계를 변화시키는 등 인류를 포함한 지구상 생물의 생존에 위협이 된다. 최근 수십 년[언제?]에 걸쳐 지구온난화가 진행되고 있으며 앞으로도 꾸준히 높아질 것으로 예측된다. 앞으로 얼마만큼의 온난화가 진행되며 지역에 따라 어떻게 차이가 있을 것인지는 아직 확실하지 않다.
생태계와 인간에 대한 영향 [ 편집 ]
온실기체의 증가로 인한 다양한 전지구적 변화는 생태계와 인간에게 큰 영향을 준다. 환경의 변화로 인해, 생물종의 생존을 위협하고 멸종을 가속된다. 물론 온도의 변화에 적응이 빠른 생물종들은 이동을 통한 생존이 가능하겠지만, 식물 종은 쉽게 이동할 수 없다. 따라서 많은 식물종이 멸종될 수 있다. 또한 가뭄과 산림 화재 증가의 원인이 되기도 한다.[2]
이는 생태적 문제뿐만 아니라 인간의 식량문제와 밀접한 관계가 있다. 작물재배에 있어서 어려움이 생기며, 해수온 상승으로 인한 해양 생태계 변화가 생기게 된다. 또한 폭우와 폭풍, 해일과 홍수, 가뭄과 산불 등의 자연재해로 인간의 생명과 재산의 손실을 가져오게 된다.
주요국의 방지 대책 [ 편집 ]
교토의정서에 의한 1차 공약기간 이전부터 온실기체 감축을 위한 노력 지속
05-07년까지 EU내에서 배출권거래제도 시행후 2단계 배출권거래제 시행중
EU “Energy and climate package” 발표(‘08)
EU “Energy and climate package” 발표(‘08) 2020년까지 1990년 기준 배출량 20% 감축, 신재생에너지 비율 20% 확대 및 에너지효율 개선 촉진
EU집행위는 ‘20년까지 EU의 온실기체 배출량을 ’90년 대비 최소 20%, 여타 선진국 동참 시 30%까지 감축하겠다는 정책 기조 설정
‘50년까지는 60～80%감축(전 지구적으로는 50%감축)
2050년까지 ‘90년 대비 온실기체 배출량 80% 감축 설정(’07.11)
UK Climate Change Bill 상원통과(’08.3)
2012년까지 온실기체배출집약도(온실기체배출량/GDP)를 18%까지 낮춘다는 자체 목표 수립?시행
동북부(RGGI)와 서부(WCI)의 주를 중심으로 배출권거래제 시행 준비 중
2025년까지 배출량 증가억제를 목표로 설정
Lieberman-Warner‘s Act 상원 환경위 통과(‘07.12)
’50년까지 ’05년 대비 70% 감축, Cap & Trade 도입 등
‘17년까지 휘발유 소비량 20% 감축을 위한 대체에너지 비중 확대(3%→15%) 등 대책 발표(‘07.1)
캘리포니아 주는 온실기체 배출을 ’20년까지 25% 감축하는 법안 제정(’06년), 그밖에 버몬트, 뉴욕 등 29개 주에서 온실기체 감축 목표 수립
지구 온난화 대책의 추진에 관한 법률 제정(’98) 및 개정(‘06)
내각총리를 본부장으로 하는 「지구온난화대책 추진본부」운영중
2050년까지 현재수준에서 60-80%의 온실기체 배출량 감축을 설정,
08년 말까지 국내 배출권거래제 시범사업 도입을 공표(’08.06)
『National Climate Change Programme』발표(‘07.6)
‘10년까지 ’05년 대비 GDP당 에너지 소비량 20% 감축, ‘20년까지 30% 추가 감축, 신재생에너지 10% 확대 목표 설정
『National Climate Change Strategy』발표(‘07.5)
주요 산업별로 ’07년~’14년까지 약 1억CO2톤 감축잠재량 제시
저감대책 및 감축활동 온실기체의 제거 [ 편집 ]
탄소 배출권 거래제도 [ 편집 ]
기업이나 정부의 온실기체 감축 노력을 활성화하려는 목적으로 만든 것으로, 온실기체를 배출할 수 있는 권리를 사고 팔 수 있도록 한 제도이다. 온실기체 중 가장 많은 양을 차지하는 것이 이산화탄소이기 때문에 ‘탄소 배출권 거래제도’라고 이름 붙여지게 되었다. 각 국가에는 할당량이 정해지는데 이보다 적은 양의 온실기체를 배출하면 여분에 해당하는 금액을 받고 다른 국가에 배출권을 팔 수 있고, 반대로 할당량을 초과하는 국가는 배출권을 사게 되는 것이다. 현재 배출권 거래는 주로 기업간에 이루어지고 있다.
탄소세 [ 편집 ]
지구 온난화를 방지하기 위해 이산화탄소를 배출하는 석유, 석탄 등의 각종 화석에너지 사용량에 따라 부과하는 세금으로, 핀란드가 지난 1990년 처음 도입한 이래로 스웨덴, 덴마크, 노르웨이 등 유럽 선진국을 중심으로 도입되고 있다. 이 제도의 도입으로 화석연료 사용량의 감소와 이에 따른 대체에너지 개발 촉진을 기대할 수 있다.
보조금제도 [ 편집 ]
보조금제도는 온실기체 배출자에게 일정 수준까지 온실기체 배출 권리를 인정해주고 배출자가 자신이 부여받은 권리 가운데 일부를 포기할 경우 보조금을 통해 정부가 보상해 주는 방법이다. 보조금의 재원은 일반 대중으로부터 조세를 징수하여 충당하며, 온실기체 저감시설 보조금과 저감 보조금으로 구분된다. 저감시설 보조금은 온실기체 배출량을 줄이는 데 필요한 시설을 설치할 경우, 그 비용의 일부 또는 전부를 정부가 보조해 주는 보조금이다. 저감 보조금은 온실기체 배출자가 정부가 부여한 온실기체 배출량 상한보다 더 적은 양을 배출할 경우, 정부가 이 차이에 대해 단위당 특정 금액만큼의 보조금을 배출자에게 지불하는 방법이다.
청정개발체제 (CDM) [ 편집 ]
청정개발체제(CDM: Clean Development Mechanism) 사업은 전 세계적으로 심화되고 있는 지구 온난화 현상을 완화시키기 위하여 선진국과 개도국이 공동으로 추진하는 온실기체 감축사업이다. CDM사업을 통해 선진국은 개도국에서 온실가스를 줄일 수 있게 되어 자국의 감축 비용을 최소로 낮출 수 있고, 개도국은 친환경 기술에 대한 해외 투자를 받게 되어 자국의 개발을 지속가능한 방향으로 유도할 수 있는 일거양득의 효과를 갖고 있다. [5] CDM는 참여 형태별로 선진국에서 사업을 개발하고 이를 후진국에서 유치하는 양국간 청정개발체제(Bilateral CDM)와 다수의 선진국들이 공동으로 사업을 개발하여 후진국에서 이를 유치하는 유형인 다국간 청정개발체제(Multilateral CDM), 그리고 개도국이 단독으로 청정개발체제 전 과정을 개발하여 의무부담국에 크레디트를 판매할 수 있는 유형인 일방적 청정개발체제(Unilateral CDM) 등 세 가지로 구분된다.
대기로부터 온실기체의 제거 [ 편집 ]
온실기체는 다음과 같은 여러 가지 반응에 의해서 제거될 수 있다.
물리적 변화: 응축과 침전은 대기로부터 수증기를 제거한다.
대기권 내에서 메탄의 화학반응: 메탄은 하이드록실 레디칼, OH•을 자연적으로 발생하는 반응에 의해 산화되고 연쇄반응에 의해 CO2와 수증기로 퇴화된다.
대기권과 다른 구관과의 경계에서의 물리적 상호교환: 그 예로 대기권의 기체들이 바다에 섞이는 현상이 있다.
대기권과 다른 구간과의 경계에서 CO2의 화학적 변화: CO2는 식물이 광합성을 할 때, 바다에 용해될 때, 탄산, 중탄산염, 중탄산 이온 등으로 반응한다..
광화학적 변화: 할로겐화탄소는 성층권에 있는 오존에 악영향을 끼치는 자외선에 의해 분리된다. 할로겐화탄소는 아주 안정적이기 때문에 대기에서 화학적인 반응으로 사라지기 어렵다.
온실기체를 줄이는 생활실천 [ 편집 ]
뜨거운 물 대신 미지근한 찬물로 옷을 세탁한다.
실내 온도 적정온도로 유지한다.
가정에서 소형 형광전구를 사용한다.
가까운 거리는 승용차를 이용하는 대신에, 걷거나 자전거를 이용하며, 대중교통 수단을 최대한 활용한다.
연비가 좋은 자동차를 선택한다.
에너지 효율이 높은 가전제품을 쓴다.
자원을 재활용한다.
일회용컵 대신 개인컵을 사용한다.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
외부 링크 [ 편집 ]
위키백과, 우리 모두의 백과사전
온실 효과
온실효과(溫室效果)는 태양의 열이 지구로 들어와서 나가지 못하고 순환되는 현상이다.
태양에서 방출된 빛 에너지는 지구의 대기층을 통과하면서 일부분은 대기에 반사되어 우주로 방출되거나 대기에 직접 흡수된다. 그리하여 약 50% 정도의 햇빛만이 지표에 도달하게 되는데, 이때 지표에 의해 흡수된 빛 에너지는 열에너지나 파장이 긴 적외선으로 바뀌어 다시 바깥으로 방출하게 된다. 이 방출되는 적외선은 반 정도는 대기를 뚫고 우주로 빠져나가지만, 나머지는 구름이나 수증기, 이산화탄소 같은 온실 효과 기체에 의해 흡수되며, 온실 효과 기체들은 이를 다시 지표로 되돌려 보낸다. 이와 같은 작용을 반복하면서 지구를 덥게 하는 것이다.
실제 대기에 의해 일어나는 온실 효과는 지구를 항상 일정한 온도를 유지시켜 주는 매우 중요한 현상이다. 만약 대기가 없어 온실 효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 햇빛을 받아 수십도 이상 올라가지만, 반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 것이다. 따라서 현재 환경 문제와 관련하여 나쁜 영향으로 많이 거론되는 온실 효과는 그 자체가 문제가 아니라, 일부 온실 효과를 일으키는 기체들이 과다하게 대기 중에 방출됨으로써 야기될지 모르는 이상 고온에 따른 지구 온난화 현상을 이야기하는 것이다.
온실 기체 (온실 가스) [ 편집 ]
이 부분의 본문은 이 부분의 본문은 온실 기체 입니다.
온실 기체 중에서 온실효과에 기여하는 정도를 4가지 주요 기체로 분류하였다[1][2]:
지구 온실 효과에 기여하는, 기체가 아닌 주요 물질인 구름은 적외선 복사를 흡수하고 방출하므로 대기의 방사성 특성에 영향을 준다.[2]
그렇다면 구름은 무엇인가? 구름은 액체 상태에 속한다.
이산화탄소 [ 편집 ]
대기 중의 이산화탄소는 매년 그 양이 늘어나고 있다. 인간이 산업화를 진행하면서 사용하게 된 화석연료에 의해 그 양은 크게 늘었다. 1750년 산업혁명이 시작되면서 31%가 늘어나서 2003년에는 376ppm의 양이 대기 중에 존재했다. 이는 남극 빙하 속의 이산화탄소 양을 통해 측정한 과거 65만년 동안의 어느 시대에서보다 높은 양이다. 온실기체로 봤을 때 이산화탄소는 온실효과를 그다지 유발하지 않는 편에 속하며, 같은 농도의 메테인에 비해 20배 정도 그 효과가 약하다.
메테인 [ 편집 ]
현재 연간 2억 5천만 톤이 대기 중으로 배출된다. 메테인은 화석연료를 태울 때에도 발생하지만, 비료나 논, 쓰레기더미에서도 발생하고, 심지어는 초식동물이 풀을 소화시킬 때 호흡에서도 발생하는 것으로 알려져 있다. 그렇기 때문에 인구가 늘어나고 식량 생산을 늘려 나가는 과정에서 대기 중에 메테인이 늘어났다고 보는 것이 일반적인 견해이다. 툰드라 지방의 땅이 온난화로 인해 따뜻해지면 메테인을 방출할 것이라는 가설도 있다. 해저에도 메테인가스가 발생한다.
수증기 [ 편집 ]
수증기는 대기 중에 대단히 많은 양이 존재하며, 흡수할 수 있는 열량 역시 이산화탄소나 메테인에 비해서도 대단히 크다. 하지만 수증기는 구름을 형성해서 태양빛을 반사할 수도 있기 때문에 실제로 어떻게 수증기가 온실효과에 영향을 미치는지 정확히 알기 어렵다. 또한 대기 중의 수증기량을 인위적으로 제어할 방법은 현재로선 없다.
이유 [ 편집 ]
태양의 열은 지구에 들어오면 다시 나가는 것이다. 그 열은 지구 복사열이라 한다. 그러나 온실가스의 증가로 온실가스가 지구를 둘러싸게 되었다. 그 이유로 지구에 막이 생겼으며 태양의 열이 밖으로 나가지 못하게 되는 것이다.
온실가스는 지구의 대기 속에 존재하며, 땅에서 복사되는 에너지를 일부 흡수함으로써 온실효과를 일으키는 기체이다. 대표적인 것으로는 수증기, 이산화탄소, 메테인이 있다. 산업화의 영향으로 화석연료의 연소로 발생된 이산화탄소가 대기 중에 많아지게 됨으로써, 대기 중 온실가스가 늘어나게 되었고, 이에 따라 지구 온난화가 심각한 환경 문제로 대두되게 되었다.
같이 보기 [ 편집 ]
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기후변화는 왜 변했나요?
지구 대기의 99%는 질소(78.1%)와 산소(20.9%)로 이루어져 있어요. 그리고 나머지 1%인 이산화탄소, 메탄, 수증기 등이 지구를 따뜻하게 감싸 우리가 살기에 적당하게 유지시켜 주고 있어요. 온실처럼 지구를 감싸고 있다고 해서 온실가스(greenhouse gases)라고 부릅니다. 이런 온실가스가 없다면 지구 온도는 -18℃로 떨어져서 우리가 살기에 너무 추웠겠지요. 그러나 지금은 그 양이 필요 이상 증가되어 지구를 뜨거워지게 하는 지구온난화의 원인이 되고 있습니다.
<출처:그린스타트>
그러면 온실가스는 왜 늘어나게 되었을까요?
온실가스를 발생시키는 가장 큰 원인은 석탄, 석유와 같은 화석연료에요. 석탄과 석유는 현재 지구상에서 사용되는 에너지의 90% 이상을 차지하고 있어요. 전기를 만드는 발전소의 대부분은 석탄과 석유를 이용한 화력발전소이고, 자동차를 비롯한 교통수단의 연료도 바로 석유이지요. 이렇게 우리가 일상에서 전기와 자동차 등을 사용할때, 석탄과 석유가 타며 나오는 연기는 공기중의 이산화탄소를 늘려 지구 온도를 높이고 있어요. 또한, 음식물이 썩으면 발생하는 메탄도 주요한 온실가스의 하나입니다. 이렇게 지금과 같이 지구가 뜨거워지는 것은 자연적으로 일어나는 현상이 아니어서 우리가 조심한다면 온실가스의 많은 양을 줄일 수 있답니다.
아하! 그렇구나 – 6대 온실가스
온실효과를 일으키는 주요기체인 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황을 6대 온실가스라고 부릅니다.
<출처:에너지관리공단>
6대 온실가스
우리는 온실효과에 관해서 얼마나 자세히 알고 있을까? – Sciencetimes
온실효과란 무엇인가?
태양에서 방출되어 지구에 도달하는 빛 에너지는 먼저 지구의 대기층을 통과하게 된다. 일부는 대기에 반사되어 다시 우주로 방출되며 일부는 대기에 직접 흡수된다. 대기와의 상호작용으로 인해서 대략 절반 정도의 햇빛이 지표에 도달하게 되는데 이들 중 대부분은 가시광선 파장의 빛이다. 이들은 파장이 더욱 긴 적외선으로 바뀌고 지구 복사열의 형태로 다시 바깥으로 방출된다. 하지만 이들의 일부분은 수증기, 이산화탄소, 메테인, 오존 등의 온실기체들에 흡수되어 다시 지표로 돌아가게 된다. 이러한 반복 작용들은 지구를 데우는 효과를 일으키는데 이를 온실효과(Greenhouse effect)라고 부른다. 즉, 온실가스들이 일으키는 효과들로 인하여 우주로 다시 나가야 할 열들이 우주로 나가지 못하고 지구에 계속 머무르게 된다.
정상적인 양의 온실가스들이 일으키는 온실효과는 지구와 지구에 서식하고 있는 생명체에 없어서는 안 되는 필수적인 존재이다. 만일 지구에 온실가스들이 없다면, 지구는 받은 대부분 열을 방출시켜서 온도가 매우 내려갈 것이며 지금처럼 온도를 일정하게 유지 시킬 수 없을 것이다. 문제는 주로 화석 연료들의 연소로 인한 이산화탄소 같은 기체들이 과다하게 방출됨으로써 온실 효과가 심해진다는 점이다. 이로 인해서 지구의 비정상적인 온난화라는 심각한 환경 문제가 야기 될 수 있다.
에어로졸과 온실가스 그리고 지구 온난화
반면 지구 복사 수지에 반대의 영향을 미치는 에어로졸 입자들은 구름을 만드는 응결핵으로 작용한다. 이렇게 생성된 구름은 태양 에너지를 산란시켜서 궁극적으로 지구 온도를 낮추는데 기여한다. 보통 에어로졸 입자들이 일으키는 지구 냉각 효과는 온실가스가 일으키는 온실 효과보다 강력한 것으로 알려졌지만 이들에 관한 정확한 수치 모델들이나 보다 자세한 연구들은 아직 충분하지 않다.
이스라엘 Hebrew University의 로젠펠트 (Prof. Daniel Rosenfeld) 교수 연구팀은 최근 흥미로운 연구 결과를 발표했다. 위 연구는 에어로졸이 지구를 냉각시키는 영향이 저평가되고 있을 수 있다는 경고성 메세지를 담고있다. 만약 에어로졸의 냉각 효과가 저평가된 것이라면 온실가스가 일으키는 지구 온난화 효과가 우리가 예측했던 것보다 더 크다는 말이 된다. 이는 지구 온난화 효과가 더욱더 심각한 환경 문제가 될 수 있다는 말과도 같다.
현재 우리를 위협하고 있는 이상 기온, 지구 온난화 정도 그리고 이들이 진행되고 있는 속도에 관해서 정확히 예측하기 위해서는 지구 온난화의 보다 정확한 관측이 필요하다. 지구 온난화를 일으키는 대기에 관한 세부적인 매핑이 필요함은 물론이며 다양한 변수들이 유발하는 불확실성을 제거해야 한다. 또한 이를 바탕으로 보다 정확한 수치 모델들도 필요하다. 다행인점은 유럽 우주국이 지구가 어떻게 데워지고 있는지에 관해 상세히 연구하기 위해서 지구 대기가 일으키는 온실 효과를 고해상도로 관측할 예정이라는 점이다.
지구 온난화에 관해서 더 자세히 알고 싶은 유럽 우주국의 도전
유럽 우주국은 2017년부터 2년간 다섯 번째 핵심 미션(Core mission)이자 9번째 Living Planet Programme의 마지막 후보들로 선정되었던 두 가지 미션의 타당성 조사를 시작했다. 위 두가지 미션은 지구에서 우주로 방출되는 지구 복사열을 측정함으로써 지구 온난화에 관한 새로운 통찰력을 제공해줄 FORUM (Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring) 미션과 급변하는 북극해를 이해하고 기존 위성 고도계가 해류 측정을 제공할 수 없는 적도 지역의 관찰에 중점을 두고 있는 SKIM (Sea surface KInematics multiscale Monitoring) 미션이다. 따라서 FORUM 미션과 SKIM 미션 모두 지구에 닥친 위기를 해결하고자 시작하는 미션이라고 할 수 있다.
2019년 가을 유럽 우주국은 마침내 최종 후보로 FORUM 임무를 선택했다. 이에 관해서 유럽 우주국의 지구 관측 자문 위원회 의장인 볼프람 마우서(Wolfram Mauser)박사는 기후 변화 문제가 전 세계의 주요 관심사로 떠오르면서 유럽 우주국이 이를 고려해준 것 같아서 매우 기쁘다고 밝혔다. 마우서 박사는 위 미션을 통하여 기후 모델을 개선하며 더 자세한 기후 예측을 약속했다.
최초로 원적외선을 이용한 온난화 관측을 하게 될 FORUM 미션
앞서 설명했던 대로, 지구 표면 온도는 대기 최상단의 복사 균형에 의해서 결정되지만, 다시 우주로 빠져나갈 에너지들은 온실가스의 존재로 인해서 이러한 균형이 깨지게 된다. 위 복사 에너지의 절반 이상이 전자기 스펙트럼의 원적외선 (Far-infrared) 부분에 있다. 위 파장의 지구 복사에너지들은 수증기와 얼음 및 구름의 영향을 크게 받아서 지구 표면 온도를 조절하는 데에 중요한 역할을 한다.
따라서, 표면 온난화의 변화율을 결정할 때에는 북극과 같이 건조하고 추운 지역에서의 장파장 표면 방출 측정을 통해서 이들의 역할을 조사하여하 하는데, 이는 지금까지의 대부분의 기후 모델에서 간편화되거나 무시되어 왔던 사항들이다. 지금까지의 대부분 온난화 관측 미션 역시 15마이크로미터 이하의 적외선을 이용해서만 관측되었기에 아쉽게도 원적외선을 이용한 관측은 없었다. 그 결과, 현재까지의 온난화 모델들은 온난화를 증폭 및 완화시키는 대기의 세부적인 정보들을 놓치고 있었다. 지구에서 방출되는 총 에너지의 대략 절반이 장파장 범위에 있다고 대략적으로 예측할 뿐, 세부적인 양은 설명하지 못하기에 모델들과 변수들의 정확도가 상대적으로 부족했던 것이 사실이다. 위 부족한 부분을 메꾸기 위해서 FORUM 미션이 시작된다.
FORUM 미션의 과학적인 목표들
다른 파장의 에너지는 지구 시스템의 다른 부분에 의해 영향을 받지만, FORUM 미션이 관측하게 될 원적외선 파장의 에너지는 지구 대기의 수증기와 얇은 얼음 구름의 영향을 크게 받는다. 즉, 온난화를 관측하기 위한 FORUM 미션의 원적외선 선택은 대기 중 다른 온실가스를 자세히 관측 할 수 있다는 의미이다. 특히 기후학적으로 중요한 대류권 상층부와 성층권 하층부에서의 수증기 농도와 얼음 구름의 영향에 관한 결과를 제공할 예정이다.
예를 들어서, 15 마이크로미터의 파장은 성층권 온도를 관측하는 데에 최적인 파장이다. 19.2 마이크로미터 파장은 높은 고도에서의 권운 (Cirrus)의 존재를 파악할 수 있는 파장이며 40 마이크로미터의 파장은 성층권 수증기를 관측할 수 있는 파장이다. 또한 눈(snow)에 민감한 17.7 마이크로 미터의 파장을 이용하면 남극의 표면을 상세하게 관측 할 수 있다. 이처럼 FORUM 미션은 원적외선 파장을 이용하여 얼음 결정 입자의 크기와 모양 등의 세부적인 특징을 더 잘 이해할 수 있는 대기 지도를 만들어갈 전망이다.
영국 왕립 지구 관측 센터(National Center for Earth Observation)의 헬렌 브린들리 박사(Dr. Helen Brindley)는 BBC News와의 인터뷰에서 위 미션에 관해서 설명한 바 있다. 그녀는 “FORUM 미션은 매우 높은 정확도와 매우 높은 스펙트럼 분해능을 자랑합니다. 위 미션은 지금까지 우주에서 한 번도 관측된 적이 없는 15 마이크로미터 이상의 원적외선을 이용하여 측정할 예정입니다. 특히 위 미션을 통해서 시간에 따라 원적외선 에너지가 어떻게 변하는지에 관한 정보도 얻을 수 있을 것입니다.”라고 기대감을 표한 바 있다.
FORUM 미션의 장비 및 계획
FORUM 미션은 지구에서 나오는 원적외선을 감지하는 분광계를 탑재할 예정이다. 이탈리아 피렌체의 국립 광학 연구소 팔체띠 루카 박사(Dr. Palchetti Luca)가 FORUM 미션을 이끌고 있으며 총예산은 260만 유로를 초과하지 않는 것이 목표이다. Airbus와 Thales Alenia Space을 중심으로 우주 관련 산업계와 군에서도 많은 참여를 할 수 있도록 독려하고 있다.
위 두 민간 우주 산업계에서 계획하는 FORUM미션의 장비들의 세부적인 사항들은 여전히 조율 중이다.
2021년 현재 유럽 우주국의 계획에 따르면 2025년 또는 2026년경 베가 로켓과 함께 정상 궤도에 진입할 것으로 예상된다. 계획된 임무는 총 4년이며 모든 계절 동안 지구를 관측할 예정이다.
FORUM은 잃어버린 퍼즐 조각을 가져다 줄 것이다
FORUM은 대략 7km/s의 느린 속도로 비행을 할 전망이다. 유럽 우주국은 이를 ‘한 걸음씩 걸어가면서 응시하는’ 기법을 이용한 장비라고 표현한다. 위성이 보통 얼마나 빨리 비행하는지를 고려하면 이는 엄청나게 세밀하며 복잡한 기술이다. 지구 온난화에 관해서 더 짧은 파장의 에너지를 측정하는 다른 장비인 IASI-NG와 함께 지구에서 방출되는 전체 에너지의 스펙트럼을 측정할 전망이다.
유럽 우주국의 총 책임자인 요제프 아쉬바허 박사(Dr. Josef Aschbacher) 역시 위 미션의 중요성에 관해서 이미 여러 차례 강조한바 있다. 그는 우리 사회와 자연 모든 측면에 영향을 미치는 기후 변화를 정확히 예측하기 위해서는 기후 시스템의 복잡함이 반드시 이해되어야 한다고 강조했다. 위 미션을 바탕으로 지구의 에너지 균형을 더 잘 이해할 수 있음은 물론이며 위 미션의 결과는 미래의 기후 관련 정책 결정의 초석이 될 것이라고 덧붙였다.
FORUM 미션이 가져다줄 보다 정확하고 세밀한 측정 결과는 매우 복잡할 것이다. 미션 결과들을 통해서 새로이 알게 될 변수들도 매우 광범위할 것이다. 하지만, 기후 시스템의 복잡성을 더 잘 이해하기 위해서는 지식의 공백을 하나하나 채우는 것이 매우 중요하다. 잃어버린 퍼즐 조각은 기후 변화 예측의 불확실성을 줄여 줄 수 있기 때문이다.
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기후변화의 범인 – 온실가스 그는 누구인가?
IPCC(정부간 기후변화 협의체)는 과학적인 연구결과를 바탕으로 현재 전 세계적으로 도래하고 있는 기후변화의 현상이 지구 온난화 때문이며, 지구 온난화 현상은 두말할 것 없이 명백하게 확인되었음을 설명합니다.
지구 평균 기온의 상승, 해수 온도 및 해수면의 상승, 계절의 불규칙적인 변화, 생태계 이상과 같은 이상 징후가 지금 나타나고 있기 때문이죠.
많은 환경단체들이 기후변화에 대해 우려하고 있습니다.
IPCC는 보고서를 통해 이상 기후로 나타나고 있는 가뭄, 홍수, 폭설, 혹한, 태풍 등과 같은 자연 재해의 원인을 산업 혁명 이후 인간의 활동으로 급격하게 증가하고 있는 온실가스 배출량 때문이라고 보고 있습니다. 예를 들면 2004년의 온실가스 배출량이 1970년과 비교하여 70% 이상 증가했고, 인간의 활동으로 인한 온실가스 배출량의 증가는 대기 중의 온실가스 농도 도한 1750년 이후 현저하게 증가했다는 것이죠.
이미 세계적으로 나타나고 있는 기후변화는 자연 재해의 경제적 피해는 물론 인간의 생존까지 위협하고 있다는 건 다들 지겹도록 들으셨을 것입니다. 이러한 지구 온난화 현상의 원인이 온실가스라고 한다면 바로 이 온실가스를 기후변화가 일어나기 이전의 상태와 같게 만들면 더 이상 문제가 생기지 않겠다는 생각이 드네요.
온실가스 정의
온실가스를 줄인다 감축한다 한다면 온실가스가 정확히 무엇인지를 파악하는 단계부터 시작해야 할 것 같습니다 산업화가 급속으로 진행되며 온실가스의 양 역시 급증했습니다.
지구의 기후변화와 이로 인한 부정적 효과가 인류의 공통적인 관심사임을 인정하고, 인간활동이 대기 중의 온실가스 농도를 현저히 증가시켜 온실효과의 증대로 인해 지구 생태계와 인류에게 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 우려하여 국제 사회는 기후변화협약을 맺게 되었습니다. 이러한 기후변화협약을 구체적으로 실행하고자 2005년 교토의정서가 발효되어 선진국에서 먼저 온실가스에 대한 감축 목표를 세우고 그 의무를 이행하도록 협의 하였습니다.
바로 이 교토의정서에서는 온실가스를 6개의 기체로 규정하고 이 6대 온실가스에 대해 감축할 것을 국제적으로 합의하게 되었습니다.
교토의정서에서 규정하고 있는 6대 온실가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 입니다. 우리나라에서도 이와 동일하게 온실가스에 대해 ‘저탄소녹색성장기본법’에서 다음과 같이 정의하고 있습니다.
“온실가스”란 이산화탄소(CO2),메탄(CH4),아산화질소(N2O),수소불화탄소(HFCs),과불화탄소(PFCs),육불화황(SF6) 및 그 밖에 대통령령으로 정하는 것으로 적외선 복사열을 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 대기 중의 가스 상태의 물질을 말한다(저탄소 녹색성장 기본법 제2조 9항)
즉, 지구 상에서 온실효과를 일으킬 수 있는 온실가스는 여러 종류가 있을 수 있으나, 그 중 비교적 큰 영향을 미치는 것으로 판단되는 6개 온실가스에 대해 감축 규제를 적용하도록 하고 있는 것이죠.
6대 온실가스
온실가스는 화석 연료를 사용할 때 배출되는 이산화탄소와 농업 활동 및 폐기물 처리로 발생하는 메탄과 아산화질소가 주를 이루고 있습니다. 최근 들어서는 반도체와 같은 첨단산업의 발달에 따라 생산공정에서 발생하는 불소계 기체(수소불화탄소 HFCs, 과불화탄소 PFCs, 육불화황 SF6)도 늘어나고 있습니다.
중요한 것은 이 여섯 가지의 온실가스가 모두 동일한 온실 효과를 나타내고 있지 않다는 것입니다. 같은 양의 이산화탄소와 메탄이 발생했을 때 지구에 미치는 온실 효과의 영향을 비교하면 서로 차이가 난다는 것이죠.
다시 말하면 이들 온실가스들이 지구 온난화에 기여하는 정도가 모두 다르다는 것입니다. 그래서 IPCC는 보고서를 통해 이산화탄소를 기준으로 하여 다른 온실가스들이 지구 온난화에 기여하는 정도를 산정하여 기록하였습니다. 이를 지구온난화지수 (Global Warning Protential, GWP) 라고 합니다.
쉽게 풀어 설명 드리면, 이산화탄소의 지구 온난화 기여 정도를 1로 기준 삼아 메탄, 아산화질소 등의 기여 정도를 비교해 보니 메탄은 이산화탄소의 21배, 아산화질소는 이산화탄소의 310배 정도의 영향을 미치는 것으로 확인된 것입니다.
온실가스 배출량을 산정하여 비교할 때에는 바로 이 지구온난화지수를 사용하여 이산화탄소를 제외한 기타 온실가스에 대해 이산화탄소의 효과로 산정하여 이산화탄소 톤 단위의 배출량을 산정하게 됩니다. 이것을 tCO2-eq로 표시하며 여기서의 eq는 equivalent의 의미로써 이산화탄소 등가라고 이해하시면 되겠습니다.
지구온난화지수를 비교하면 이산화탄소의 영향이 가장 작은데 왜 온실가스 하면 모두 이산화탄소를 이야기하는 것인지 궁금하지 않으신가요? 오히려 불소계 기체가 훨씬 지구 온난화의 영향이 클 것인데 말이죠.
온실가스를 이산화탄소 기준으로 설정하고 모든 배출량을 이산화탄소로 환산하여 온실가스 배출량을 산정하는 이유는 전체 온실가스의 배출량 중에서 이산화탄소가 차지하는 양이 80%를 상회하기 때문입니다. 배출량이 같다면 당연히 메탄이나 아산화질소 등 다른 온실가스가 이산화탄소보다 영향이 크겠지만 배출량에서 이산화탄소가 훨씬 많은 양을 차지하기 때문에 이산화탄소의 영향력이 커지는 것이죠.
지금까지 온실가스에 대해 이런저런 이야기를 떠들어 봤습니다. 온실가스에 대해서 이해하는데 조금 도움이 되셨나요? 끝까지 읽어주셔서 감사드리며 다음 포스팅에도 온실가스 관련 이야기를 계속 해보고자 합니다.
온실가스 배출계수 < 탄소발생량 계산 < 기후 < 환경
온실가스 배출계수
온실가스(GreenHouse Gas)란대기를 구성하는 여러가지 기체들 가운데 온실효과를 일으키는 기체를 ‘온실가스’라하며, 온실가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 프레온(CFCs), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화유황(SF6), 오존(O3) 등이 있습니다.
이 중 제3차 당사국총외(COP : Conference of the Parties)에서는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O),수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화유황(SF6)을 6대 온실가스로 지정한 바 있습니다.
이들 온실가스들이 지구온난화에 기여하는 정도는 IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체)가 제시한 지구온난화지수(Global Warming Protential, GWP)를 통해 알 수 있으며, 이산화탄소를 1로 보았을 떄, 메탄은 21, 아산화질소 310, 프레온가스는1,300~23,900에 해당합니다.
기후변화감시용어집 해설
온실가스
‘따뜻한’ 지구의 원인인 ‘온실가스’
만약 온실가스가 없다면 지구평균기온은 –19℃가 될 것이다. 그러나 대기 중에 이산화탄소, 메탄, 수증기 등 온실가스에 의해 지구평균기온을 약 14℃로 인류가 살기 좋은 기온을 유지하고 있다. 또한 지난 130여년간 지구평균기온이 상승하는 지구온난화가 나타나고 있다.
UN 산하 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)’ 제5차 보고서는 1950년 이후 나타난 지구온난화가 화석연료의 사용 등 인간 활동 때문일 가능성이 매우 높다(95% 이상의 확률)고 결론을 내렸다. 에너지를 얻기 위해 사용된 화석연료(석유, 석탄, 가스 등)의 연소는 지구온난화의 주범인 이산화탄소 농도를 꾸준히 증가시키고 있는 것이다.
계속되는 온실가스의 증가로 지구의 평균기온 상승이 불가피한 가운데 어느 때보다 기후변화를 효과적으로 대응하기 위하여 우리 모두 꾸준한 노력을 기울일 필요가 있다.
온실가스
– 대기 중에 가스 상태로 장기간 체류하면서 대부분의 태양복사를 투과시키고 지표면에서 방출하는 지구복사를 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 물질이다.
온실효과를 유발하여 지표온도를 상승시킬 수 있는 온실가스 중에는 이산화탄소 이외에 메탄, 아산화질소, 염화불화탄소 등의 미량기체를 꼽을 수 있다.
<교토의정서 규제대상 6대 온실가스(1997)>
<교토의정서 규제대상 6대 온실가스(1997)>
<온실가스 특성> 온실가스 종류 화학식 체류시간(년) 지구온난화지수(GWP) 이산화탄소 CO 2 5~200 1 메탄 CH 4 12.4 28 아산화질소 N 2 O 121 265 육불화황 SF 6 3,200 23,500 염화불화탄소 CFC-11 45 4,660 염화불화탄소 CFC-12 100 10,200 염화불화탄소 CFC-113 85 5,820 삼불화질소 NF 3 500 16,100
<화석연료의 사용> <산업화 도시화에 따른 영향> <다양한 온실가스 발생>
1984-2018년의 전지구 평균
CO 2 농도(위) 및 증가율(아래)
1984-2018년의 전지구 평균
CH 4 농도(위) 및 증가율(아래)
1984-2018년의 전지구 평균
N 2 O 농도(위) 및 증가율(아래)
이산화탄소(CO 2 )
– 인간의 화석연료 소비 증가로 배출되는 대표적 온실가스로 전지구 평균농도는 꾸준히 증가 추세이다. 관측단위는 ppm(100만분의 일)이며 대기 중에 머무르는 시간이 100~300년으로 전체 온실효과의 65%를 차지한다. 화석에너지 사용과 시멘트 생산 등 인간 활동과 동‧식물의 호흡과정, 유기물의 부패, 화산활동 등 자연활동으로 대기 중에 배출되고 식물의 광합성 작용과 해양 흡수로 배출된 양의 약 60%가 제거되고 나머지 40%는 대기 중에 남아 농도가 증가한다.
– 최근 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전의 280ppm보다 현저하게 증가하고 있다. 전지구 이산화탄소 평균 농도*는 2019년 409.8ppm을 기록하였고, 안면도 기후변화감시소(기상청 소속)에서 관측된 평균 농도는 2019년 417.9ppm을 기록하였다.
미국해양대기청(NOAA)에서 발표한 값으로 WMO 발표 농도와 차이가 있을 수 있음
– 과거 대기 중 이산화탄소 농도의 장기변동은 남극, 그린란드, 고산 빙하 속에 포집된 공기 중 농도를 분석하여 밝혀졌다.
<전지구와 우리나라의 이산화탄소 농도 비교>
메탄(CH 4 )
– 이산화탄소 다음으로 중요한 온실가스 중 하나로 ppb(10억분의 1) 수준으로 대기 중에 존재한다.
– 전지구 온실가스 복사강제력 대비 17% 기여하고 있으며 주요 배출원은 습지, 바다, 대지의 사용, 쌀농사, 발효, 화석연료 등 다양한 인위적‧자연적 요소가 존재하는 반면, 소멸원은 주로 대기 중 수산화이온(OH) 라디칼로 알려져 있다.
– 다른 온실가스에 비해 체류시간이 12년으로 짧아 배출량을 줄이면 가장 빠른 효과를 볼 수 있다.
아산화질소(N 2 O)
– 대기 중 체류시간이 114년 되는 온실가스로 복사강제력의 6%를 차지한다.
– 발생원은 해양, 토양 등이 있으며 화석연료, 생태소각, 농업비료의 사용, 여러 산업공정에서 배출되는 인위적 기원 등이 있다. 아산화질소는 성층권으로 올라가 광분해 되어 성층권 오존을 파괴하면서 소멸된다.
육불화황(SF 6 )
– 육불화황은 인공적인 온실효과를 유발하며 화학적, 열적으로 안정된 기체이다. 전기를 통하지 않는 특성이 있으며 반도체 생산 공정에서 다량 사용된다.
– 이산화탄소와 같은 양일 때 온실효과는 약 22,800배로 가장 크며 한번 배출되면 3200년까지 영향을 미친다(이산화탄소 200년).
– 대부분 성층권이나 그 상층에서 주로 짧은 파장의 자외선에 의해 파괴된다.
– 안면도 기후변화감시소에 육불화황 세계표준센터를 유치하여 WMO 회원국의 대상으로 적합성 평가를 수행하고 있다.
수소불화탄소(HFCs)
– 오존층을 파괴하는 프레온 가스로 염화불화탄소의 대체물질로 개발되었다.
– 냉장고나 에어컨의 냉매 등 주로 인공적으로 만들어 산업공정의 부산물로 쓰인다.
과불화탄소(PFCs)
– 염화불화탄소의 대체물질로 개발. 탄소(C)와 불소(F)의 화합물로 만든 전자제품, 도금산업, 반도체의 세척용, 소화기 등에 사용된다.
염화불화탄소-11, 12, 113 (CFC-11, 12, 113)
– ‘프레온 가스’로 널리 알려져 있음. 오존층을 파괴시키는 물질 중 하나로 몬트리올 의정서에서 규제대상 물질(1989)로 지정되었으며, 냉장고 냉매, 발포제, 충전제로 주로 사용된다.
– 계속적인 배출로 농도가 꾸준히 증가하였으나, 몬트리올 의정서 발표 이후 현재 감소 추세에 있다.
※ 교토의정서에서 규제되었으나, 몬트리올 의정서에서 규제되지 않은 물질은 그 농도가 증가 추세에 있음(예: HFCs와 SF 6 )
지구온난화지수
– 이산화탄소 1kg과 비교하여 온실가스가 대기 중에 방출된 후 특정기간 그 가스 1kg의 상대적 온난화 효과
복사강제력 (Radiative Forcing, RF)
– 기후변화를 일으키는 물질들의 영향력을 나타내는 척도로 단위면적 당 에너지 변화율로 표현(W/m2). 양의 복사강제력은 지구-대기 시스템의 에너지를 증가시키고, 음의 복사강제력은 감소시킨다.
<기후변화의 복사강제력(IPCC 제5차 보고서)>
※ 1750~2011년 인위적인 복사강제력의 총량과 이산화탄소의 복사강제력: 2.3W/m2, 1.68W/m2 복사강제력 증가에 가장 크게 기여한 요인은 이산화탄소임
온실효과
– 대기 중의 수증기와 이산화탄소 등이 온실의 유리처럼 작용하여 지구 표면의 온도를 높게 유지하는 효과를 말한다. 대기는 태양에서 복사되는 단파장을 거의 통과시켜 지표면까지 도달하게 하지만, 지표면에서 방출되는 복사는 파장이 길기 때문에 대기 중의 수증기․이산화탄소․오존 등에 대부분 흡수되거나, 다시 열로 지표면으로 방출된다. 이 결과 지표면과 하층대기는 온도의 상승이 있게 된다.
이산화탄소 상당량
– 온실가스 농도를 지구온난화 효과를 기준으로 이산화탄소 농도로 환산한 값. 환산 농도에는 모든 온실가스(대류권 오존 포함) 및 에어로졸과 알베도 변화에 의한 복사강제력이 포함된다. 1750년~2011년 간 총 인위적 복사강제력 2.3W/m2은 이산화탄소상당량으로 환산
(CO 2 -상당농도=278 eRF/5.35)하면 430ppm에 해당된다(IPCC 제5차 보고서).
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