온실가스 원인과 출처 및 환경 영향

온실가스 원인과 출처 및 환경 영향

지구 온난화와 기후 변화 현상의 이면에는 대기 중 온실가스의 증가가 있습니다. 온실가스란 적외선을 흡수하여 대기에 열을 가두거나 보유할 수 있는 대기 중의 모든 기체 화합물을 말합니다. 대기의 열을 증가시킴으로써 온실가스는 온실효과를 일으키고, 이는 궁극적으로 지구 온난화를 초래합니다. 지구 온난화의 영향은 전 세계적으로 볼 수 있습니다.

 

태양 복사와 온실 효과

최근 지구 온난화는 과학적인 개념이 아닙니다. 이 현상의 기존 1896년 스웨덴의 물리학자이자 화학자인 스반테 아레니우스에 의해 100여 년 전에 밝혀졌습니다. 과학 학술지에 게재된 그의 논문은 과학자들이 연구에 미치는 영향에 대한 이산화탄소의 기여를 정량화한 최초의 논문이었으며, '온실 효과'라는 명칭을 붙였습니다. 온실 효과는 태양이 가시광선, 자외선, 적외선 및 인간의 눈에 보이지 않는 기타 유형의 방사선 형태로 지구 대기에 닿는 엄청난 양의 방사선을 지구에 쏟아붓기 때문에 발생합니다.

 

자외선 방사선은 가시광선보다 파장이 짧고 에너지 수준이 높은 반면, 적외선 방사선은 파장이 길고 에너지 수준이 약합니다. 지구에 닿는 방사선의 약 30%는 구름, 얼음 및 기타 반사 표면에 의해 다시 우주로 반사됩니다. 나사의 지구 관측소에 따르면 나머지 70%는 바다, 땅, 대기에 흡수됩니다. 가열됨에 따라 해양, 육지 및 대기는 적외선 열복사의 형태로 열을 방출하며, 이는 대기에서 우주로 전달됩니다.

 

나사에 따르면 평균 온도가 약 화씨 59도(섭씨 15도)인 지구를 거주 가능하게 만드는 것은 들어오고 나가는 방사선의 평형입니다. 이러한 대기 평형이 없다면 지구는 달처럼 차갑고 생명이 없거나 금성만큼 뜨겁게 될 것입니다. 대기가 거의 없는 달의 어두운 면은 영하 243도(섭씨 영하 153도) 정도입니다. 반면에 금성은 태양 복사를 가두는 높은 밀도와 대기를 가지고 있습니다. 금성의 평균 기온 은 약 864F(462C)입니다.

 

지구를 따뜻하게 하는 들어오고 나가는 '방사선의 교환'은 농업용 온실이 거의 동일한 방식으로 작동하기 때문에 종종 온실 효과라고 합니다. 들어오는 단파 자외선 방사선은 온실의 유리벽을 쉽게 통과하여 식물과 내부의 단단한 표면에 흡수됩니다. 그러나 더 약한 장파 적외선 방사선은 유리벽을 통과하기 어려워 내부에 갇혀 온실을 따뜻하게 합니다.

 

온실가스가 지구 온난화를 일으키는 원인

방사선을 흡수하는 대기 중 가스는 온실 효과에 큰 영향을 미치기 때문에 '온실가스'로 알려져 있습니다. 온실 효과는 지구 온난화의 주요 원인 중 하나입니다. 환경 보호국에 따르면 가장 중요한 온실가스는 수증기, 이산화탄소, 메탄 및 아산화질소입니다. 매사추세츠주 라셀 대학의 환경 과학 부교수인 마이클 데일리는 과학 학술지에 "산소는 우리 대기에서 두 번째로 풍부한 가스이지만, 열적외선 복사를 흡수하지 않는다"라고 말했습니다. 지구 온난화와 이를 유발하는 온실가스가 자연적으로 발생합니다. 이것이 없다면 지구의 평균 표면 온도는 화씨 0도(영하 18C)에 불과할 것입니다. 그러나 최근 역사에서 대기 중 온실가스의 양은 해로운 수준으로 급증했습니다.

 

산업 혁명 이전 20,000년 동안 대기 중 이산화 탄소는 빙하기 동안 약 180ppm, 간빙기 동안 280ppm 사이에서 변동했습니다. 그러나 나사의 지구 기후 변화 포털에 따르면 1750년대 산업 혁명이 시작된 이래로 이산화탄소의 양은 거의 50% 증가했습니다. 오늘날 이산화탄소 수준은 410ppm이 넘습니다. 불소화 가스(불소 원소가 첨가된 가스)는 산업 공정 중에 생성되며, 온실가스로도 간주됩니다. 여기에는 하이드로플루오로카본, 퍼플루오로카본, 육불화황이 포함됩니다. 비록 대기 중에 매우 적은 농도로 존재하지만, 열을 매우 효과적으로 가둬두기 때문에 '지구 온난화 지수'가 높은 가스가 됩니다.

 

한때 냉매와 에어로졸 추진제로 사용되었던 염화불화탄소도 국제 협약에 따라 단계적으로 폐지될 때까지 온실가스입니다. 온실가스가 지구 온난화에 영향을 미치는 정도에 영향을 미치는 세 가지 요소가 있습니다. 대기 중 풍부도, 대기 중에 체류하는 기간, 지구 온난화 지수입니다. 예를 들어, 수증기는 가장 풍부한 온실가스이지만, 나사에 따르면 이산화탄소는 대기 중에 풍부하고 대기 수명이 300~1,000년으로 상대적으로 길기 때문에 지구 온난화에 더 큰 영향을 미칩니다.

 

반면에 대기 과학 학술지에 발표된 2020년 연구에 따르면 수증기는 대기 수명이 10일을 넘지 않습니다. 유엔 기후 변화 협약에 따르면 메탄은 이산화탄소보다 방사선을 흡수하는 데 약 21배 더 효율적이므로 대기 중에 약 12년 동안만 머무르더라도 더 높은 지구 온난화 지수 등급을 제공합니다. 메탄과 기타 온실 기체는 이산화탄소보다 더 많은 열을 가둘 수 있지만, 과학자들은 여전히 이산화탄소의 온난화 효과가 다른 온실가스의 효과보다 수 세기 동안 지속되기 때문에 이산화탄소를 주된 온실가스로 간주합니다.

 

온실가스 발생원

메탄과 같은 일부 온실가스는 예를 들어 가축 분뇨의 형태로 농업 활동을 통해 생산됩니다. 이산화탄소와 같은 다른 것들은 주로 호흡과 같은 자연적 과정과 석탄, 석유, 가스와 같은 화석 연료의 연소로 인해 발생합니다. 이산화탄소의 또 다른 주요 원인은 삼림벌채입니다. 상품이나 열을 생산하기 위해 나무가 쓰러지면 광합성을 위해 일반적으로 저장되는 탄소가 방출됩니다. 세계자원연구소에 따르면 이 과정은 매년 대기 중으로 최대 48억 톤의 탄소를 방출합니다.

 

임업 및 기타 토지 이용 관행은 이러한 온실가스 배출을 일부 상쇄할 수 있습니다. 데일리는 과학 학술지에 "나무를 재배하면 광합성을 통해 이산화탄소를 격리하므로 나무를 다시 심는 것은 대기 중 이산화탄소 축적을 줄이는 데 도움이 된다"라고 말했습니다. 그러나 숲은 화석 연료 연소를 통해 대기로 배출되는 이산화탄소를 모두 격리할 수 없으며, 대기 중 축적을 방지하려면 화석 연료 배출량을 줄이는 것이 여전히 필요하다"라고 경고했습니다.

 

전 세계적으로 온실가스 배출은 심각한 우려의 대상입니다. 미국 해양대기청의 기사에 따르면 지난 60년 동안 대기 중 이산화탄소는 이전 자연 증가보다 100배 빠른 속도로 연간 증가했습니다. 마지막으로 지구 대기 이산화탄소량이 이렇게 높았던 때는 300만 년 전으로, 산업화 이전 시대보다 기온이 최대 3도(섭씨 3도) 더 높았습니다. 현대의 이산화탄소로 인한 지구 온난화의 결과로 2016년은 기록상 가장 따뜻한 해였으며, 2019년과 2020년은 각각 다음으로 따뜻한 해였습니다.

 

실제로 세계기상기구에 따르면, 기록상 가장 더운 6년은 모두 2015년 이후 발생했습니다. 피츠버그 대학 지질학 및 행성과학과 조교수인 조셉 베르너는 "우리가 관찰한 온난화는 대기 순환에 영향을 미치고 이는 전 세계적으로 강우 패턴에 영향을 미친다"라고 말하며, "이것은 전 세계 사람들에게 큰 환경 변화와 도전을 가져올 것이다"라고 덧붙였습니다.

 

우리 행성의 미래

현재의 추세가 계속된다면 과학자, 정부 관료 및 점점 더 많은 시민들은 지구 온난화의 최악의 영향(극한 기후, 해수면 상승, 식물과 동물의 멸종, 해양 산성화, 주요 기후 변화 및 전례 없는 사회적 격변)이 불가피합니다. 미국 정부는 온실가스로 인한 지구 온난화에 맞서기 위한 노력의 일환으로 2013년 기후 행동 계획을 수립했습니다. 그리고 2016년 4월 73개국 대표가 파리 협약에 서명했습니다.

 

기후변화에 관한 유엔 기본 협약에 따르면 미국은 2017년 파리협정에서 탈퇴했지만, 2021년 1월 말에 재가입했습니다. 바이든 대통령 행정부도 2030년까지 미국 배출량을 2005년 수준의 50~52% 줄이겠다는 목표를 세웠습니다. 2005년에는 미국의 이산화탄소 배출량이 거의 60억 톤에 달했습니다. 2020년 과학 학술지는 전 세계 이산화탄소 배출량은 6.4%(미국만 13%) 감소했는데, 이는 수십 년 만에 처음으로 연간 비율이 오르지 않았다고 보도했습니다.

 

이는 석탄에서 천연가스로의 전환으로 인한 화석 연료 연소 감소에 부분적이긴 하지만, 주로 코로나19 팬데믹에 대응하여 경제, 사회, 교통 활동이 강제로 중단되었기 때문입니다. 과학자들은 연간 배출량 감소가 실제보다 더 클 것으로 예상했지만, 일부 국가에서 제한이 해제되고 2020년 말에 활동이 회복되면서 배출량이 반등했습니다.

 

유엔 환경 프로그램에 따르면 지구 온난화를 파리 협정에서 정한 목표인 2.7°F(1.5°C)로 제한하기 위해 세계는 향후 10년간 이산화탄소 배출량을 7.6% 줄여야 합니다. 전 세계의 연구자들은 온실가스 배출을 줄이고 그 영향을 완화하는 방법을 찾기 위해 계속 노력하고 있습니다. 과학자들이 조사하고 있는 잠재적인 해결책 중 하나는 대기 중 이산화탄소의 일부를 빨아들여 지하에 무기한 매장하는 것입니다. 옹호론자들은 탄소 포집 및 저장이 기술적으로 가능하다고 주장하지만, 시장의 힘으로 인해 광범위한 채택이 방해되고 있습니다. 대기에서 이미 배출된 탄소를 제거하는 것이 가능한지 여부와 관계없이 향후 온난화를 방지하려면 온실가스 배출을 중단해야 합니다.

 

지금까지 온난화를 방지하기 위한 가장 야심 찬 노력은 2016년 파리 협약입니다. 유엔에 따르면 이 구속력 없는 국제 조약은 지구온난화를 산업화 이전 수준보다 섭씨 2도 이하로 유지하고 기온 상승을 섭씨 1.5도 이하로 제한하기 위한 노력을 추구하는 것을 목표로 하고 있습니다. 조약의 각 서명국은 자발적인 온실가스 배출 제한을 설정하고 시간이 지남에 따라 이를 더욱 엄격하게 만드는 데 동의했습니다. 기후 과학자들은 협정에 따라 약속된 배출 제한이 섭씨 1.5도 또는 심지어 2도까지 낮게 유지되지는 않지만, 평소대로의 시나리오보다 개선될 것이라고 말했습니다.