지구의 평균온도와 해수면은 왜 상승하고 있을까?

ᇣɛŒᮦᔖಆᵞᖚ᫶

학생용

지구의 평균온도와 해수면은 왜 상승하고 있을까?

■ 온도 해수면 변동 전망

▶ 온 도

IPCC 5차 보고서에서 21세기 말 (2081~2100년) 전지구 지표온도 변화는 과거기후 (1986~2005년)를 기준으로 1.0～3.7℃ 상승될 것으로 전망됨

- 북극을 포함한 고위도 지역은 전지구 평균보다 더 급속하게 온난화 될 것이고, 육지의 평균온난화는 해양보다 클 것임.

- 대부분의 육지 지역에서 일 및 계절단위의 고온현상 빈도는 높아지고, 저온현상은 덜 발생할 것임.

▶ 강수량

- 전지구 강수는 전지구 평균 지표온도 상승과 함께 증가를 전망함.

- 대부분의 지역에서 건조지역과 습윤지역간의 연평균 강수차이와 건조계절과 습윤계절 간의 차이가 증가 할 것 임.

- 온난화와 함께 대부분의 중위도 대지와 습윤지역에서 극한 강수현상이 더 극심해지고 빈도가 증가 할 것임.

▶ 눈과 얼음

- 전지구 평균 지표온도가 상승함에 따라, 21세기에 북극 해빙면적이 계속해서 축소되고 빙하의 두께가 감소할 가 능성이 높음.

- 북반구 봄철 적설면적이 줄어들 가능성이 높으며 전지구 빙하 부피는 더 감소할 것임.

P r o l o g u e

3URORJXH

ᇢɚőᮥ
ᔕಅᵝᖙ᫵

B⦼ᕀᬌ

⦼ᕀᬌB

- IPCC 5차 보고서에서 1986~2005년 기준 2081~2100년의 9월에 43~94% 감소를 전망함.

▶ 해수면

- 21세기에 전지구적으로 평균해수면은 상승할 것이며, 모든 RCP시나리오에서 해수면 상승률은 해양온난화의 강화 와 빙하 및 빙상의 질량감소로 인해서 1971~2010년에 관측된 해수면 상승률을 초과할 가능성이 높음.

- 21세기 말 (2081~2100년) 기간의 전지구 평균 해수면은 1986~2005년 보다 0.40~0.63m 상승할 것을 IPCC 5차 보고서에서 전망함.

▶ 몬순(Monsoons)

- 21세기에 전지구적으로 몬순 영향권이 확대될 가능성이 높음. 계절풍이 약해질 가능성이 높지만, 대기 수분증가로 인해서 몬순강수량은 더 강해질 가능성이 높음.

- 몬순 지속기간이 길어질 것이며, 계절평균 강수량의 증가는 동아시아와 남아시아 여름몬순에서 뚜렷하지만, 다른 지 역의 변화는 불확실성이 큼.

▶ 엘니뇨(El Nino)

- 엘니뇨 남방진동은 열대태평양에서 경년변동성이 강화되며 이는 21세기에 지구 온난화 영향과 함께 전지구적으로 영향을 미침. 지역규모에서의 ENSO와 관련한 강수 변동성이 커지는 것을 전망.

▶ 열염 순환(Thermohaline circulation)

- 열염 순환은 북반구의 고위도 지역으로의 열 수송을 감소시킴 2100년까지 해양 열염 순환이 약화되기는 하나 완전 히 끝나지 않을 것으로 전망됨

■ 대기조성변동전망

▶ 2100년까지의 이산화탄소 이외 온실기체 농도 - CH4 : -190～+1970 ppb (현재 농도는 1760 ppb) - N2O : +38～+144 ppb (현재 농도는 316 ppb) - 대류권 O3 : -12～+62% 범위로 변화 - HFCs, PFCs, SF6 : 광범위하게 변화

▶ 대기 중 CO₂농도를 450, 650 또는 1,000 ppm에서 안정화시키기 위해서는 각각 수십년, 약 100년, 또는 약 200년 내에 전지구적인 인위적 CO₂배출량을 1990년 수준 이하로 떨어뜨리는 것이 필요하고 그 이후로도

B⦼ᕀᬌ

지속적으로 감소시켜야 함. 자연적 에어로졸(예, 바다 염분, 먼지, 그리고 황산염과 탄소 에어로졸)은 기후 변화의 결과로써 증가할 것임

▶ 2100년까지의 대기 중 이산화탄소 농도

- 540～970 ppm (1750년 농도인 280 ppm의 90～250%)

- 모델의 불확실성(-10～+30%)을 고려하면, 490～1260ppm (1750년 농도의 75～350%)

ⶮ 인위적인 기후변화전망

전지구 기온편차(시계열)

RCP 2.6은 온실기체 배출을 당장 적극적으로 감축하는 경우 RCP 4.5는 온실기체 저감정책이 상당히 실현된 경우 RCP 8.5는 현재 추세로 온실기체를 배출하는 경우

▶ 강제력 CO₂양이 약 1/2～3/4배 정도 증가할 것으로 예측됨에 따라 온실기체에 의한 전지구 평균 복사강제

⦼ᕀᬌB

력은 2000년도에 비하여 21세기에 증가될 것임 직・간접적 에어로졸 복사강제력의 변화는 CO₂복사강제 력의 변화보다 그 크기가 더 작아질 것으로 예측됨. 기후 변화는 앞으로 수 세기동안 지속됨

▶ 대기 잔류기간이 긴 온실기체(예, CO2, N2O, PFCs, SF6)는 대기조성, 복사강제력과 기후에 지속적으로 영향 을 미칠 것으로 보임

- 인위적으로 배출된 대기 중 CO2의 절반은 대기에 잔류하고 있고, 나머지는 육상과 해양 생물권에 흡수됨

- 21세기 후반과 그 이후의 지구온난화는 주로 CO2의 누적배출량에 의해서 결정됨. 온실가스 배출이 중단되어도 기 후변화 양상은 수백년 지속될 것이며, 이는 수세기동안 발생된 주요 기후변화가 과거, 현재, 미래의 이산화탄소 배출 량에 의해 지속됨을 의미함

- 21세기 말의 전지구 지표온도는 모든 RCP 시나리오에서 1850~1900년을 기준으로 1.5 ℃ 이상 상승할 가능성이 높음. RCP2.6을 제외한 모든 RCP 시나리오에서 온난화가 2100년 이 후에도 지속될 것임

- 전지구 해양은 21세기동안 온난화 되어 열이 해수면에서 심해까지 전달되어 해양순환에 영향을 미칠 것임.

<출처: 기후변화정보센터 https://www.climate.go.kr:8005/index.html>

*RCP(Representative Concentration Pathway): 대기온실가스 시나리오에서의 대표 농도 경로(RCP)를 의미한다. RCP 뒤의 숫자는 인간 활 동이 대기에 미치는 복사량(W/㎡)을 뜻한다.

B⦼ᕀᬌ

<출처: 세계일보 뉴스 2015.10.11.>

⦼ᕀᬌB

3URORJXH

한반도가 뜨거워지고 있어요.

▶ 한반도의 평균기온 변화량

서울 부산

▶ NOAA 위성 자료 분석에 의한 한반도 연근해 표면수온분포도

1993년 2002년

B⦼ᕀᬌ

▶ 한반도의 기후변화

1976년 2025년

<출처: 기상청 http://www.kma.go.kr/>

⦼ᕀᬌB

] ᔾ•b•ᩕ•ʑ

ⲰḡǍ᪉ӽ⪵ಽ
໙᳦
᭥ʑᨱ
⃹⦽
ᇢɚő
ᯕ᧝ʑⲱᩢᔢྜྷᮥ
᜽ℎ⧉ᮝಽ៉
ᇢɚő᮹
ᔗ᮹
░ᱥᯙ
ኺ⦹a
ᱱ ᱱ
ᨧᨕḡအಽ
สส⦽
⩥ᝅ᮹
༉᜖ᮥ
ᅕᩍᵝŁ
ᯩ݅
ᇢɚő᮹
⪹Ğᯕ
᪽
ᯕ౨í
ࡹᨩ۵ḡ
ᬱᯙᨱ
ݡ⧕
༉

ࣁᄥಽ
Ǎℕᱢᮝಽ
☁᮹ෝ
⧕
ᅕŁ
ᬑญ᮹
ᔾ⪽
ᗮᨱᕽ
ᇢɚő᮹
ᔗ᮹
░ᱥᮥ
ዝᦸŁ
ᯩ۵
äᮡ
ᦥܭḡ
ᯱ

ᝁ᮹
ᯝᔢᨱᕽ
႑⇽⦹۵
┥ᗭ᮹
᧲ᮥ
⊂ᱶ⧕
ᅙ݅

‘지구온난화로 멸종 위기에 처한 북극곰 이야기’동영상

▶ 동영상

관련 영상 QR코드

▶ 북극곰의 집이 왜 없어지고 있는지 모둠별로 토의해 보자.

출처: 지식채널e, 지구온난화로 멸종 위기에 처한 북극곰 이야기

B⦼ᕀᬌ

▶ 북극곰의 환경이 변하게 된 원인에 대해 적어보자.(브레인스토밍)

◈ 브레인스토밍이란?

일정한 테마에 관하여 회의형식을 채택하고, 구성원의 자유발언을 통한 아이디어의 제시를 요구하여 발상을 찾아 내려는 방법. 회의에는 리더를 두고, 구성원수는 10명 내외를 한도로 한다.

원리는,

① 한 사람보다 다수인 쪽이 제기되는 아이디어가 많다.

② 아이디어 수가 많을수록 질적으로 우수한 아이디어가 나올 가능성이 많다.

③ 일반적으로 아이디어는 비판이 가해지지 않으면 많아진다.

등의 원칙에서 구할 수 있다. 그러므로 브레인스토밍에서는 어떠한 내용의 발언이라도 그에 대한 비판을 해서는 안 되며, 오히려 자유분방하고 엉뚱하기까지 한 의견을 출발점으로 해서 아이디어를 전개시켜 나가도록 하고 있 다. 이를테면, 일종의 자유연상법이라고도 할 수 있다.

<출처: 브레인스토밍 [brainstorming] (두산백과)>

▶ 동영상 (한반도 이상기후 보고서, 일부)

관련 영상 QR코드

<출처: 기상청기후변화정보센터 홍보동영상>

⦼ᕀᬌB

▶ 우리가 살고 있는 한반도의 기후는 어떠한지 동영상 자료를 보고 적어보자.

▶ 지구온난화와 이산화탄소 배출량의 관계를 전지구적인 관점에서 컴퓨터를 활용하여 조사하여 정리해보자.

B⦼ᕀᬌ

▶ 이산화탄소 배출량과 지구의 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다. 자료를 해석해보자.

<출처: 기상청기후변화정보센터>

전지구 기온편차(시계열)

RCP 2.6은 온실기체 배출을 당장 적극적으로 감축하는 경우 RCP 4.5는 온실기체 저감정책이 상당히 실현된 경우 RCP 8.5는 현재 추세로 온실기체를 배출하는 경우

▶ 우리의 생활에서 지구온난화를 가속시키는 어떤 활동을 하고 있는지 조사해보고 발생하고 있는 이산화탄 소의 양을 계산해 보자.(탄소나무 계산기 활용)

⦼ᕀᬌB

] ᔾ•b•⠝•⊹•ʑ

ᬑญ
ḡǍĥෝ
Ǎᖒ⦹Ł
ᯩ۵
┥ᗭ᮹
݅᧲⦽
⩶┽ᨱ
঑ෙ
ᙽ⪹ŝᱶ᮹
⪵⦺ၹ᮲᜾
᯲ᖒ⧕ᅕʑ

‘북극곰의 눈물’ 동영상 시청하기

▶ 우리 지구계를 구성하고 있는 탄소의 다양한 형태에 따른 순환과정을 찾아보고 화학반응식 작성해보기

<칠판용>

지구계 과정 화학반응식

기권 화석 연료의 연소과정

생물체의 호흡과정

수권 물에 녹아 있는 탄산 이온

지권 해저에 침전되어 석회암을 형성

화석연료(석탄, 석유)

생물권 생물체의 몸을 구성하는 유기물

광합성을 통해 생물체에 저장

B⦼ᕀᬌ

▶ 화학반응식 카드<학생용>

$

)

0

⡍ࠥݚ0

$B$0

ᕾ⫭ᦵ)

0$0

$B )$0

$0

)

0

$B$0

ᕾ⫭ᦵ)

0$0

$0

)

0

$)

ີ▭ᯙ0

$B )$0

$0

)

0 $

)

0

⡍ࠥݚ0

▶ 화학반응식 카드를 활용하여 관련된 반응식을 완성해 보자.

고무자석 화이트보드판에 모둠별로 지구계에서 탄소순환의 화학반응식을 적고 발표해 본다.

⦼ᕀᬌB

▶ 우리 지구계를 구성하고 있는 탄소의 다양한 형태에 따른 순환과정에 대한 확인 실험하기

순서(영역) 탄소관련 반응식 실험을 위한 준비물

B⦼ᕀᬌ

] ᔾ•b•݅•ḡ•ʑ

ᇢɚőᮥ
ᔕญʑ
᭥⦽
⡍ᜅ░
ၰ
6$$
ᱽ᯲⦹ʑ

‘북극곰의 눈물’ 동영상 시청하기

▶ 모둠별로 탄소 배출 감소를 위한 캠페인에 활용한 포스터를 제작해 보자. (2인 1모둠)

⦼ᕀᬌB

▣ UCC 제작 관련 프로그램 소개

1. 윈도우 무비 메이커 프로그램 실행

2. 비디오 및 사진자료 추가/ 원하는 사진 자료 첨부

3. 음악 삽입

B⦼ᕀᬌ

4. play 해 봄.

5. 자막(넣고 싶은 슬라이드를 마우스로 선택 가능)

6. 마무리 되면 저장(동영상 저장/ 고화질로)

⦼ᕀᬌB

▣ 스마트폰으로 UCC 제작 관련 프로그램 소개

1. UCC제작 앱 다운 2. 동영상 편집 3. 클립 추가

4. 재생 5. 자막 추가 6. 완성

B⦼ᕀᬌ

▣ 북극곰의 삶의 터전을 지켜주기 위한 방법을 UCC로 구상하고 제작해 보자.(4인 1모둠)

장면 번호 상황설명 준비물

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

⦼ᕀᬌB

] ᔾ•b•ࡹ•࠭•ᦥ•ᅕ•ʑ

▶ 모둠별로 제작한 포스터 및 UCC를 웹(예시: 위두랑)에 탑재하자.

▶ 모둠별로 제작한 포스터에 대해서 자기 작품을 제외한 다른 작품에 댓글을 달아보자.

▶ 모둠별로 제작한 UCC에 대해서 자기 작품을 제외한 다른 작품에 댓글을 달아보자.

▶ 반별로 최고점을 받는 포스터에 대해서 다른 반과 공유하여 평가를 받아보자.

▶ 반별로 최고점을 받는 UCC에 대해서 다른 반과 공유하여 평가를 받아보자.

B⦼ᕀᬌ

▣ 위두랑에 탑재한 자료 공유하는 방법 제시(예시자료)

위두랑에 자료를 탑재한다. 탑재한 후 클래스 공유를 한다.

내가 공유할 클래스를 찾는다. 해당되는 클래스를 클릭한다.

원하는 클래스를 선택한 후 올리기한다. 공유가 되었는지 다시 한 번 확인한다.

⦼ᕀᬌB

▶ 탄소배출을 줄이기 위한 학생들이 참여 가능한 활동 및 실천계획을 작성해 보자.(브레인스토밍)

<출처: http://www.kcen.kr/USR_main2013.jsp??=MAIN/index 한국기후 환경네트워크>

<출처: http://www.greentouch.kr/web/main.do 그린터치 >

B⦼ᕀᬌ

▶ 모둠별로 북극곰을 살리기 위한 직업군 찾아보자.

직업 하는 일 상세 분류

1

2

3

4

5

⦼ᕀᬌB

▶ 학생 자기/동료 평가

평가

방법 평가영역 평가기준

평 가 상(5) 중(4) 하(3)

자기 평가

감성적 체험

◆ 즐거운 마음으로 활동에 참여하였는가?

◆ 북극곰 살리기 위한 직업군 조사활동이 토의를 통한 모둠활동으로 진행이 되었는가?

창의적 설계

◆ 탄소순환과 관련된 화학반응식을 작성하는 과정을 전반적으로 이해하며 활동에 참여하였는가?

◆ 탄소와 관련된 화학 확인실험은 잘 되었는가?

◆ 포스터에 내용이 잘 드러나며, 시각적으로 잘 꾸몄는가?

◆ UCC 제작 아이디어가 창의적으로 설계되었는가?

동료

평가 창의적 설계 ◆ 모둠별로 역할 분담이 잘 되었으며 협동적으로 활동이 이루어졌는가?

B⦼ᕀᬌ

화석연료의 연소로~

땅 속에는 얼마나 많은 화석연료가 묻혀 있을까? 미국 에너지정보국(EIA) 자료에 따르면 2014년 현재 전 세계에 기술적으로 그리고 경제적으로 채굴이 가능한 원유의 확정매장량(proved reserves)은 1조 6천 555억 6천만 배럴 이다. 실제 채광이 가능한 석탄(recoverable coal)은 9천 797억 9천만 톤(Short tons), 천연가스는 697경 518조 세제 곱피트나 된다.

2014년 전 세계 원유 생산량이 약 340억 배럴, 2012년 전 세계 석탄 생산량이 87억 톤(Short tons), 또 2013년 전 세계 천연가스 생산량이 121조 세제곱피트 정도인 점을 고려하면 매장량이나 생산량에 변동이 없다고 가정할 경우 원유는 앞으로 약 50년, 석탄은 112년, 천연가스는 57년 동안 사용할 수 있는 양이다. 물론 화석연료가 고갈 되기 전에 화석연료를 대체할 새로운 에너지가 등장할 가능성도 있고 반대로 지금까지 알려지지 않은 새로운 유전 이 발견되거나 기술의 발달로 인류가 화석연료를 사용하는 기간이 늘어날 가능성도 있다.

그렇다면 땅속에 묻혀 있는 이 모든 원유와 석탄, 천연가스를 모두 채굴해 사용하면 지구는 지금보다 얼마나 더 뜨거워질까? 또 온난화로 극지방의 빙하가 녹아내릴 경우 바닷물의 높이는 얼마나 더 올라갈까? 세상은 지금과 비 슷할까?

화석연료 사용으로 인한 지구온난화는 단순히 이번 세기만의 문제가 아니다. 이번 세기에 화석연료를 가장 많이 사용하고 온실가스 또한 가장 많이 배출하는 것은 사실이지만 그 이후에도 화석연료를 사용할 가능성이 있고 특히 한번 대기 중으로 배출된 온실가스가 수백 년 심지어 수천 년에 걸쳐 영향을 줄 가능성이 있기 때문이다.

IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체)는 대기 중으로 배출된 온실가스 농도가 안정화되기까지는 100~300년, 온실가스로 인해 상승하는 기온이 멈추기까지는 적어도 수백 년이 걸릴 것으로 보고 있다. 뜨거워진 대기가 바다 와 평형을 이루기까지는 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다. 바닷물은 온도가 올라가면 팽창을 하게 되는 데 팽창하는 바 닷물이 팽창을 멈추기까지는 수백~수천 년이 걸릴 것으로 학계는 보고 있다. 특히 기온 상승으로 극지방의 빙하 가 녹아내리면서 상승하는 해수면 높이가 멈추기까지는 적어도 수천 년은 걸릴 것으로 보고 있다. 인류의 온실가 스 배출이 지구시스템에 미치는 영향이 적어도 수천 년은 지속될 수 있다는 뜻이다.

독일과 미국, 영국 공동연구팀이 인류가 현재 매장돼 있는 화석연료를 모두 채굴해 사용할 경우 앞으로 수천 년 동안 지구가 얼마나 더 뜨거워지고 해수면은 얼마나 상승할 것인지, 또 지구는 어떤 모습으로 변할 것인지 연구했 다(Winkelmann et al., 2015).

IPCC는 현재 기술적으로 그리고 경제적으로 개발이 가능한 화석연료를 모두 채굴해 사용할 경우 8조 5천억 톤

~13조 6천억 톤의 이산화탄소가 대기 중으로 배출될 것으로 보고 있다. 화석연료가 고갈되는 시점을 고려하면 화 석연료 사용으로 이산화탄소가 배출되는 기간은 길어야 지금부터 100~200년 이내다.

이산화탄소가 대량으로 배출되면서 대기 중 이산화탄소 농도는 최고 4,000ppm을 넘어설 것으로 연구팀은 예상 했다. 현재 대기 중 이산화탄소 농도가 400ppm 정도인 점을 고려하면 지금보다 10배 이상 농도가 높아지는 것이

(SLORJXH

⦼ᕀᬌB

다. 화석연료 사용이 멈춘 뒤에는 대기 중 이산화탄소 농도가 점차 낮아지기는 하지만 서기 1만년에도 대기 중 이산화 탄소 농도는 2,000ppm 안팎이 될 것으로 연구팀은 전망했다. 현재와 비교해 기온이 높은 기간이 적어도 만년은 지속 될 수 있다는 뜻이다.

실제로 화석연료를 모두 소비할 경우 대기 중 이산화탄소 농도가 급격하게 높아지면서 지구 평균기온이 산업혁명 이전보다 최고 11.4도나 크게 올라갈 것으로 예측됐다. 이후에는 기온이 조금씩 떨어지기는 하지만 서기 1만년에도 산 업혁명 이전보다 기온이 8.1도나 높을 것으로 전망됐다. 기온이 지금보다 올라가는 만큼 현재 극지방을 덮고 있는 빙 하는 수천 년 동안 지속적으로 녹아내릴 수밖에 없다.

실험 결과 평균 1.9km 두께로 덮여 있는 남극 빙하가 서기 1만년에는 남극점 주위 일부를 제외하고는 모두 녹아내 리는 것으로 나타났다. 남극의 빙하가 100% 녹아내려 물이 바다로 흘러갈 경우 해수면 높이가 58m 정도 상승할 것으 로 학계는 보고 있다. 남극 빙하만 고려하더라도 인류가 현재 채굴이 가능한 화석연료를 모두 사용할 경우 해수면이 적 어도 50m이상 상승한다는 것이다. 또 그린란드를 비롯한 남극 이외의 빙하까지 고려할 경우 화석연료를 모두 사용하 면 해수면 높이가 60m 정도나 상승할 수 있다는 뜻이다. 단순하게 생각해도 뉴욕을 비롯한 전 세계 해안도시 상당 부 분이 물에 잠기게 되는 것이다.

지난 1880년부터 2012년까지 133년 동안 전 지구 평균기온은 0.85도 상승했다. 현재 전 세계의 공동 목표는 지구 평균기온 상승폭을 2도 이내로 막는 것이다. 지구 평균기온이 2도 이상 상승할 경우 지구온난화가 진행되는 것을 돌이 킬 수 없을 뿐 아니라 기상 재앙 또한 급증할 것으로 예상되기 때문이다.

흔히 지구 평균 기온이 2도 이상 상승하는 경우를 위험한(dangerous) 상황이라고 표현한다. 지구 평균 기온이 4도 이상 상승하는 경우는 대재앙(catastrophic)이라는 단어를 쓴다. 그렇다면 채굴 가능한 화석연료를 모두 사용해 지금보 다 기온이 8~11도나 올라가는 지구는 어떤 세상일까? 대재앙을 넘어선 단계로 학계에서는 지금까지 상상할 수 없었 던 세상, 지금까지와는 너무 달라 알아 볼 수조차 없는(unrecognizable) 세상이 될 것으로 보고 있다.

“석기 시대가 끝이 난 것은 돌이 부족해 끝이 난 것이 아니다.”

전 사우디아라비아 석유상(石油相)이었던 야마니(Sheikh Ahmed Zaki Yamani)가 한 말이다. 석유가 고갈되기 훨씬 전 에 석유 시대가 끝난다는 것을 경고한 말이지만 인류는 현재 화석연료가 고갈되기 훨씬 전에 화석연료 시대를 끝내지 않으면 안 되는 상황을 맞고 있다. 돌을 대체한 청동처럼 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지 개발이 시급하다.

<출처 : SBS 뉴스 http://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news>

▶ 이산화탄소의 진실은?

현재 이산화탄소는 주목을 받고 있다. 첫 번째 이유는 아마도 지구 온난화의 주범이라는 누명(?)을 혼자서 뒤집어쓰 고 있기 때문일 것이다.

두 번째 이유는 탄산음료를 즐겨 마시는 소비자가 늘어나면서 자연스럽게 우리에게 생활 속에 자연스럽게 스며든(?) 가 스이기 때문이다. 우리 생활에 밀접하다는 이유 외에도 이산화탄소는 우리가 살아가는 데 없어서는 안 될 귀중한 존재이 다. 왜냐하면 우리 몸을 흐르는 혈액의 pH를 일정하게 하는 데 이산화탄소가 매우 큰 역할을 담당하고 있기 때문이다.

B⦼ᕀᬌ

특별한 독성이 없어 생활에서 많이 이용하는 이산화탄소

승화하는 드라이아이스. 드라이아이스는 표준상태에서 승화를 하는 성질이 있다.

일산화탄소와는 달리 이산화탄소는 비교적 높은 농도 범위에서 특 별한 독성을 나타내지 않아서 생활에 많이 이용되고 있다. 각종 탄산 음료를 만들 때 이산화탄소를 이용한다. 대표적인 탄산음료인 콜라 에 녹아 있는 이산화탄소의 양은 약 2.5기압 정도이다. 화학자들이 좋아하는 농도인 몰농도(M : mole/Liter)로는 약 6.4x10^-2 M이다. 실 온에서 이산화탄소의 용해도는 1,449 mg/L로 산소의 용해도 8.273 mg/L보다 크다. 즉, 산소보다 물에 더욱 잘 녹는다. 그 이유는 이산화 탄소가 물에 녹을 때 화학반응이 진행되면서 탄산(H2CO3)을 형성하 기 때문이다.

실온에서 기체로 존재하는 이산화탄소를 -78℃ 이하로 온도를 낮추면, 고체인 드라이아이스로 변한다. 드라이아이 스는 저온의 실험조건을 만들기 위해 자주 사용하는 냉매이다. 공연 중인 무대에서 가끔 은은하게 퍼지는 흰색의 기체 를 볼 수 있는데, 그 기체는 드라이아이스(고체 이산화탄소)가 기체 이산화탄소로 승화하는 현상을 이용해서 만든다. 보 통 때는 눈에 보이지 않는 이산화탄소 기체가 눈에 보이는 이유는 승화하는 차가운 이산화탄소 주변에 존재하는 수증 기가 작은 물방울로 응결하고, 응결한 물방울에 의해서 빛이 산란되어 흰색의 구름(?)으로 보인다.

<출처 : Shawn Henning at en.wikipedia.com>

▶ 콜라에 설탕 입자를 넣으면, 이산화탄소가 생성되는 반응이 폭발적으로 일어난다.

콜라 캔을 따는 순간에 이산화탄소의 압력은 대기압과 같아지면서, 그동안 유지하던 평형이 깨진다. 갑자기 콜라 캔 내부에서 일정하게 유지되던 이산화탄소의 높은 압력이 대기압으로 줄어드는 것이다. 새로운 평형에 도달하기 위해서 는 음료 중에 있던 탄산이 분해되어 이산화탄소가 생성되어야만 한다. 그 동안 높은 압력 때문에 참고(?) 녹아 있던 이 산화탄소가 한꺼번에 탈출하면서 동시에 아까운(?) 콜라까지 캔 밖으로 밀쳐내는 것이다.

이산화탄소가 발생하는 반응과 관련된 또 다른 변수는 온도이다. 냉장한 콜라 캔을 열면 실온에 있었던 콜라 캔에서 일어나는 콜라의 넘침 현상을 볼 수가 없다. 그 이유는 이산화탄소 역시 다른 기체와 마찬가지로 낮은 온도에서 용해 도가 커서 더 많이 녹을 수 있기 때문이다. 차게 보관한 콜라라 할지라도 캔을 열고 나서 곧바로 설탕과 같은 작은 입 자를 넣으면 콜라가 넘친다. 그것은 설탕 입자를 매개체로 하여 이산화탄소의 생성 반응이 폭발적으로 진행되기 때문 이다. 넘쳐 흘러서 끈적거리는 콜라를 기꺼이 청소하려는 자세를 가진 호기심 많은 사람은 한번 실험을 해보아도 좋을 듯하다.

지구에 포함된 이산화탄소가 보여주는 다양한 화학반응 지구가 처음 생성되었을 때, 대기에 포함된 이산화탄소의 양 은 지금보다 훨씬 많았다. 오랜 세월이 지나는 동안에 이산화탄소의 양은 줄어들었다.

⦼ᕀᬌB

첫째 이유는 생물의 광합성 과정에서 이산화탄소가 반응물로 사용되었기 때문이다. 또 다른 이유는 화학반응을 통 해서 다른 모습으로 변신해서 지구 곳곳에 숨어 저장되었기 때문이다. 이런 화학반응의 대표적인 예가 산호초를 비롯 한 대리암의 주요 성분이 되는 탄산칼슘(CaCO3)이다.

이산화탄소는 긴 세월 동안 바닷물에 녹아 탄산칼슘으로 변하였고, 탄산칼슘의 성분이 모여 대리암이 되었다. 화산 의 분출과 산불과 같은 자연재해는 물론 동식물이 호흡하는 과정을 통해 생성되는 이산화탄소는 매년 약 2,000억 톤 정도라고 추정한다. 또한 인간이 산업 활동을 하면서 발생시키는 양은 약 100억 톤 미만으로 알려졌다. 그렇지만 인간 이 화석연료로부터 에너지를 얻어 쓰는 한 지속적으로 이산화탄소의 배출이 늘어날 수밖에 없다.

지역에 따라서 약간의 오차가 있지만 대기 중에 있는 이산화탄소의 농도는 약 390ppm 정도이다. 비가 내리면 대기 중에 있던 이산화탄소가 빗물에 녹게 된다. 그러므로 이산화탄소가 녹은 자연산 빗물은 pH가 5.6인 약한 산성을 띤다.

따라서 우리가 산성비라고 부르는 비는 측정한 빗물의 pH가 자연산 빗물의 pH보다 낮은 경우를 말한다.

이산화탄소가 물에 녹아 있는 탄산이온(CO32-)은 칼슘 또는 마그네슘 이온과 결합하여 물에 거의 녹지 않는 탄산칼 슘(CaCO3)과 탄산마그네슘(MgCO3)을 형성한다. 반면에 이산화탄소가 물에 녹을 때 생기는 또 다른 이온인 탄산수소이 온(HCO3-)과 결합한 칼슘과 마그네슘 이온은 각각 물에 녹는 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2), 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2) 을 형성한다. 물에 녹는 탄산수소칼슘이 포함된 용액을 가열하면 아래와 같이 이산화탄소와 탄산칼슘이 만들어진다.

이런 반응 때문에 물을 끓이는 데 오랫동안 사용한 주전자의 벽에는 흰색의 탄산칼슘 고체가 붙어 있다. 석회석 지 층에서 흐르는 물이 탄산수소이온을 많이 포함하고 있는데, 이 지역의 지하수를 끓여보면 흰색의 고체를 눈으로 확인 할 수 있다. 주전자에 붙어서 잘 떨어지지 않는 이 성가신 고체를 닦아내고 싶다면, 주전자에 물을 넣고 식초(산)를 약 간 첨가한 후 가열하면 흰색 고체가 물에 녹아 쉽게 닦인다. 이는 넣어준 식초와 반응하여 주전자 벽에 붙어 있는 탄산 칼슘(또는 탄산마그네슘)이 물에 녹는 탄산수소칼슘(또는 탄산수소마그네슘)으로 바뀌기 때문이다. 화학지식을 조금만 알아두면 힘을 덜 들이면서 오래 사용한 주전자를 깨끗하게 닦을 수 있다.

자연에서도 위에서 설명한 반응이 일어나는 예를 찾아볼 수 있다. 바로 대 리암이 산성비에 녹는 현상이다. 탄산칼슘이 주성분인 대리암이 산성비와 반 응하여 물에 녹는 탄산수소칼슘으로 변한다. 이때 산은 대기 중의 이산화탄 소가 빗물과 반응하여 형성한 탄산이다. 결국 위에 적은 화학 반응식의 역반 응이 대리석 표면에서 일어나고 있는 셈이다.

표면에서 생성된 탄산수소칼슘은 물에 잘 씻겨 내려가므로, 산성비가 내 리는 지역에 방치된 대리암 조각은 흉측한 모습으로 변하게 된다. 석회동굴 의 생성이라든지 석순과 종유석의 생성과 소멸에 관련된 일들은 온도와 이 산화탄소의 압력에 의존하여 위 두 가지 반응 중, 어느 쪽으로 진행되느냐의 문제로 볼 수 있다.

<출처 : Michael Murphy at en.wikipedia.com>

교수 오연주(충북대학교) 교수 류호진(충북대학교) 교사 안민경(대전대양초등학교) 교사 최진영(청주새터초등학교) 교사 배성희(대전문지중학교) 교사 류현아(대전봉산중학교) 교사 조정은(전주제일고등학교) 교사 유두산(전주제일고등학교) 교사 조규동(동화고등학교) 조교 이시훈(청주교육대학교)

본 연구서는 비매품으로서 교육을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에 합 치 되 게 공 표 된 저 작 물 을 일 부 인 용 하 였 음 을 확 인 합 니 다 .