15-4-8 수업
7․2 지구온난화
7․2․1 지구의 열수지와 온실효과
-우주공간․대기권 및 지표의 세 영역 사이에는 일정한 에너지 흐름이 있다. 그런데 각각의 영역에 주어지는 에너지와 방출에너지는 같기 때문에 지구의 대기나 지표는 거의 일정한 온도를 유지한다.
-또한, 자연 상태의 대기 중에는 지구표면의 복사에너지를 흡수하는 온실 가스가 지구의 기온을 일정 수준으로 유지하므로 인간과 동․식물의 생존 에 적절한 환경을 제공한다. 이러한 자연적인 온실효과 때문에 전 지구표면 의 평균온도는 약 15℃를 유지한다.
-만약, 온실가스가 없다면 지표면에서 반사한 열들이 모두 외계로 방출하 므로 기온은 －18℃ 까지 내려가게 된다. 이것은 적정한 양의 온실가스가 생물들의 생존에 필요한 기후환경 조성에 매우 중요하게 작용하고 있음을 의미한다.
-지구대기 중에 온실가스가 필요한 양 이상으로 증가하면 지구표면에서 방출한 장파복사에너지를 과다흡수하여 지구의 열수지(熱收支)에 변화를 초래한다. 즉, ‘자연적 온실효과’에 의한 온도보다 지구의 기온을 상승시킨 다. 이를 ‘강화된 온실효과(enhanced greenhouse effect)’라고 하며, 이로 인 해 지구가 지나치게 더워지는 현상을 ‘지구온난화(global warming)’라 한다.
좁은 의미에서의 지구온난화란 산업혁명 이후 인간의 활동에 의하여 대기 중으로 배출되는 온실가스들이 적절한 양 이상으로 증가하여 발생하는 지나 친 온실효과를 말한다.
7․2․2 온실가스
대기 중 온실효과를 일으키는 기체를 온실가스(greenhouse gas)라고 하
는데, 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 염화불 화탄소(CFCs), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 및 대류권의 오존(O3) 등이 대표적이다. 기후변화협약관련 제3차 당사국총회 (Conference of the Parties, COP)에서 채택한 교토의정서에서는 CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs 및 SF6를 6대 온실가스로 규정하였다. 수증기도 대기 중 에 존재하면서 온실효과에 크게 기여하지만, 자연계의 순환시스템에 의하여 대기 중의 농도가 달라져 관리대상에서 제외하고 있다. 대류권에 존재하는 O3는 6대 온실가스에 포함하지 않지만, 광화학스모그의 원인물질이 될 뿐 만 아니라 장파복사에너지를 흡수하는 온실가스로 작용한다. 그러나 대기 중에 체류하는 시간은 단지 수시간에서 수일에 불과하다.
[표 7-5] 대기 중 장기간 체류하는 온실가스의 대기 중 농도와 특징
<IPCC, Climate Change 2007: The Physical Science Basis>
온실가스 1750 년이전 농도 2005년 농도
체류시간
(년) 지구온난화
지수(GWP)1) 복사강제력
(W/m2)2) 주요 배출원3) CO2
CH4
N2O CFCs
CCl4
CH3CCl3
HFCs
PFCs SF6
280 ppm 730 ppb 270 ppb 0
ppb
1,379 ppm
1,774 ppb1,319 ppb
CFC-11 251 ppt CFC-12 538 ppt CFC-113 79 ppt 93 ppt 19 ppt HCFC-22 169 ppt HFC-23 18 ppt C2F6 2.9 ppt 5.6 ppt
50～200 12 114
45 100 85 26 5 12 270 10,000 3,200
1 25 298
4,750 10,900 6,130 1,400 146 1,810 14,800 12,200 22,800
1.66 0.48 0.16
0.063 0.17 0.024 0.012 0.0011 0.033 0.0033 0.0008 0.0029
에너지사용 산업공정 폐기물 농업/
축산 산업공정 비
료사용
1) 일정기간(100 년) 동안 1 kg 온실가스의 적외선 흡수능력으로 CO2 1 kg 의 상대비율로 산출되며, IPCC 에서 매 회기마다 갱신함.
2) 2005년 자료, 복사강제력(radiative forcing)은 잠재적 기후변화요인으로 서 그 인자의 중요도를 의미하며 1㎡당 와트(W/㎡)로 표현함.
3) 할로겐 기체상 물질들의 주요 발생원에 대해서는 7․1 본문의 내용 참조
그림 7-9 남극 빙하(Vostok & EPICA)의 얼음 기포에서 측정한 대기 중 CO2
농도와 기온의 추이변화 <Mioshevich, 2012; Wikipedia, 2012>
그림 7-10 하와이 마우나로아와 남극에서 측정한 대기 중 CO2의 농도 변화
<NOAA, 2012>
그림 7-11 지구상의 탄소순환[노란색: 자연적 탄소 flux(Gt C/년), 적색: 인위적 기원의 탄소 flux(Gt C/년), 하얀색: 탄소 저장량(Gt), 1Gt=109ton] <U.S. DOE, 2008;
NASA Earth Observatory, 2011>
그림 7-12는 기후변화원인물질의 요소별 전 지구평균 복사강제력을 나 타낸 것이다(IPCC, 2007). 여기에서 복사강제력이 음의 값을 갖는 경우 지 구대기의 온도를 떨어뜨리는데 기여하지만, 양의 값을 갖는 경우 지구온난 화에 기여하게 된다. 온실가스(CO2, CH4, N2O, 할로카본화합물 등)와 대류 권의 오존, 검댕은 양의 복사강제력을 나타내는 반면, 성층권의 오존, 에어 로졸 및 지표면의 알베도는 음의 복사강제력을 보이고 있다. 전체 인위적 요인에 의한 순복사강제력은 1.6 W/㎡로 양의 값을 갖는데 이것은 인위적 인 활동에 따른 지구온난화를 잘 설명한다.
