[블로그복습] 인간 활동에 의한 기후 변화

이전 단원의 내용들을 정리해보면 자연적요인 및 인위적 요인 온실 기체 증가하여 평균 기온 상승하게 되었고 생명체가 살기 좋은 환경이 되었다고 할 수 있다. 이렇게 생명체가 잘 살수 있게끔 기후가 조성된 상태를 온실효과라고 한다. 그런데 인간 활동에 의해 인위적 요인이 작용 되면서 기후 변화가 되고 있으며, 기온이 올라가는 게 지구 온난화라고 표현한다. 

온실효과는 구체적으로 어떤 의미일까?

온실효과는 사실 지구의 생명체에는 좋은 효과이다. 생명체가 적절한 온도환경에서 살 수 있도록 하는 것이다. 온실 효과로 인해 지구의 온도가 일정하게 유지된다. 대기가 없을 때는 지표면으로 들어오는 양만큼의 에너지가 방출되지만, 대기가 있을 때에는 대기의 재복사에 의해 지표면으로 들어오는 양보다 더 많은 에너지가 방출된다.

근데 우리가 생각해보면 지구 대기 에는 수증기가 많은 부분을 차지하고 있다. 지구 대기에서 많은 부분을 차지하는 수증기는 지구 온난화에 영향을 주지 않는가?

온실기체 중 이산화탄소, 메테인 등은 지구 온난화를 유도하지만 수증기는 자연 상태에서 상태 변화가 잘 일어나기 때문에 온실 효과 기여도가 가장 큰 온실 기체임에도 불구하고 지구 온난화에는 큰 영향을 주지 않는다. 온실 효과 기여도가 높은 온실 기체는 수증기 72%, 이산화탄소 9%, 메테인 4%, 오존 3% 순이고, 지구 온난화 기여도가 높은 온실 기체는 이산화탄소가 88.6%, 메테인은 4.8%, 이산화질소 2.8% 순이다.

지구 온난화의 영향은 무엇인가?

뉴스에서 이야기를 자주 들어서 지구 온난화로 인해 지구가 더워지고 빙하가 녹는 현상이 일어나게 되는 거 같다. 구체적으로 지구 온난화의 첫번째 영향은 수온 상승으로 빙하가 녹거나 해수의 부피가 팽창하여 해수면이 상승하고, 해안 지역이 침수된다. 두번쨰로는 기온이 높아지면 증발량이 늘어나서, 강수량이 증가하여 홍수가 나는 지역과 강수량이 감소하여 가뭄이 드는 지역이 생긴다. 세번째로는 기상 재해가 증가하고, 산불 발생 빈도가 증가한다. 네번쨰로는 식생 분포가 북상하고 기후대가 변하면 곡물 수확량이 감소하여 식량난이 발생한다. 다섯번쨰로는 해양 생태계가 변하여 포획되는 어종이 변화한다. 여섯번째로는 열대성 질병이 고위도로 확산한다. 이런 이유로 생태 교란이 발생되고 생명이 살기에 부적합한 환경이 되기 때문에 경계해야하는 것이다.

그렇다면 이런 지구 온난화의 방지대책은 무엇인가?

​첫번쨰로 온실 기체 배출량을 줄이는 방법을 소개 하겠다.  ㉠ 신재생 에너지 사용 : 신에너지 + 재생 에너지 = 신재생 에너지, 화석 연료가 고갈되어 에너지 / 수급이 불안정해질 것에 대비하고 환경 규제에 대응할 수 있다.  ㉡ 에너지 효율성 개선 : 에너지의 효율을 높임으로써 에너지 소비량을 줄인다. 

두번째로 대기 중 온실 기체를 제거하는 방법을 말하겠다.  ㉠ 해양 비옥화 : 해양에 질소나 철분 등을 공급하여 식물의 광합성량을 인위적으로 증가시킨다.  ㉡ 이산화탄소 포집 및 저장: 발생원으로부터 이산화탄소를 분리하고 포집한 뒤 대륙과 해양의 깊은  땅속에 안정적으로 격리시킨다.

세번째로 지구의 태양 복사 에너지 흡수량을 감소시키는 방법 이다.  ㉠ 우주 반사막 : 태양 복사 에너지를 직접 반사하여 지구의 기온을 낮춘다. 빠르게 기온 하강 효과를 얻을 수 있으나 실현 가능 기술이 없고 비용이 비싸다. ㉡ 인궁 구름 : 바닷물을 대기 중에 뿌리고 구름을 응축시켜 태양빛 반사를 증가시킨다. 

네번째로는 기후 변화 협약을 통한 정책 통제이다. 유엔 기후 변화 협약, 교토 의정서, 파리 기후 변화 협약 등 기후 변화에 관한 협약 준수

그러면 메인 질문이 나가겠다. 이런 요인들이 많은데, 지구의 온도는 지역마다 차이가 심하게 될거고 생명이 못사는 지역이 많아질 수 있을 것이다. 그런데 어느정도 적정온도가 유지되는 것이 지구인데.... 이것이 지구 복사 평형이라고 부를 수 있다. 그렇다면 지구 복사 평형은 어떻게 이루어 지는가?

지구에 입사하는 태양 복사 에너지 중 20%는 대기에 흡수, 50%는 지표면에 흡수, 30%는 우주 공간으로 반사된다. 지구에서 방출하는 지구 복사 에너지는 대기 복사 64%, 지표면 복사 6%(우주 방출) 이다. 우주, 대기, 지표의 흡수와 방출을 각각 더하면 항상 0이어야 한다. 이 중요한 기준을 꼭 기억해야한다.

말로 풀어서 전체적인 것을 설명해보겠다. 일단 지구 에너지 평형은 태양 복사(단파복사)와 지구복사(장파복사)로 나뉘어진다. 여기서 단파복사는 가시광선이고, 장파복사는 적외선이다. 먼저 태양 복사의 평형을 이루는 부분을 설명해보겠다. 지구에 도달하는 태양 복사 에너지를 100으로 가정하면 대기 에어로졸 산란으로 반사되는 것이 6, 구름에 의한 반사가 20, 지표면의 반사가 4이며 총 30 만큼 반사가 된다. 나머지 70은 흡수가 되는데 그중 대기권에서 20 흡수되고 지표에는 50이 흡수가 된다. 대기권에서 대기의 흡수는 17이고 구름의 흡수는 3 이다. 지표면의 흡수는 50이 된다. 

신기하게 태양복사가 들어온 대로 그대로 지구복사는 일어나지 않는다. 지구 밖으로 70의 지구 복사 에너지의 방출이 일어나고 그중 지표면의 복사에너지가 대기창으로 통해 직접적으로 방출되는게 6이고 구름을 통해 방출되는 게 64이다. 그리고  대기권에서는 대기에 의해 117 흡수가 되고 잠열은 20, 대류와 전도에 의해 10이 흡수가 된다. 총 대기에 지구 복사의 흡수되는 양은 147이다. 반면 대기권에 지구복사의 방출은 지구밖으로 64이고 지표면의 흡수 되게끔 방출은 103 이다. 따라서 대기권에는 지구복사총 방출은 167이고 흡수는 147이니, 20만큼 더 많이 방출되게 된다. 그리고 지표면에는 123만큼 복사에너지가 방출되고 잠열과 대류와 전도로 30 만큼 방출되어 총 153 만큼 방출이 되고 지표면에서의 흡수는 103이 되어 50만큼 더 방출이 된것으로 보면된다.

여기서 부터 중요하다. 아까 처음 설명한 우주, 대기, 지표의 흡수와 방출은 각각 더하면 항상 0이어야 한다고 했다. 대기권에서는. 위의 각 부분에서 방출 흡수를 통해 남은 값들을 정리하면 이렇다. 지구밖 태양복사는 70만큼 방출이 되었고 지구복사에서는 70만큼 지구밖으로 가게 된다. 대기권 태양복사는 20만큼 흡수되고 지구복사는 20만큼 방출이 더 된다. 지표에는 태양복사가 50만큼 흡수가 되고 지구복사는 50만큼 방출이 되어 각 영역이 항상 0 이 됨을 알 수 있다.

그런데 궁금한 점이 안생길수가 없다? 태양복사는 가시광선으로 들어오는데 왜 지구복사는 장파복사인 적외선으로 바뀌는걸까?

열의 이동 관점으로 설명을 해야한다. 전도는 물체의 한 부분에서 다른 부분으로 물체를 따라 열이 이동하는 현상이고, 대류는 액체나 기체가 분자 이동에 의해 열이 전달되는 현상이며, 복사는 물체에서 전자기파가 방출되어 에너지가 이동하는 현상이다. 따라서 지구의 복사는 지구라는 큰 물체인 행성에서 전자기파 적외선이 방출되는 것이다.

그런데 우리는 그전단원에서 태양복사에너지가 지구 면적에 도달하는 면적이 위도마다 달라서 순환이 되는 것을 배웠다. 이제 위도별 열수지를 한번 알아가 보겠다. 전체적으로는 균형을 이루고 있으나 위도에 따라 차이가 좀 난다. 이런 온도 차이는 사실 지구에 순기능을 하고 몇가지 특징이 있다.. 첫번쨰로 복사 에너지양의 차이에서 오는 에너지의 과부족 현상이 대기와 해수의 순환을 일으키는 원동력이다. 두번째로 저위도에서 고위도로 에너지 수송이 일어난다. 세번째로는 위도 약 38°에서 에너지 평형을 이루며, 이 위도에서 에너지 수송량이 가장 많다. 네번째로는 대기에 의한 열 수송량이 해양에 의한 수송량보다 많다. 

근데 왜 대기에 의한 열 수송량이 해양보다 많을까?

위에서 에너지 평형에서도 보면 태양 에너지는 대기를 대부분 통화하고 흡수가 안된다고 배웠다. 그리고 지표에서의 에너지 출입 정도는 50이고 대기는 20이다. 근데 왜 대기에 의한 열 수송량이 많은가? 도저히 의문에 답이 나오지 않아 찾아보았다. 그렇지만 제대로 된 설명이 없었고 자료로 풀어야 하는 부분인 거 같다. 평가원에서 기출에 나와서 표기도 제대로 안되고 문제가 출제되었는데 사실 좀 의아하다. 교과서에 없는 내용이 나오다니.... 추론도 불가능 하다 왜냐하면 여러가지 요인이 있기 때문이다. 적도에서 태양열이 많이 받아 해수도 따듯해지고 저기압으로 뜨거운 공기가 상승기류를 타고 대기 순환을 이룬다. 2개중 어떤게 더 에너지 수송량이 큰지 판단할 수 가 있나..... 필자가 생각하기에 불가능하다. 하지만 답에 끼워 맞춰 추론은 할 수 있다. 위도가 높아지면 해양보다 대륙이 많으니, 대륙에 열에너지 수송에 영향을 끼칠 수 있는 거는 대기이다. 따라서 자료에서 위도 30~60는 대륙이 많이 분포하는 지역이며 이런 곳에 열에너지 수송량이 많은 것은 당연히 대기일 수 밖에 없다는 것으로 추론할 수 있다고 본다.... 일단 여기까지만 하고 넘어가야 겠다. 

큰틀과 지엽적인 부분 둘중에서 어떤 영향이 더 클지를 생각해보고 판단하는게 중요한 부분같다. 문제를 풀 때 하나하나 고려하면서 접근해야겠다.

 

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