스프레이로 지구온도를 막는다고?

“북극곰이 아파한다. 빙하가 녹아 해수면이 상승해서 섬에 사는 사람들의 터전이 없어진다.” 위와 같은 말들은 언젠가 들어본 적이 있을 것입니다. 19세기 후반부터 지구대기는 급격하게 기온이 상승하였고 이는 바다 또한 마찬가지 였습니다. 아래 그래프는 1951년부터 1980년까지의 기온 평균과 비교하여 1980년부터 2018년까지 육지와 해양의 온도 변화를 나타낸 그래프입니다. 검은색 선이 연간 평균 온도를 나타내고 있는데 빨간색 선을 보시면 점점 이 기온의 변화가 급격하게 높아지는 것을 알 수 있습니다. 이렇게 지구의 기온의 전체적으로 급격히 상승하는 현상을 지구 온난화라고 합니다.

지구온난화의 원인

그렇다면 이러한 지구온난화의 원인은 무엇이 있을까요? 대표적인 원인으로 이산화탄소와 같은 온실기체의 배출이 있습니다. 온실기체란 자신이 태양으로부터 오는 빛 에너지나 지구에서 나오는 지구 복사 에너지를 흡수하여 지구의 기온을 유지해주는 기체를 의미합니다. 그런데 이런 온실기체의 양이 급격하게 많아지게 되면 비정상적으로 많은 열을 대기가 가지게 되며 이 것이 지구 온난화를 일으키는 것입니다.

두 번째로 다양한 피드백이 있습니다. 피드백이란 어떠한 이유로 A가 변화하면 A의 변화로 B가 변화하고, B의 변화로 다시 A가 변화하면서 계속된 상호작용을 하는 현상입니다. 2007년 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 출간된 보고서에는 인간이 온실 가스를 배출하게 되면 이것에 의해서 기온이 상승하게 되고, 이는 더 많은 탄소가 녹아 있는 영구동토층을 녹이게 해서 다시 탄소의 배출을 늘리는, 그런 양성 피드백 작용을 하게 되어 더 많은 기온상승효과를 낳게 됩니다. 또한 얼음-알베도 피드백이 있습니다. 빙하는 흰색으로 태양 복사에너지를 거의 모두 반사합니다. 하지만 이러한 반사 면적이 빙하가 녹음으로 인해 줄어들게 되면 반사되는 태양 복사에너지는 줄어들게 되고, 반사되는 에너지의 감소는 다시 지구를 데워서 더 많은 빙하를 녹이게 합니다.

해결 방법은 없을까?

이렇게 많은 현상들이 모두 지구를 데우는데 작용한다면 우리에게 이를 해결할 방법은 없는 것일까요? 이 글에서는 대중교통 이용하기 등의 개인적인 해결방안이 아닌 아주 신기하고 재밌는 해결 방안을 하나 가져와봤습니다. 바로 스프레이와 먼지를 구름 생성에 작용시켜서 지구의 기온을 낮추는 방법입니다. 방금까지 스프레이 속에 들어있는 가스가 지구온난화의 주범이라고 말했는데 기온을 낮추는 데 스프레이를 사용한다니, 의구심이 생길 수밖에 없습니다. 하지만 신기하게도 이 둘은 지구의 기온을 낮춘다고 합니다.

먼지와 스프레이 같은 눈에 보이지 않는 아주 작은 입자들을 에어로졸이라고 합니다. 에어로졸은 대기에 방출되면 태양 빛을 반사하게 되고 결국 태양으로부터 지구에 들어오는 에너지의 양을 낮추게 됩니다. 에어로졸은 아래 그림과 같이 공장에서 배출되는 가스들, 자동차로부터 오는 매연, 식물이 탈 때 나오는 연기, 식물에서 나오는 에어로졸 등에서 옵니다. 이러한 에어로졸은 대기에서 응결핵의 역할을 하게 됩니다. 응결핵이란 대기에 있는 수증기 입자가 이 응결핵을 중심으로 해서 작은 물방울이 되는데, 그 때 물방울이 모이는 역할을 제공해주는 여러 물질들을 일컫는 말입니다. 이렇게 에어로졸이 응결핵의 역할을 해서 더 많은 구름을 생성되게 하고, 구름으로 인해서 반사되는 태양복사에너지가 증가하게 되는 원리입니다.

태양 지오엔지니어링

태양 지오엔지니어링이란 위에서 말했듯이 태양 빛을 반사하는 스프레이를 지구 대기에 뿌려서 지구의 대기를 냉각시킨다는 이론입니다. 쉽게 말하자면 화산폭발로 인해 지구의 대기 온도가 떨어지는 현상처럼 화산재와 비슷한 에어로졸을 살포하면 대기 온도가 떨어진다는 이론입니다. 그러나 이를 실험한 모델의 연구에 따르면 이 전략이 강수량과 폭풍 등의 다양한 기상재해에 악영향을 끼칠 수 있다는 연구가 계속하여 나오고 있습니다.

한 연구에서는 태양 지오엔지니어링으로 인한 기후의 변화를 실험하기 위해서 모델에서 특정 지역에 대해서 다양한 기후 데이터를 계속하여 얻었습니다. IPCC에서 사용하는 모델과 동일하게 특정한 지역 별로 구간을 나누고 이 지역들을 평가의 지표로 삼았습니다. 아주 많은 양의 에어로졸을 대기에 분포시켰을 때는 태풍 등의 기상재해가 아주 빈번히 발생하는 반면 기술을 절반 정도로 적용시켰을 때에는 어떤 기후 현상도 엔지니어링으로 변화되었다는 것을 찾아낼 수가 없었습니다. 즉 적당한 강도로 이 기술을 사용하면 지구의 기온을 낮출 수 있다는 의미가 됩니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이 에어로졸의 증가는 곧 대기의 냉각을 불러일으킨다는 것을 알 수 있습니다.

우리에겐 이 방법이 필요할까?

“지구의 기온을 낮추기 위해 미세먼지를 많이 배출시킨다.” 우리의 지구를 위해서 미세먼지를 배출시킨다는 생각은 아주 뛰어난 아이디어일 수 있습니다. 하지만 다른 관점에서 생각해보면 대기의 냉각은 곧 대기 오염을 불러일으킬 수 있기 때문에 비단 좋은 일 만은 아닐 것입니다. 여러 논문들에서는 이 방법이 좋은 효과를 낼 수 있다고 말하지만 대기의 오염되는 악영향은 결코 피해갈 수 없습니다. 그렇기 때문에 이 기술 말고도 다양한 기술들이 점점 발견되어가고 있습니다. 해양에 플랑크톤의 먹이인 철 성분을 뿌려 플랑크톤의 성장을 촉진하고, 우주 공간에 태양빛을 막을 수 있는 가림막을 설치하자는 방안 등 과학자들은 다양한 논의를 하고 있습니다. 단순히 과학적으로 아주 좋은 방법일지라도 그 안전성에 문제가 있다면 그 방법은 더 신중히 사용되어야 할 것입니다.

지금까지 지구온난화를 억제하기 위한 여러 가지 방안들 중 에어로졸을 살포하여 대기를 냉각시키는 방안에 대해서 알아보았습니다. 감사합니다.

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참고자료

[1] https://ko.wikipedia.org/wiki/지구_온난화

[2] https://m.post.naver.com(스프레이로 태양빛 차단을? 지구온난화 대책 ‘태양 지오엔지니어링’)

[3] Govindasamy, Bala, and Ken Caldeira. "Geoengineering Earth's radiation balance to mitigate CO2‐induced climate change." Geophysical Research Letters 27.14 (2000): 2141-2144.

[4] Irvine, Peter J., et al. "An overview of the Earth system science of solar geoengineering." Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change 7.6 (2016): 815-833.

[5]Jacobson, Mark Z. "Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security." Energy &Environmental Science 2.2 (2009): 148-173.

첨부 이미지 출처

[1] https://ko.wikipedia.org/

[2] https://www.sciencetimes.co.kr/

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작성자│김승우

발행호│2020년 봄호

키워드│#대기과학