과다한 온실가스는 지구온도 올려 각종 부작용 만들어
[에너지단열경제]차성호 기자
올여름 한반도에 무려 54일간의 장마와 집중 호우 등을 일으킨 기상 이변이 발생했다.
일부의 반론도 있지만 많은 전문가들은 온실가스로 인한 지구온난화를 원인으로 지목하고 있다.
인명과 재산상 피해도 상상할 수 없을 만큼 급격하게 키우는 이러한 이상기후(과거 30년 기후에 비해 현저한 편차를 보인 기후)는 전 세계를 재앙으로 몰고 가고 있는 코로나19 보다도 장기적으로 더 위협적이다.
온실가스는 지구의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 온실효과에 매우 중요한 요소이다.
온실효과는 태양으로부터 전달되어 지구 표면에서 방출되는 복사열(에너지)을 대기 중에 존재하는 온실가스가 흡수하고 순환하며 지표면으로 다시 방출하는 과정을 통해 지구온도가 일정하게 유지되도록 한다.
하지만 온실효과를 일으키는 온실가스의 과다는 지구온도를 올리는 지구온난화 현상, 이로 인한 기후 변화와 심각한 생태계 변화를 초래한다.
더불어 기온의 상승은 극지역의 대륙 빙하를 녹게하고 이로인한 해수면의 상승은 심각한 결과를 초래 할 것으로 예상되고 있다.
온실효과를 일으키는 가스(온실가스) 중 가장 대표적인 것이 이산화탄소이다.
이산화탄소는 지구표면과 대류권을 데우고, 따라서 이산화탄소 농도의 증가는 양의 복사강제력을 가진다.
온실가스가 지구표면과 대류권을 데우는 과정은 온실이 온실 안을 덥히는 방식과 다르다.
온실(비닐하우스)은 태양빛으로 달구어진 공기가 대류로 날아가지 못하게 가두어 두면서 높은 온도를 유지한다.
반면에 온실가스는 지구표면보다 자체 온도가 낮기 때문에 좀 더 적은양의 장파복사를 우주에 방출하면서 지구표면과 대류권을 데운다.
온실가스가 지구표면보다 온도가 높으면, 오히려 지구표면과 대류권을 냉각시키게 된다.
또 온실가스는 성층권을 냉각시키는 작용을 하게 된다.
지표면보다 온도가 낮은 온실가스는 지표면보다 적은 농도로 빛을 방출하게 된다.
온실가스는 지표면이 방출하는 장파빛을 흡수하고, 위와 아래 방향으로 방출한다.
온실가스는 한 방향으로 오는 빛을 흡수하고, 양방향으로 방출하기 때문에, 지표면보다 온도가 낮더라도 양방향을 합한 총방출량은 일반적으로 흡수한 복사에너지보다 많게 된다.
온실가스는 적게 받고 많이 방출하기 때문에 시간에 따라 에너지를 잃고 냉각하게 된다.
냉각되는 온실가스는 비온실가스와 상호작용을 통해서 동일한 온도를 가지게 된다.
지표면은 온실가스가 아래로 방출하는 복사에너지를 받기 때문에, 온도가 증가하게 된다.
지표면과 대류권은 대류를 통해서 열이 교환되기 때문에 같은 방향으로 온도가 변하게 된다.
온실가스는 단기적으로 대류권을 냉각시키고 지표면을 가열시킨다.
이후 대류권과 지표면이 둘 다 온도 증가를 보인다.
온실가스가 지표면을 가열하는 효과가 대류권을 냉각시키는 효과를 능가하기 때문이다.
지표면과 열교환 측면에서 격리되어 있는 성층권은 온실가스에 의해서 냉각되게 된다.
온실가스가 지표면을 가열하는 효과가 대류권을 냉각시키는 효과를 능가하는 이유는 온실가스 온도가 지표면 온도보다 낮기 때문이다.
온실가스 덕분에 지구는 온도가 높은 지표면에서 우주로 직접 복사하지 않고, 온도가 낮은 온실가스에서 우주로 복사를 한다.
우주로 나가는 장파복사에너지의 축소는 지구에너지를 증가시키고, 이는 지표면과 대류권의 온도를 증가시키는 결과로 나타난다.
지구대기에서 가장 흔한 온실 가스는 수증기, 이산화탄소, 메탄, 아산질소 등이다.
온실가스는 두 가지 이상의 원자가 결합된 분자로 잔류수명이 길어 온실효과에 영향을 준다. 지구 공기는 질소, 산소, 아르곤 등이 주된 성분이고 이산화탄소는 1% 미만으로 존재하지만 지구 온도에 대한 영향은 매우 크다.
온실가스는 지구환경 유지에 없어서는 안될 필수적인 요소이지만, 산업 발전으로 인한 온실가스 증가는 기후변화, 지구 온난화와 같은 온실가스효과를 초래하고 있다.
생태계의 변화와 함께 인류 생존에 위협적인 요소로 계속 다가오고 있다.
<주요 온실가스의 종류와 발생>
수증기(H2O) : 지구 온실가스의 가장 많은 부분을 차지하며 주로 태양 복사열에 의해 바다에서 만들어 진다.
이산화탄소(CO2) : 자연발생적 이산화탄소의 양은 지구 대기 중 미미한 수준이나 산업혁명 이후 급증한 화석연료의 사용으로 인위적으로 발생되는 온실가스 중 이산화탄소는 80%를 차지하고 있다.
메탄(CH4) : 대기 중에 존재하는 메탄가스는 이산화탄소에 비해 200분에 1에 불과하지만, 그 효과는 이산화탄소에 비해 20배 이상 강력하다.
미생물에 의한 유기물질의 분해과정을 통해 주로 생산되며, 화석연료 사용, 폐기물 배출, 가축 사육, 바이오매스의 연소 등 다양한 인간 활동과 함께 생산된다.
아산화질소(N2O) : 자연계에 존재하는 온실 가스 중 하나이나 화석연료의 연소, 자동차 배기가스, 질소비료의 사용으로도 생산된다.
이산화탄소에 비해 존재양은 매우 작으나, 지구온난화지수로 보면 300배 이상의 적외선 흡수 능력을 가진 온실가스이다.
수소불화탄소(HFCs) : 자연계에 존재하지 않으며 인위적으로 발생되는 온실가스로 에어컨, 냉장고의 냉매로 사용량이 급증하면서 온실가스를 일으키는 주범으로 지목받고 있다.
전체온실가스 배출량의 1%를 차지하며 매년 8-9% 증가되는 수소불화탄소는 이산화탄소보다 1,000배 이상의 온실효과를 가진다고 알려져 있다.
과불화탄소(PFCs) : 자연계에 존재하지 않으나 인위적으로 발생되는 온실가스로 반도체 제작공정과 알루미늄 제련 과정에서 발생한다.
지구온난화지수로 보면 과불화탄소는 이산화탄소에 비해 6,000~10,000 배 이상 강력한 온실가스이다.
육불화황(SF6) : 수소불화탄소나 과불화탄소처럼 인간에 의해 생산 배출되는 온실가스로, 반도체나 전자제품 생산공정에서 발생한다. 그 효과는 이산화탄소보다 20,000 배 이상 강력하며 자연적으로 거의 분해되지 않아 대기중에 3천년 이상의 존재시간이 예측되어 누적 시 지구온난화에 적지않은 영향을 끼칠 것으로 예상된다.
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