사회오전에 잠깐 지구온난화에 대한 이야기가 나와서, 전공자로서 사실 위주로 이야기해 드립니다.

뭐 다 아실만한 이야기지만, 지구온난화는 온실효과가 가속화되어서 나타난 거지요. 

최근에 논란(?)이 되는 내용은 과연 지구온난화가 인간의 화석연료 사용으로 인해 발생한 것인지, 아니면 일부에서 주장하는 현재가 간빙기이기 때문에 발생한 자연적인 현상인지에 관한 것입니다. 

이걸 정확하게 이해학기 위해서는 일단 온실효과와 그로 인해 발생하는 빙하기/간빙기의 메카니즘에 대해서 정확하게 알 필요가 있습니다.

1. 온실가스는 무언인가?

우선 온실가스에 대해서 알아야 하는데요. 우리가 대표적으로 알고 있는 온실가스는 503냥이 말한 이산화가스.... 가 아니고 이산화탄소죠. 사실 학계에서 정의한 온실가스의 정확한 정의는 아래와 같습니다.

“지구 표면에서 반사된 적외선 영역의 복사 에너지를 흡수하여 배출할 수 있는 기체”

한 마디로 적외선을 흡수하여 분자진동을 일으켜서 그 에너지를 다시 방출할 수 있는 기체를 말합니다. 우리가 쓰는 전자레인지도 이 원리인데, 양자역학 공부하신 분은 쉽게 이해하실 겁니다. 비 전공자를 위해서 더 쉽게 설명해 드리자면, 단원소기체(아르곤, 크립톤 등)나 같은 원소 2개로 이뤄진 기체(산소, 질소) 제외하면 크고 작건 다 온실효과를 일으킬 수 있습니다. 실제로 지구상에서 가장 큰 온실효과를 일으키는 것은 이산화가스…. 아니 이산화탄소가 아닌 수증기입니다.

우야든둥 UNFCCC는 온실가스를 줄이기 위한 노력으로 6대 온실가스를 지정하였는데, 1) 이산화탄소 2) 메탄 3) 아산화질소 4) HFCs 5) PFCs 6) SF6 입니다. 특히나 6번 육불화황은 GWP가 23,900으로 적외선을 흡수/방출하는 효율이 엄청난 가스인데, 반도체/LCD/태양광 식각에 필수로 사용되는 가스입니다. 우리나라 산업하고 뗄레야 뗄 수 없는 가스죠. 잡설이 길었는데, 이쯤 해두고 다음으로 넘어갑니다.

2. 빙하기 발생원인

많은 정유회사/석유회사/전력회사가 걸핏하면 들고오는게, 바로 지금이 간빙기고 날 따뜻해 지는건 자연현상임, 반박해볼래? 이겁니다. 결론부터 말씀드리자면, 네 지금은 간빙기 입니다. 헌데 저들이 말하는 저 내용은 과학적으로 다 논파가 가능합니다.

비전공자 불페너들을 위해 최대한 쉽게 설명하고 싶지만 저 논리를 반박하기 위해선, 일단 빙하기가 발생하는 원인과 현상부터 알아야 합니다. 빙하기의 메커니즘은 세르비아의 천체물리학자였던 밀루틴 밀란코비치에 의해서 밝혀졌습니다. 빙하기가 발생하는 원인은 크게 세 가지 현상이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 흔히 말하는 밀란코비치 순환 (Milankovich Cycyle)이죠.

A. 지구 공전궤도의 이심률 변화

케플러에 의해 지구 공전궤도가 원이 아닌 타원임이 밝혀졌는데요. 근데 또 재미있는데, 지구 공전궤도의 이심률이 일정하지 않습니다.

무슨 소리인지 잘 모르시는 분 계실까봐 그림으로 대신합니다. 한 마디로 타원이 덜 짱구였다가 더 짱구였다가를 반복한다는 말입니다. 공전궤도의 이심률 변화의 원인은 목성과 토성의 궤도상 위치에 따른 인력 변화 때문입니다.

천문학 관심있으신 분들은 아실테죠. 인간의 존재가 우주에서 얼마나 티끌에 해당할만큼 짧은 시간을 살고가는 존재인지를…. 이 이심률 변화의 주기는 무려 10만년 입니다. 뭐 이 10만년도 우주의 시간을 기준으로 본다면 오차 수준의 짧은 시간입니다만…

B. 지구자전축 변화

고등학교 지구과학 시간에 배운 기억이 있으시죠? 지구 자전축은 23.5도 기울어져 있고. 이 때문에 우리나라는 4계절이 나타난다고… 근데 이 23.5도도 시간에 따라 변합니다. 22.1~24.5도를 주기적으로 계속 왔다갔다 해요. 그래도 얘는 이심률보다 주기가 짧아서 41,000년 입니다.

C. 세차운동

차 닦는 세차가 아니구요… 아재개그 죄송. 쉽게 설명하자면, 여긴 아재 사이트니까 옛날에 팽이 다들 돌려보셨죠? 자 팽이를 돌렸습니다. 그럼 팽이가 첨엔 팽팽하게 잘 서서 힘차게 돌아가죠? 그러다 시간이 지나면 힘을 잃고 팽이 중심축이 흐뜨러집니다. 위에서 보면 중심축이 원을 그리기 시작하고, 그 원이 점점 커지다가 결국 팽이는 바닥에 쓰러지죠.

이게 세차운동입니다. 지구 자전축은 각도도 변하지만 지구 공전면을 기준으로 위에서 볼 때 원을 그리면서 움직여요. 문제는 이러면서 춘분점 위치도 시시각각 변하게 됩니다. 이 녀석은 주기가 약 26,000년 입니다.

참고로 세차운동으로 인해 북극의 위치가 바뀌게 되는데, 현재는 북극성의 위치가 북극이지만 13000년 뒤에는 직녀성 근처가 북극성이 될거라고 하네요.

여튼 위 세가지 원인이 복합적으로 작영하여 지구상에 도달하는 복사에너지가 주기적으로 차이를 보이게 됩니다. 그리고 그 결과 4만~10만년 주기로 크고 작은 빙하기가 찾아오게 됩니다.

3. 역사 속의 빙하기

이 부분은 위키가 알아보기 쉽게 잘 설명해놔서 그대로 가져오겠습니다.

대표적인 빙하기

과거 지구 상에는 적어도 네 번 이상의 큰 빙하기가 있었다.

24억 년 전에서 21억 년 전 무렵의 원생대 초기에 가장 오래된 빙하기(휴로니안 빙기 Huronian glaciation)가 있었던 것이 가설로서 생각되고 있다. 증거가 남아있는 것 중 가장 오래된 것은 7억 5천만 년 전부터의 빙하기인 스타티안 빙기(Sturtian glaciation, 약 7억 년 전)와 마리노아 빙기(Marinoan glaciation, 약 6.4억 년 전)로 과거 10억 년 중 가장 어려운 시기였던 것으로 추측된다. 소위 눈덩이 지구라 하여 얼음이 지구전역을 완전히 덮었다고 추측된다. 이 빙하기는 캄브리아기의 지속된 폭발로 끝났다고 알려져 있지만, 지금도 계속 논쟁 중이다.

고생대에는 4억 6천만 년 전부터 4억 3천만 년 전에 걸쳐 작은 빙하기(안데스-사하라 빙기 Andean-Saharan glaciation)가 있었고, 같은 고생대인 3억 6천만 년 전에서 2억 6천만 년 전 사이에도 빙하의 확대기인 카루빙기(Karoo Ice Age)가 있었으며, 이때에는 많은 생물들이 대량으로 멸종되었다.

과거 5백만 년간의 빙기, 간빙기의 변동을 나타내는 퇴적물의 기록(세로는 지구 상의 빙상량, 가로는 백만 년 단위

현재의 빙하기는 4000만 년 전의 남극 빙상의 성장에 의해 시작되어, 300만 년 전부터 일어난 북반구의 빙상의 발달과 함께 규모가 확대되었다. 플라이스토세, 즉 갱신세로 진행됨에 따라 더욱 격렬해져, 그 무렵부터 빙상의 확대와 후퇴를 반복하다 4만 년과 10만 년의 주기로 온 세상에서 볼 수 있게 되었다. 마지막 빙기인 최종빙기는 약 1만 년 전에 끝났다.

빙기와 간빙기

각각의 빙기 사이에는 수백만 년 계속되는 온난한 기간이 여러 번 있었고, 그 사이에도 온난한 시기와 추운 시기가 있었다. 보다 추운 시기를 빙기라고 하며, 따뜻한 시기를 간빙기라고 부른다.

가장 최근에 빙기가 끝난 것은 약 1만 년 전이며, 현재는 전형적인 간빙기가 1만 2000년 정도 계속되고 있다고 생각된다. 빙상 핵 데이터에 의한 정밀한 시기 단정은 어려우며, 세계적인 한랭화를 가져오는 새로운 빙기가 머지않아 시작될 가능성도 있다. 현재 온실효과로 인한 인위적인 요인이 어떤 영향을 미칠 것이라고 추측되고 있다. 지구 궤도 요소에 대한 최신 연구에서 인간 활동의 영향이 없어서 현재의 간빙기는 적어도 5만 년은 지속될 것이라고 추측하고 있다.

빙기와 간빙기의 변동에 관련하여, 미국방성이 전문가에게 의뢰해 작성한 《지구온난화의 영향에 의한 대규모 기후변동을 가정한 안전보장 보고서》(Schwartz, P. and Randall, D. 2003)의 존재가 2004년에 표면화되어 주목을 끌었다. 그 보고서에 따르면 지구온난화에 의한 해류의 변화가 원인으로, 북반구에서는 2010년부터 평균기온이 내려가기 시작해 2017년에는 평균 기온이 7~8℃ 내려가며, 반면 남반구에서는 급격하게 온도가 올라 강수량은 줄어들고, 가뭄 등의 자연재해가 일어날 것으로 예측되었다.[1]

과거 45만 년간의 기후변화와 빙상량의 변화(가로는 천년 단위)

네, 본문에 써 있듯, 최근의 빙하기는 1만년 전이었고 현재는 간빙기를 향해 하는 중입니다. 그런데 지금 현상이 자연현상이냐 인위적인 온실가스 배출로 인한 것이냐가 중요하죠. 아래 그림 보세요.

남극 보스토크 기지에서 빙하 퇴적물의 방사성 산소 동위원소를 통해 분석한 과거 지구의 온도변화입니다.  

일단 가로축 단위를 잘 보세요. 단위가 백만년 입니다. 백년 아니고 백만년 입니다. 그리고 왼쪽 세로축은 온도입니다. 빙하기 나타나는 주기가 차이가 있긴 합니다만 대충 눈짐작으로 봐도, 앞서 말한 4~10만년마다 일어났다는걸 눈치채셨을 겁니다.

그리고 한 번에 빙하기가 발생할 때일어나는 온도변화 폭은 2~3도 내외였습니다.  

헌데 산업혁명 시기부터 해서 채 200년도 안되는 시기에 벌써 1도 가까이 올랐어요. 10만년 주기에 끽해야 2~3도 차이났던게 지금까지의 지구 역사인데, 0.1% 정도의 시간 사이에 그 절반의 효과가 벌써 나타났습니다.

석유업계의 논리가 혹시나 맞을까 해서 지질학자/기후학자/물리학자들이 과거에 이런 급격한 변화가 있었나를 확인해 본 결과 공룡멸종 외에는 없다는 결론을 내렸죠. 또한 석유업계의 논리대로 간빙기로 가는 추세를 (빙하기 주기의 현실성 따위 제쳐두고) 받아들인다면, 위 보스토크 기지의 결과와 정면으로 반대됩니다. 장기적으로 지구의 온도는 계속 낮아지는 추세인데, 최근의 지구 평균온도는 계속 올라가고 있으니까요. 그냥 올라가는 수준이 아니라 역대 최고치를 경신하고 있죠.

알기쉽게 간단하게 기술하려고 했는데, 쓰다보니 길어졌네요. 어쨌건 모르는 분들에게는 유익한 잡지식이 되었으면 하고, 어디서 누가 석유업계의 주장대로 이야기하면 제 글 내용 기억해 두셨다가 아는 척 하는데 도움이 되었으면 하네요.