온실가스를 배출하는 자연적, 인위적 온실 효과

1. 온실가스

대기 중 떠다니는 이산화탄소

지구의 기온이 생물들이 서식하기에 적합한 수준으로 유지되기 위해서는 온실가스의 역할이 매우 중요합니다. 만약 대기 중에 온실가스가 없다면 육지 지표면의 연간 평균 온도는 영하 18도가 되어 지구상에 많은 생명체가 살아가기 어려울 것이고 그에 따른 추가적인 문제가 발생하게 됩니다. 현재 지표면 연간 평균 온도는 영상 15도이며 이를 유지하는 데 있어서 온실가스의 역할은 필수적이라고 말할 수 있습니다. 하지만 이 온실가스들이 지구에 필요한 적정량의 이상으로 증가하게 되면, 온실가스가 흡수하고 방출하는 에너지에 차이가 생기게 되어 태양복사를 받는 양과 우주로 내보내는 지구복사의 열평형에 변화가 생기게 되어 결국 '자연적 온실효과'에 의한 적절한 기온보다 실제 지구의 평균기온이 더 많이 상승하게 됩니다. 이는 ‘자연적 온실효과’와는 다르게 '강화된 온실효과(enhanced greenhouse effect)'라 칭하며 이에 따라 지구의 평균온도가 자연적인 상태보다 과도하게 더워지는 현상을 '지구온난화'라고 합니다.

온실가스는 일반적으로 자연적이고 인위적인 지구 대기 기체 중 하나의 구성 물질입니다. 또한, 지표면과 대기 그리고 구름에서부터 우주로 방출되는 특정한 파장 범위를 지닌 적외선 복사 에너지를 흡수하여 열을 저장했다가 우주로 방출하지 않고 다시 지구로 방출하는 기체를 말합니다. 이러한 온실가스의 특성으로 온실효과가 발생하는데, 우리가 흔하게 알고 있는 이산화탄소, 메탄가스, 프레온가스 등이 온실효과를 일으키는 일반적인 지구 대기의 온실가스 성분으로 알려져 있습니다.

지구 대기에 가장 풍부하게 존재하는 온실가스로는 세부적으로 이산화탄소, 수증기, 오존, 아산화질소, 메탄, CFCs, HFCs, PFCs, SF6 등이 있습니다. 이 온실가스들을 태양으로부터 지구에 도달하는 태양복사 에너지를 흡수하거나 지구 복사에너지에 영향을 미치는 요소들을 모두 참고하여, 각 기체가 온실가스로서 지구 온실효과에 미칠 수 있는 영향을 퍼센트로 바꾸어 표현한다면 다음과 같습니다.

-이산화탄소(CO2): 9% -수증기(H2O): 72% -메탄(CH4): 4% -오존(O3): 3%

사실 어떤 특정한 기체가 온실효과에 미치는 영향을 퍼센트로 따지는 것은 불가능에 가깝습니다. 왜냐하면, 각각의 온실가스마다 대기 중의 체류하는 기간이 다르고 가지고 있는 복사강제력 또한 다르며, 다양한 기체들이 ‘온실효과에 미치는 영향’이라는 것은 굉장히 다양하고 상호 유기적 때문에 퍼센트로 표현하는 것은 불가능에 가깝기 때문입니다.

 

2. 자연적 온실효과

이 성분 중에 주로 수증기에 의하여 발생하는 온실효과를 자연적인 온실 효과라고 하며, 이는 많은 생명체가 살아갈 수 있는 지구의 평균 기온 유지에 필수적인 작용입니다. 비록 태양에너지, 자전, 공전, 물의 순환과 같은 많은 요소에 의하여 지역별 날씨와 에너지 균형을 유지할 수 있지만 온실 기체가 없다면 지구의 평균기온은 굉장히 낮아져 많은 생명체가 사라지게 될 것입니다.

대기 중에 존재하는 온실가스 이외에도 지구의 온실효과에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 그중 가장 큰 영향은 구름에 의한 영향입니다. 구름도 온실가스와 마찬가지로 파장이 긴 적외선 복사를 흡수하고 지구 외부가 아닌 내부로 다시 방출하기 때문입니다. 따라서 구름 또한 온실가스와 마찬가지로 유사한 특성을 지니고 있어 온실효과에 큰 영향이 나타나게 됩니다.

 

3. 인위적 온실효과

현대에 점차 문제가 되는 온실가스는 수증기와 같은 자연적인 온실가스가 아니라 전쟁과 산업화로 시작된 과도한 화석 연료의 사용으로 발생한 이산화탄소, 메탄과 같이 인위적으로 발생한 인위적 온실가스입니다. IPCC의 기후변화에 관한 2007년 보고서에 따르면 ‘인류 활동에 의한 세계적인 온실가스배출은 산업화 이후로 계속해서 증가해오고 있으며, 1970년과 2004년 사이에 70%나 증가했다.’고 합니다. 시작에 언급했던 온실가스의 성분 중 가장 중요하게 생각되는 인위적 온실가스는 이산화탄소인데, 인위적으로 발생한 이산화탄소의 배출은 1970~2004년 약 35년 사이에 80%나 증가해 압도적 증가율을 보여주고 있습니다.

온실가스에 의한 온실효과의 기여도는 각 기체의 특성과 양에 따라서 큰 차이가 나게 됩니다. 예를 들어, 탄화수소 결합을 가진 메탄의 경우 이산화탄소보다 화학적으로 더 강한 온실가스로 나타나지만 대기 중에 존재하는 농도가 이산화탄소에 비해 아주 소량이기 때문에 전체적인 온실효과에 미치는 영향 또한 매우 작게 나타납니다.

온실가스는 각 화합물이 가지고 있는 화학적 구조와 가지고 있는 종류에 따라 열을 저장하고 다시 방출하는 능력이 모두 다르고, 이에 따라 온실효과를 일으키는 각 기체의 잠재력 또한 달라집니다. 이 온실가스가 온실효과에 미치는 기여도를 숫자로 표현한 것이 지구온난화지수(global warming potential: GWP)라고 하는데, 이 지구온난화지수는 온실효과의 강도는 크지 않지만 가장 큰 영향을 미치는 이산화탄소를 기준으로 하여 나타냅니다. 자세하게 개별 온실가스 1kg의 태양에너지 흡수량을 이산화탄소 1kg이 가지는 태양에너지 흡수량으로 나누어 나온 값을 말합니다. 이를 기준으로 다른 온실가스의 지구온난화 지수는 메탄 21, 아산화질소 310, 수소불화탄소(HFCs) 1300, 과불화탄소(PFCs) 7000으로 측정됩니다.