레포트: 탄소순환과 기후변화

탄소순환과 기후변화

 

우리가 사용하는 에너지의 근원은 태양에서부터 온다고 할 수 있을 정도로 태양에너지의 비중이 상당하다. 태양 에너지는 식물의 광합성을 통해 화학 에너지로 변환되어 생명을 유지해주고, 대기나 지표에 흡수되기도 하며, 날씨에 영향을 주기도 한다.

 

그러나 태양에서 오는 에너지 전부가 지구로 들어오는 것은 아니다. 48%는 지표에, 23%는 대기 중에 흡수되며, 나머지 23%는 구름이나 지표에 쌓인 눈 등에 의해 지구에 들어오지 못하고 반사된다.

이때, 지구는 지구에 흡수된 양, 즉 71%만 다시 방출하여 복사 평형을 이루게 된다. 지구가 태양에너지를 받아도 일정한 온도를 유지하는 것은 바로 복사 평형 때문이다.

복사평형, 지구는 태양에게 에너지를 받은 만큼 지구복사 에너지로 방출해낸다.

 

 

 

지구는 전체적으로 보면 온도가 균일한 것처럼 보이지만, 부분적으로 보면 위도에 따라 기온 차이가 크다. 이는 지구 표면에 입사되는 태양 복사 에너지의 양이 위도에 따라 다르기 때문이다. 고위도 지방은 흡수되는 태양 에너지양이 더 커서 기온이 높고, 저위도 지방은 방출되는 태양 에너지양이 더 커서 기온이 낮다.

 

이렇게 생긴 위도 별 에너지양의 차이로 대기의 대순환과 해류의 순환이 발생하게 된다.

위도 0°에서 30°에는 적도를 향해서 부는 무역풍이, 위도 30°에서 60°에는 고위도 쪽을 향해서 부는 편서풍이, 위도 60°에서 90°에는 저위도 쪽을 향해서 부는 극동 풍이 나타난다. 해류는 북반구에서는 주로 시계 방향, 남반구에서는 반 시계 방향으로 순환한다. 대기와 해수가 저위도의 에너지를 고위도로 운반하며 순환함으로써 전체적으로 에너지의 평형을 유지하게 된다.

위도별 에너지 차이

 

대기와 해수의 순환

 

 

기후는 이러한 대기의 대순환과 해류, 그리고 위도의 영향을 크게 받는다. 적도 부근에서 나타나는 열대 기후는 덥고 습하며, 적도보다 고위도인 지역에서 나타나는 건조 기후는 공기가 하강하는 고기압대라 구름이 잘 발생하지 않으며 비가 적게 내린다. 중위도 지역에서는 사계절 변화가 뚜렷한 온대 기후가, 그보다 고위도 지역에서는 냉대 기후, 그리고 극지방에서는 한대 기후가 나타난다.

또한, 해류의 변화에 의해 기후가 변하기도 한다. 적도 해류에서는 평소보다 무역풍이 약할 때 엘니뇨 현상이 일어나고, 반대로 무역풍이 강할 때 라니냐 현상이 일어난다. 엘니뇨와 라니냐 현상은 적도지역뿐만 아니라 세계 여러 곳에 영향을 주어 기상변화를 일으킨다.

 

이처럼 자연적인 이유로 인해 기후 차이가 생기는 반면, 최근에는 화석연료 사용의 증가로 기후변화가 일어나고 있다. 그렇다면 화석연료는 어떤 과정을 통해 생기는 것일까?

 

화석연료가 생성되는 출발점은 광합성이다. 광합성은 식물이 태양에너지를 이용하여 이산화탄소나 물과 같은 단순한 분자로부터 탄수화물을 생산하는 과정이다. 광합성을 통해 식물에 흡수된 탄소는 생물체에 축적되기도 하고, 무생물에도 축적되기도 한다. 또한, 대기 중에서 이산화탄소로 물속에서는 탄산이나 탄산칼슘으로 존재하며, 화석연료로도 존재하게 되는 것이다. 이러한 과정을 탄소순환이라고 한다.

탄소순환

 

우리는 탄소순환의 산물로 나오는 화석연료를 연소시킴으로써 에너지를 얻는다. 화석연료는 광합성으로 탄소가 환원되어 탄수화물이 되고 에너지가 저장된다. 이 탄수화물은 연료가 되는 과정에서 완전히 환원되었다가, 화석 연료를 연소시킬 때 산화되면서 연료의 성분 물질들과 공기 중의 산소가 결합하여 이산화탄소와 물 등이 생성되면서 많은 에너지가 나오게 되는 것이다.

이 과정에서 나오는 이산화탄소는 온실 효과에 기여하는 온실 기체 중 하나로, 에너지를 흡수해 대기의 온도를 적절하게 유지하는 역할을 한다. 그러나 산업혁명 이후, 석탄과 같은 화석 연료를 대대적으로 사용하게 되고 삼림의 지나친 벌채로 광합성 과정으로 인해 소모되는 양보다 훨씬 많은 이산화탄소를 대기 중으로 배출하게 되었다. 이렇게 이산화탄소의 배출량이 증가하면서 이산화탄소로 인한 기후 문제가 나타나게 되었다.

국가별 이산화탄소 배출량(2011)

 

 

온실 기체인 이산화탄소의 양이 많아지자, 이산화탄소가 대기 중에서 흡수하는 에너지의 양이 많아지면서 지구의 온도가 상승하게 되었다. 이 현상을 우리는 지구 온난화라고 한다. 지구 온난화로 인해 바닷물이 따뜻해져서 팽창하고, 극지방의 빙하와 고산 지대의 만년설이 녹아서 해수면이 상승하고 있다, 또한, 지구 생태계뿐만 아니라 식량과 수자원의 공금에 차질을 빚거나 인류의 건강을 위협하는 등 여러 분야에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상된다.

지구 온난화에 따른 기온 상승

 

 

따라서 각국은 지구 온난화 문제를 주요 의제로 다루어 해결 방안을 찾는 노력을 계속해왔다. 그 결과 중 하나가 탄소 배출권 거래제이다.

탄소 배출권은 지구 온난화의 주요한 원인인 온실기체의 배출량을 줄이기 위해 1997년 교토 의정서에 따라 만들어진 제도이다. 이는 국가별로 온실 기체 배출량을 할당하고, 할당량보다 온실 기체를 많이 배출하는 국가나 기업은 상대적으로 온실 기체를 적게 배출한 국가나 기업으로부터 탄소 배출권을 구매해야 한다. 따라서 기업들은 경제적인 이익을 위해서라도 온실기체를 감축시킬 방안을 주도적으로 고안해내려고 노력하게 된다.

 

탄소 배출권 거래제 이외에도 산업체, 수송, 생활 주변 등을 대상으로 온실가스 감축을 위한 다양한 대책을 추진하고 있다. 앞으로도 이러한 정책들이 마련되어야 하며, 우리 스스로도 온실가스를 감축하기 위해 노력해야 할 것이다.