|
PP156-158
People pay attention to the makeup of the Earth’s atmosphere because it seems to be changing. We are sure it is changing, but beyond that we know almost nothing about its behavior. The only measurement of any historical accuracy we have relates to one component: carbon dioxide. The information on CO2 concentration in the Earth’s atmosphere shows an accelerating global rise over the past thirty years; that graph is due to a single, persistent scientist: Charles Keeling. In 1955, Keeling devised an instrument that could measure concentrations of carbon dioxide in all kinds of environments, from sooty city rooftops to pristine wilderness forests. Keeling obsessively measured CO2 anywhere he thought the level might vary. He measured CO2 at all times of the day and night. He initiated continuous measurements of CO2 on a Hawaiian mountaintop and in the Antarctic. A colleague of Keeling told a reporter, “Keeling’s outstanding characteristic is that he has an overwhelming desire to measure carbon dioxide. He wants to measure it in his belly. Measure it in all its manifestations, atmospheric and oceanic. And he’s done this all his life.” Keeling is still measuring carbon dioxide around the world.
사람들은 지구의 대기의 구성이 변화하고 있는 것처럼 보이기 때문에 주의를 기울인다. 우리는 그것이 변하고 있다고 확신하지만, 그 이상으로 우리는 그것의 작동에 대해 거의 아무것도 모른다. 우리가 가지고 있는 역사적 정확성의 유일한 측정은 이산화탄소라는 하나의 성분과 관련이 있다. 지구 대기 중 CO2 농도에 대한 정보는 지난 30년간 전지구적으로 가속화되고 있음을 보여준다. 이 그래프는 찰스 킬링이라는 한 명의 끈질긴 과학자 덕분이다. 1955년, 킬링은 거무스름한 도시 옥상에서부터 청정한 황야 숲에 이르기까지 모든 종류의 환경에서 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 기구를 고안했다. 킬링은 레벨이 달라질 수 있다고 생각하는 곳 어디에서나 강박적으로 이산화탄소를 측정했다. 그는 밤낮을 가리지 않고 이산화탄소를 측정했다. 그는 하와이 산꼭대기와 남극에서 연속적인 이산화탄소 측정을 시작했다. 킬링의 한 동료는 기자에게 "켈링의 두드러진 특징은 이산화탄소를 측정하려는 압도적인 욕구가 있다는 것이다. 그는 그것을 의욕적으로 측정하기를 원한다. 그것의 모든 현상, 대기권내 그리고 해양학적 형태로 측정한다. 그리고 그는 평생동안 이 일을 해냈다." 킬링은 여전히 전세계에서 이산화탄소를 측정하고 있다.
Keeling discovered very early that CO2 in the Earth’s atmosphere cycles daily. CO2 in the air increases measurably at night when plants shut down photosynthesis for the day, and then hits a low in the sunny afternoon as the plants go full steam turning CO2 into vegetables. A few years later Keeling observed a second cycle: a hemispherical seasonal cycle of CO2, low in summer and peaking in the winter for the same reason CO2 peaks at night: no greens at work to eat it. But it is the third trend Keeling discovered that has focused attention on the dynamics of the atmosphere. Keeling noticed that the lowest level of CO2, no matter where or when, would never sink beyond 315 ppm. This threshold was the ambient, global CO2 level. And he noticed that every year it rose a little higher. By now, it’s 350 ppm. Recently, other researchers have spotted in Keeling’s meticulous recordings a fourth trend: the seasonal cycle is increasing in amplitude. It is as if the planet breathes yearly, summer (inhale) to winter (exhale), and its breath is getting deeper and deeper. Is Gaia hyperventilating or gasping?
킬링은 지구의 대기 중 이산화탄소가 매일 순환한다는 것을 아주 일찍 발견했다. 식물이 하루를 마치며 광합성을 차단 하는 밤에 공기 중의 CO2는 상당히 증가한다. 그리고 나서 식물이 이산화탄소로 바뀐 가득 찬 증기를 식물에게로 들어가는 화창한 오후에 최저치를 기록한다. 몇 년 후 킬링은 두 번째 사이클인 CO2의 반구형 계절 주기 즉 여름에는 낮고 밤에는 CO2가 최고조에 달한 것과 같은 이유로 겨울에 최고조에 달한다는 것을 관찰했다. 일을 할 때 어떤 식물도 CO2를 먹지 않는다. 그러나 킬링이 발견한 세 번째 경향은 대기의 역학관계에 관심을 집중시킨 것이다. 킬링은 언제 어디서든 가장 낮은 수준의 CO2가 결코 315ppm 이상 가라앉지 않을 것이라는 것을 알아차렸다. 이 임계 값은 주변, 전지구적 CO2 수준이었다. 그리고 그는 그것이 매년 조금 더 높게 상승한다는 것을 알아차렸다. 최근, 다른 연구원들은 킬링의 꼼꼼한 기록에서 계절 주기가 진폭으로 증가하고 있다는 네 번째 추세를 발견했다. 그것은 마치 이 행성이 연간 숨쉬는 것 같다. 여름(들이마심)에서 겨울(내쉼)까지. 그리고 그 행성의 숨결은 점점 더 깊어지고 있다. 가이아는 과호흡인가, 숨이 가빠지는 것인가?
Bio2 is a miniature Gaia. It is a small self-enclosed world with its own miniature atmosphere derived from living creatures. It is the first whole atmosphere/biosphere laboratory. And it has a chance to answer some of the tremendous questions science has about the workings of the Earth’s atmosphere. Humans are inside the test tube to prevent the experiment from crashing, to divert the trials from overt crisis. The rest of us humans are outside, but inside the test tube of planet Earth. We are fiddling with Earth’s atmosphere, yet haven’t the slightest idea of how to control it, or where the dials are, or even if the system really is out of kilter and in crisis. The Bio2 experiment can offer clues to all those questions.
바이오2는 미니어처 가이아다. 생물체로부터 파생된 자체적인 미니어처 분위기의 작은 자폐 세계다. 그것은 최초의 전체 대기권/생물권 실험실이다. 그리고 그것은 과학이 지구 대기의 작용에 대해 가지고 있는 몇 가지 엄청난 질문들에 대해 대답할 가능성을 가지고 있다. 인간은 실험이 충돌하는 것을 방지하고, 실험이 명백한 위기에서 벗어나도록 하기 위해 시험관 안에 있다. 나머지 우리 인간들은 밖에 있지만, 지구의 시험관 안에 있는 것이다. 우리는 지구의 대기를 만지작거리고 있지만, 그것을 어떻게 조절할 것인지, 다이얼이 어디에 있는지, 혹은 시스템이 정말 상태가 안 좋아져 위기에 처해 있다고 해도 전혀 알지 못하고 있다. 바이오2 실험은 그 모든 질문에 대한 단서를 제공할 수 있다.
The atmosphere of Bio2 is so sensitive that the CO2 needle rises when a cloud passes over. The shade momentarily slows green manufacturing, which momentarily lets the input flow of CO2 back up, which immediately registers as a blip at the CO2 meter. On a partly cloudy day Bio2’s CO2 graph shows a string of little atmospheric hiccups.
바이오2의 대기는 구름이 지나갈 때 CO2 자침이 떠오를 정도로 민감하다. 이 음영으로 청정생산이 일시적으로 느려져 CO2의 입력 흐름이 즉시 백업되게 한다. 즉 CO2 미터에 기록으로 등록된다. 부분적으로 흐린 날 바이오2의 CO2 그래프는 일련의 작은 대기 중 하락을 보여준다.
Despite all the attention CO2 levels have garnered in the past decade, and despite all the scrutiny agriculturists have given to the carbon cycle in plants, the fate of carbon in the Earth’s atmosphere is a puzzle. It is generally agreed by climatologists that the curve of increasing CO2 within modern times very roughly matches the rates of carbon-burning by industrial humans. That neat fit leaves out one astounding factor: when measured more precisely, only half of the carbon now burned on Earth remains in the atmosphere as increased CO2 levels. The other half disappears!
지난 10 년 동안 CO2 수준에 대한 모든 관심이 있었음에도 불구하고, 모든 정밀한 농업 학자들이 식물의 탄소 순환에 대해 모든 주의를 기울였음에도 불구하고 지구 대기권에서 탄소의 운명은 수수께끼다. 기후학자들은 일반적으로 현대에서 CO2를 증가시키는 곡선이 산업인류들에 의한 카본 연소율과 매우 대략적으로 일치한다는 것에 동의한다. 이 기막힌 적합성은 한 가지 놀라운 요소를 배제한다. 더 정확하게 측정했을 때, 현재 지구상에서 연소된 탄소의 절반만이 CO2 수치가 증가함에 따라 대기 중에 남아있다. 나머지 반은 사라진다!
Theories for the lost carbon abound. Three theories dominate: (1) it is being dissolved in the ocean, and then it precipitates to the sea bottom as carbon rain; or (2) it is being deposited in soils by microbes; or (3), most controversial, the lost carbon is fueling growth of the world’s savanna grass, or being turned into tree wood, on an imperceptible but massive scale that we haven’t yet been able to measure. CO2 is the accepted limiting resource for the biosphere. At 350 ppm, the concentration of carbon dioxide is only a faint .03 percent—a mere trace gas. A field of corn in full sunshine will deplete the available trace CO2 within a zone three feet above ground in under five minutes. Even small increases in CO2 levels can boost biomass production significantly. Accordingly, says this hypothesis, wherever we aren’t cutting down forests, trees are putting on extra weight due to the 15 percent of additional CO2 “fertilizer” in the air, perhaps even at a rate greater than they are being destroyed elsewhere.
잃어버린 탄소에 대한 이론이 풍부하다. 세 가지 이론이 지배적이다. (1) 바다에 용해된 다음, 탄소 비로서 해저로 침전하거나, (2) 미생물에 의해 토양에 침전되고 있거나, (3) 가장 논란이 되고 있는, 잃어버린 탄소는 우리가 아직 측정 할 수 없는 미세하지만 거대한 규모로 세계의 사바나 목초의 성장을 부채질하고 있거나 나무 숲으로 변하고 있다. CO2는 생물권에 허용되는 제한 자원이다. 350ppm의 이산화탄소 농도는 미량 가스인 0.03%에 불과하다. 햇볕이 충분히 쬐는 옥수수 밭은 5분 이내에 땅 위 3피트 지점 내에서 이용 가능한 미량 CO2를 고갈시킬 것이다. CO2 수준의 작은 증가도 바이오매스(생물 자원(에너지원으로서의 생물체와 그 배출물의 총체)) 생산을 크게 증가시킬 수 있다. 따라서, 이 가설은, 우리가 숲을 베지 않는 곳 어디에서든, 나무는 공기 중에 추가적인 CO2 "비료기"의 15% 때문에, 아마도 다른 곳에서 파괴되는 것보다 더 큰 비율로, 추가적인 무게를 지니고 있다고 말한다.
So far, the evidence is confusing. But in April of 1992, two studies published in Science claimed that the ocean and biosphere of Earth are indeed stockpiling carbon at the scale needed. One article showed that European forests have gained 25 percent or more treeflesh since 1971—despite the negative effects of acid rain and other pollutants. But hardly anyone has looked at the global carbon budget in detail. Our global ignorance of the global atmosphere makes the Biosphere experiment very promising. Here in the relatively controlled conditions of a sealed bottle, the links between an operating atmosphere and a living biosphere can be explored and mapped.
지금까지 증거는 혼란스럽다. 그러나 1992년 4월에 Science에 발표된 두 연구에서는 지구의 해양과 생물권이 실제로 필요한 규모로 탄소를 비축하고 있다고 주장했다. 한 기사는 산성비와 다른 오염물질의 부정적인 영향에도 불구하고 1971년 이후 유럽의 숲이 25% 이상 나무껍질을 얻었다는 것을 보여주었다. 그러나 지구상의 탄소 비축량을 자세히 살펴본 사람은 거의 없다. 지구 대기에 대한 우리의 포괄적인 무지는 Biosphere 실험을 매우 유망하게 만든다. 밀봉된 병들의 상대적으로 제어되는 조건에서, 제어되는 대기와 살아있는 생물권 사이의 연결을 탐색하고 배치할 수 있다.
The amounts of carbon in the atmosphere, in the soil, in the plants, and in the ocean of Bio2 were carefully measured before closure. As the sun heated up photosynthesis, the carbon was moved from air to living things by measurable amounts. Each time any plant material was harvested, it was laboriously weighed and recorded by the biospherians. They could perturb the system slightly to see how it changed. For instance, when Linda Leigh “turned on the savanna” with artificial summer rains, the biospherians made simultaneous measurements of carbon levels in all domains of subsoil, topsoil, air, and water. They compiled a rich chart of where all carbon lies at the end of two years. By saving dried samples of leaf clippings, they also traced (somewhat) the route that carbon traveled within the surrogate world by following shifts in the ratio of naturally occurring carbon isotopes.
대기권, 토양, 식물, 바이오2의 바다에서의 탄소의 양은 폐쇄되기 전에 주의 깊게 측정되었다. 태양이 광합성을 가열함에 따라 탄소는 측정 가능한 양에 의해 대기에서 생물로 이동되었다. 모든 식물 재료가 수확될 때마다, 그것은 바이오스피리언들에 의해 힘들게 계량되고 기록되었다. 그들은 그것이 어떻게 변했는지 보기 위해 시스템을 약간 교란시킬 수 있었다. 예를 들어, Linda Leigh가 인공 여름 강우로 "사바나를 긴급 공격"했을 때, 바이오스페리인들은 토양, 토층, 공기, 물의 모든 영역에서 탄소 수치를 동시에 측정했다.
Carbon was only the first mystery. But the riddle deepened. Oxygen levels were lower inside Bio2 than outside. Oxygen dropped from 21percent of the Bio2 atmosphere to 15 percent. A 6 percent drop in oxygen concentration was equivalent to Bio2 being transported to a site at a higher elevation, with a thinner atmosphere. The residents of Lhasa, Tibet, thrive at a similar, slightly reduced oxygen level. The biospherians experienced headaches, sleep loss, and fatigue. Though not catastrophic, the drop in oxygen levels was bewildering. In a sealed bottle, where does disappearing oxygen go?
탄소는 첫 번째 미스터리에 불과했다. 그러나 수수께끼는 더 깊어졌다. 산소 농도는 외부보다 바이오2 내부에서 더 낮았다. 산소는 바이오2 대기의 21%에서 15%로 떨어졌다. 6%의 산소 농도 감소는 바이오2가 공기가 더 희박한 더 높은 고도의 부지로 이전하는 것에 상당항다. 티벳의 라싸 주민들은 비슷하고 약간 줄어든 산소 농도의 환경에서 번성하고 있다. 그 바이오스피리언들은 두통, 수면 감소, 피로를 경험했다. 비록 재앙은 아니지만 산소 농도의 하락은 당황스러웠다. 밀봉된 병에서, 사라지는 산소는 어디로 가는가?
|