측정데이터에 기반한 기후변화 팩트

[사무국]

통계빅데이터인공지능 분과 윤순창

  과학자들은 현재까지 지구의 나이는 46억 년, 지구상에 인류가 최초로 나타난 시기는 약 400만 년 전이라는 증거들(방사성물질, 화석 등)을 제시하고 있다. 오늘날 전 지구사회가 당면한 기후변화 문제는 미국 Scripps 해양연구소의 Keeling 교수가 하와이의 마우나로아 섬에서 1958년부터 대기 중의 CO2 농도를 측정하기 시작하면서 CO2 농도가 매년 증가하고 있음이 밝혀지면서 대두되었다.

그림 1. Keeling curve : CO2 농도변화 (1958 – 2024)[Scripps 해양연구소 제공: https://keelingcurve.ucsd.edu/]

  이에 따라 1960년대부터 온실기체(CO2, CH4, N2O 등)의 증가에 따른 지구온난화 연구가 활발해지기 시작되었는데, 대기 중에 온실기체가 증가하면 지표면에서 방사되는 지구 복사에너지(파장 2.5㎛~25㎛의 적외선)를 흡수하므로 지구의 평형온도가 상승하여 지구온난화를 유발하기 때문이다. 즉, 햇빛이 대기권의 상층부에 도달하면 대기를 투과하여 지표면에 도달하는 과정에서 약 30%는 대기 밖으로 반사되고, 약 20%는 구름과 에어로졸에 의해 흡수되고 나머지 50% 정도가 지표면에 흡수되는데, 지표면은 흑체복사 법칙에 의해 지표면 절대온도(T)의 4승에 비례하는 지구 복사에너지(적외선)를 대기로 방사하므로 대기권 상부에 도달하는 햇빛의 세기가 일정하고 대기에 온실기체가 없다면, 지표면의 온도는 전 지구 표면이 받는 태양복사 에너지(파장 0.3㎛~2.5㎛의 전자파)의 총량과 지구 복사에너지의 총량이 같아지는 평형온도를 유지하게 된다. 예를 들어, 남극의 빙상(ice sheets)면적이 감소하여 지구의 반사율(알베도)이 감소하면, 지표면에 도달되는 태양복사 에너지의 총량이 증가하므로 지표면의 평형 온도는 지구 복사에너지 총량이 태양복사 에너지 총량의 증가분만큼 증가하여야 평형이 유지되므로 평형온도가 상승하게 된다. 즉, 지구의 알베도가 감소하면 지표면의 평형온도는 상승하고, 알베도가 증가하면 평형온도는 감소하게 된다. 

  대기의 온도도 이와 같은 원리로 대기의 평형온도를 유지하게 되는데, 온실기체는 햇빛을 흡수하지 않고 투과시키고, 지표면에서 올라오는 적외선은 흡수하는 성질이 있으므로 대기 중에 온실기체가 증가하면 대기의 평형온도는 상승하게 된다. 
기후변화 연구가 활발해지면서 기후과학자들은 남극의 얼음층에 포함된 기포 안에 갇혀있던 기체를 분석하여 80만 년 전까지의 CO2 농도와 기온의 변화를 밝혀내었다. 

그림 2. 지난 80만년간 남극 기온과 CO2 농도 변화 [서울대 지구환경과학부 안진호교수 제공]

  그림 2를 보면 지난 80만 년 동안 지구 대기 중 CO2 농도는 300ppm을 초과한 적이 없었으며, CO2 농도와 기온의 변화추세는 양의 상관관계로 일치한다.

  아래의 그림 3은 18세기에 시작된 산업혁명 이후의 CO2 증가를 나타낸다. CO2는 서구의 공업화가 한창인 1950년경부터 급증하여 현재 427ppm에 도달하였고, 매년 2ppm씩 증가하고 있다.

그림 3. CO2 농도변화 (1700 – 2024) 
[Scripps해양연구소 제공 : https://keelingcurve.ucsd.edu/]

  이는 지난 80만 년 동안 지구상에 없었던 일로, 급증하는 CO2에 의해 지구 대기는 더 뜨거워지고 있다. 즉, 대기에 에너지가 증가하여 과거에 없었던 더욱 강한 태풍과 홍수, 폭염 및 산불 등의 극심한 기상재해가 발생하고 있다.
[https://science.nasa.gov/climate-change/evidence/ 참조]. 

□ 기후변화의 과학적 팩트
  1) 지구의 평균 기온은 19세기 후반부터 1℃ 상승 하였고, 공업화 이전(1850~1900) 이전보다는 1.4℃ 상승 하였다. 특히, 1980년부터 지난 40여 년간 기온은 급상승하고 있다.

그림 4. 지구의 평균기온의 변화 (1880~2022)
[https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/?intent=121]

2) 지구가 따듯해지면서 남극과 북극의 빙상(ice sheets)과 고산지대(히말라야, 알프스, 안데스 등)의 빙하(glacier)가 녹아 해수면이 상승하고 있고, 지표면의 알베도가 감소하여 더 많은 햇빛이 지표면에 흡수되어 지구온난화를 가속하고 있다.

그림 5. 해수면의 변화 : 1993~2023 동안 10.3cm 상승[https://climate.nasa.gov/vital-signs/sea-level/?intent=121]

3) 해양은 증가한 열량을 흡수하여 표층수의 온도가 1969년 이후 현재까지 0.33℃ 상승하였으며, 증가한 CO2를 흡수하여 공업화 이전보다 산성도가 30% 증가하였고 이에 따라 세계 곳곳에서 산호초가 죽어가고 있다. [https://science.nasa.gov/climate-change/evidence/].

  이 외에도 미국의 우주항공국(NASA)은 위성 측정을 통하여 그린란드와 남극의 빙상면적, 고산지대의 빙하 및 북반구의 눈 면적(snow cover), 해수면 온도 등의 변화를 모니터링하고 있으며, 최신 측정 결과와 변화추세를 홈페이지(https://science.nasa.gov/climate-change/)에 공개하고 있다.

  또한, 유엔환경계획(UNEP)과 세계기상기구(WMO)는 1988년에 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)를 발족 하여 현재 세계 195개 회원국에서 수천 명의 전문가가 자발적으로 참여하는 실무그룹1에 의한 ‘기후변화의 과학적 근거’, 실무그룹2에 의한 ‘기후변화의 영향, 적응, 취약성’ 및 실무그룹3에 의한 ‘기후변화의 완화 및 경감’ 에 대한 평가보고서를 6차례 발간하여 기후변화의 과학적 근거와 예측, 영향과 취약점 및 완화 방안 등에 대한 고급 정보를 제공하고 있다.  [https://www.ipcc.ch/reports/].

필자소개
서울대학교 지구환경과학부 명예교수
미래지구 한국국가위원회 위원장
한국과학기술한림원 종신회원
한국기상학회 명예회장
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