지구를 구한다는 거짓말

[박대선]

 지구를 구한다는 거짓말를 우연히 읽었다. 수산학 서적을 읽으면서 지구에 초대륙이 나뉘고 다시 뭉치는 과정을 반복하고 빙하기와 간빙기가 반복되어 태평양의 생선이 대서양으로 이동할 수있었다는 저자의 내용에 공감했던 적이 있다. 설국열차는 기후온난화를 막기위해 지구 대기권에 살포한 물질의 부작용으로 빙하기가 도래하면서 발생하는 내용을 그리고 있다. 기후변화에 대응하기위해 2050년까지 탄소배출을 제거한다는 것은 내가 일하는 분야인 해운업에도 막대한 영향을 끼치는데 벙커유를 천연가스 등으로 교체해야 하기 때문이다.

그런데 17세기 임진왜란이나 병자호란보다 상태가 더 나빴다는 경신대기근으로 100만명이 아사 혹은 병사하게 된 원인이 한파였고 그 원인이 태양활동저하로 인한 소빙하기의 도래로 국지적 이상기후발생임을 생각해보면, 저자의 주장대로 지구의 기후는 사람이 바꾸는 것보다 태양과 바다, 그리고 구름의 영향이 훨씬 크다고 생각하기도 했다. 그래서 여러 읽을 책중에 우선적으로 선택하였다. 우리의 시간은 한정되었기 때문이다.  참고로 같은 시기에 인도에서도 데칸 대기근으로 5백만명이 죽었고 일본에도 칸에이대기근이 발생했다.  

저자에 의하면 그린란드 빙하가 줄어드는 속도는 80년전과 비슷하다고 한다. 그는 물리학자로 석유회사에서 기후변화를 막기위해 일했고 오바마 정부의 과학차관을 기후변화정책을 주도하기도 했다. 하지만 이를 위한 워크샵을 하면서 현재 기후과학의 수준이 인간과 자연이 미치는 영향을 구분하거나 장기예측을 할 정도가 아니라는 것을 알게 되었고 기후모델도 정교하지 않다는 것을 느끼면서 이면을 파악하다보니 과학적 근거가 과대표장되있다고 판단하고 기후변화에 대한 인식을 개선하기위해 노력하고 있다. 

2016년전 지표의 평균온도는 14.85도였고 불확실 구간은 1시그마가 0.07도였다. 즉 14.78도에서 14.92도사이일 확률이 2/3라는 의미다. 만약 2016년의 기온이 14.85도이고 2005년에는 14.54도였다면 그 차이는 0.31도로 4시그마에 해당되므로 높은 확률로 기온이 상승했다고 주장할 수있다. 2015년의 경우는 0.04도의 상승만 있었으므로 1시그마보다 절반이하이므로 기온이 상승했다고 주장하기 어렵다. 2시그마는 95%, 3시그마는 99%의 확률을 의미하는 것은 확률을 배운 사람이라면 모두 알고 있는 상식이기도 하다. 차이가 1시그마이상인 경우만 의미가 있는 것으로 보는 것이 일반적이다. 0

기상은 매년 다르고 하루중에도 바뀐다. 하지만 기후는 보통 30년동안의 평균으로 정의된다. 미국 북부에서 남부로 이사하는 경우는 기후가 중요하다. 모피코트는 처분하고 에어컨을 사야하기 때문이다. 하지만 매일의 기상은 아침에 우산을 챙기는지나 온도의 강하로 인해 코트를 껴입는지에 대한 정보로 사용된다. 1900년에는 인구가 1/5에 불과했고 대부분 농업에 종사해서 인간의 영향이 작았다. 1950년대 후반에도 인구가 1/4로 늘고 산업화도 진행되었지만 기온은 오히려 내려갔고 이는 1980년까지 지속되었다. 구체적으로 1940년부터 40년간 10년마다 0.05도가 낮아졌고 1980년부터 40년간은 0.09도가 증가하고 있다. 

지구의 기후에서 대기가 차지하는 부분보다 물, 얼음과 눈, 육지, 그리고 생물 등이 훨씬 더 크다. 그중 바다는 기후시스템에서 90%이상의 열을 보유하고 있는데 기후 관측은 육지에서 1200키로미터마다 이루어지고 있을 뿐이다. 바다는 육지의 두배이상의 표면적을 가지고 있고 평균 깊이도 3700미터에 달해 육지와 같이 1200키로미터마다 측정하는 것이 거의 불가능하다. 수면의 온도를 인공위성으로 측정하기 시작한 것은 50년이전에 불과하여 장기간의 기록도 없고 아르고프로그램으로 3800개의 로봇부표를 사용하여 수심 2키로이하의 온도와 염도를 측정하기 시작한 것은 고작 20년전일 뿐이다.

아르고는 경도3도와 위도 3도마다 하나씩 배치하는 25키로정도의 구체로 수심 1000미터에 위치한다. 고위도일수록 경도의 거리가 짧기에 더 밀도가 높다. 부레와 같은 방식을 활용하여 수면으로 부상하여 위성에 자료를 송신하기도 하고 수심 2키로나 6키로까지 하강하여 염도와 수온을 측정하기도 한다. 한국을 포함하여 전세계에서 기여하고 자료도 공유하는데 시작한지 10년만에 기존 40년간 측정한 것의 두배의 자료를 확보하게 되었다. 

신뢰할만한 온도계는 1714년에 만들어졌다. 하지만 사용은 1800년대에 이르러서야 널리사용되어서 그 이전의 기간에 대해서는 대리지표를 사용하여 유추한다. 이를 1500년간 비교하면 수세기동안 따뜻하던 기온이 1000년경부터 떨어져 소빙하기가 되었다가 1450년부터 400년간 이례적으로 추운 시기가 지속된후 현재까지 계속해서 온도가 빠르게 높아져서 최근 30년이 가장 온난하다는 것은 시그마1의 가능성을 가진다. 하지만 이를 15000년으로 확대해보면 2만년전의 빙하기를 기준하여 1만년간 5도정도 따뜻해지고 이후 1만년간 이 상태가 지속되고 있다. 빙하기전에는 지금보다 2도이상 더 따뜻했다. 1

지구의 온도는 태양열에 의해 증가하고 적외선방출에 의해 감소한다. 태양열은 30%가 반사되는데 이는 바다가 가장 적고, 육지, 구름, 눈/얼음 순으로 증가한다. 구름이 5%증가하면 반사율은 31%가 되고 이는 이산화탄소가 2배가 되어 나타나는 온난화효과를 상쇄시킬 정도의 수준이다. 그래서 설국열차의 가정이 사실 과학적인 근거가 있는 설정이라는 것을 확인 할 수있다. 이 반사율을 알베도라고 하는데 하얀을 뜻하는 라틴어 알부스에서 유래했다. 

알베도는 위성을 사용하여 측정한다. 하지만 지구반사광을 활용하면 불확실성은 2배로 증가하기는 하지만 소형 망원경과 카메라만 있으면 되므로 비용이 1000분의 1로 감소한다. 초승달은 태양빛의 반사고 어두운 부분을 필터로 보면 지구빛의 반사를 비교하는 방법으로 사용할 수있다. 반사열을 지연시키는 것은 수증기의 역활이 90%이상이다. 하지만 수증기는 기상에 따라 가변적이므로 다음으로 7%를 담당하지만 대기중에 일정하게 분포한 이산화탄소가 더 중요하게 생각된다. 

기온이 3도증가하면 평균 15도의 20%가 된다. 하지만 이를 화씨로 계산하면 10%로 감소하고 절대온도를 사용하면 1%에 그친다. 이산화탄소외에도 많은 요인이 있다는 것도 정확한 효과파악을 어렵게 한다. 예를 들어 1991년 피나투보 화산폭발이후 15개월간 지구온도는 0.6도가 낮아졌는데 이는 화산폭팔로 비산된 에어로졸이 알베도를 증가시켰기 때문이다. 태양의 강도는 더욱 큰 변화를 유발시킨다. 이를 종합하면 인간이 미치는 영향은 1%에 그친다. 결국 나머지 99%가 무엇에서 영향을 받는지를 밝히는 것이 훨씬 중요하다. 2 

45억년전에 지구가 탄생하면서 일정한 양의 탄소를 보유하고 있다. 가장 많은 곳은 지각으로 19억기가톤으로 거의 대부분을 차지한다. 다음이 바다로 4만기가톤, 화석연료에 1만기가톤, 생물에 2천기가톤, 그리고 대기에 850기가톤이 있다. 지각을 제외하더라도 대기에는 바다의 2%에 불과한 소량을 가지고 있을 뿐이다. 3 기후모델은 육지에서는 3면의 거리가 각 100키로로 만들고 수직으로는 20층으로 나눈 격자를, 바다에서는 10키로로 30층으로 만드는데 그 결과 육지에 100만개와 바다에 1억개의 격자가 기본적으로 생성된다. 

산이나 구름에 의해 격자내의 조건이 달라지므로 격자를 몇 개로 다시 구분해야 한다. 특히 구름의 영향이 큰데 기본 물리학 법칙과 기상관측을 활용하지만 주관적인 판단이 개입될 수밖에 없다. 그 결과 모델의 결과는 실측치와는 물론 각 모델별로 제각각인 수치를 제시하게 된다. 또한 20세기 기온상승이 3도라고 하는데 각 모델 마다의 평균기온이 3도나 차이가 나니 기온상승이 된다고 말하기도 어려운 수준이다. 더 큰 문제는 더 정교한 모델이 개발될 수록 그 차이는 더 커진다는 점이다. 

빙하기는 지금까지 4번이 있었고 마지막인 제4빙하기는 10만년간 지속되다 1만년전에 끝나고 지금은 제4간빙기다. 밀란코비치주기에 의하면 지구자전축은 세차운동으로 26천년마다 한바퀴를 회전한다. 또한 황도면에 대한 자전축의 경사는 41천년마다 21.5도에서 24.5도를 반복하게 된다. 이러한 천문학적인 변동으로 지구의 온도는 10만년을 주기로 변동한다고 하고 30만년전에 출현한 현생인류와는 달리 10만년전의 빙하기에 출현하여 북구와 시베리아에 정착한 네안데르탈인은 간빙기에 적응하지 못하고 영양실조로 멸종했다. 4
 
지구의 물은 바다에 97%가 있고 태양에너지에 의해 물순환이 발생한다. 바다에서 증발되는 것이 85%고 육지가 15%인데 대부분은 식물에서 발산된다. 이 수증기는 평균 10일후에 비나 눈으로 다시 지구로 내려온다. 연평균 강수량은 980미리지만 적도에서는 높고 적도에서 올라간 공기가 강우로 인해 건조된후 내려오는  적도 남북의 띠에는 사막이 형성된다. 가장 낮은 곳은 칠레 아리카의 0.6미리고 가장 높은 곳은 인도 모신람의 11,871미리다. 

해수면은 지난 50만년간 빙하기마다 대륙에 빙하가 성장하면서 10만년마다 120미터가 낮아졌다 다시 상승하는 것을 반복하고 있다. 마지막 간빙기의 해수면은 현재보다 6미터가 높다. 8 에너ㅏ지는 필수적이고 변화에 느리다. 미국의 경우 목재사용량이 남북전쟁시와 큰 차이가 없을 정도다. 인구가 증가했는데 탄소배출량이 유지된다는 것은 인당배출량이 줄어들어 좋은 소식인데 이는 석탄을 천연가스로 대체했기 때문이다. 에너지정책전환은 수십년이 걸리는데 그 이유는 인프라변경과 그 투자비용회수에 수십년이 소요되기 때문이다.

탄소배출의 주요소인 전기, 운송, 산업의 배출량이 비슷한데 탄소배출가격에 다른 민감도를 가진다. 2019년 발전에 소요된 연료의 1/4가 석탄이었는데 톤당 39불이었다. 탄소배출가격이 톤당 40불이라면, 석탄발전의 원가는 두배이상이 되지만, 원유는 40%증가에 그치고 주유소 가격은 갤런당 35센트 인상에 해당할 뿐이다. 이는 휘발유 가격상승을 고려하면 큰 차이가 아니기에 전기분야에서 배출량을 줄이는 것이 운송분야보다 훨씬 쉽다. 기본적으로 석유는 석탄보다 탄소당 훨씬 더 많은 에너지를 저장하기 때문이다. 

탄소배출에 상반되는 정책이 추진되고 있는 것을 보면 어쩌면 기후변화에 대한 진실을 알면서도 공해방지를 위해 위장하고 있는지는 아닌지 의심이 되기도 한다. 미국은 태양광패널에 관세를 중과하고 있고 유럽도 에너지효율이 높은 전구에 비슷한 일을 하고 있으며 가장 효과적인 원자력발전에 대해서도 마찬가지다. 그렇다면 이러한 움직임을 역으로 활용해야 할 것이다. 재생가능한 전원은 풍력과 태양광이 있는데 이는 기상변화에 취약하다. 이를 보완하는 시스템이 없으면 전력망의 신뢰도가 손상되어 역효과를 낼 가능성도 크다. 자동차도 전기차보다 하이브리드의 신뢰도가 더 높다. 13
 
보험에 가입하는 이유는 사고를 원해서가 아니고 사고가 발생할 경우에 신속하게 조치하기위해 대비하는 것이다. 탄소배출에 대해서도 보험을 든다면, 지구과학을 이용하여 알베도를 높혀서 열반사도를 높히거나 대기중의 탄소를 흡착하는 방안이 가능할 것이다. 우선 알베도증진은 지붕에 백색페인트를 칠하는 것부터 설국열차와 같이 성층권에 에어로졸을 만드는 방법까지 다양하다. 가장 비용이 적어 효과적인 것은 매년 황화수소를 성층권에 제트기 연료에 넣어 사용함으로써 분무하는 것이다. 탄소흡착은 식물의 광합성을 이용하면 된다. 

다음으로 기후변화에 준비하는 것이 필요하다. 저자는 지진다발지역인 캘리포니아에 거주할 때, 집은 기반 기저부에, 선반은 벽에 단단히 고정시키고, 며칠분의 물과 식량을 비축한 후 보험에 가입했다. 아이들에게 지진비상훈련을 시키고 비상연락망과 대피계획도 작성했다. 14 확실한 것은 발전과 전지분야인듯하다. 에너지는 필수적이기 때문이고 나머지는 정책에 따라 바뀌므로 기회가 될 수도 있다.  

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글을 시작하며

1부 과학-기후위기라는 오해에 대한 과학의 대답
1장 온난화에 대해 말하지 않는 것
2장 인간의 미미한 영향력
3장 탄소 배출량에 얽힌 진실
4장 기후모델은 얼마나 정확할까
5장 기온을 둘러싼 거짓말
6장 태풍은 정말 증가했을까
7장 강수량은 달라졌을까_홍수에서 산불까지
8장 해수면은 무섭게 상승하고 있을까
9장 닥치지 않을 세상의 종말
10장 누가 왜 과학을 망가뜨렸을까
11장 고장 난 과학 고치기

2부 대응-변화하는 기후에 대처하기 위해 무엇을 할 것인가
12장 탄소 제로라는 근거 없는 환상
13장 근거 없는 환상을 바로잡을 수 있을까?
14장 플랜 B
글을 마치며
감사의 말
주