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온실효과란
지구의 기온이 생물들이 서식하기에 적절한 수준으로 유지되기 위해서는 온실기체의 역할이 주요하다. 만약 온실가스가 없다면 지표면의 연간 평균 온도는 영하 18도가 되어 지구상에 생명체가 존재하기 어려울 것이다. 현재 지표면 연간 평균 온도인 영상 15도를 유지하는 데 있어서 온실기체가 큰 역할을 하는 것이다. 하지만 이 기체들이 적정한 양 이상으로 증가하게 되면, 온실기체가 흡수하고 방출하는 에너지가 과다하게 되어 지구의 열평형에 변화가 생기고 결국 '자연적 온실효과'에 의한 적절한 기온보다 지구의 평균기온이 상승하게 된다. 이를 '강화된 온실효과'라 하며 이로 인해 지구가 자연적인 상태보다 지나치게 더워지는 현상을 '지구온난화'라고 한다.
온실가스의 역할
온실가스는 지구와 같은 행성의 표면 온도를 높이는 대기 중의 가스입니다. 그들을 다른 가스들과 구별하는 것은 그들이 행성이 방출하는 복사 파장을 흡수하여 온실 효과를 낸다는 것입니다. 지구는 햇빛에 의해 따뜻해져서 표면이 열을 발산하는데, 열은 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 오존(O3)에 의해 대부분 흡수됩니다. 온실가스가 없다면, 지구 표면의 평균 온도는 현재 평균 15°C가 아니라 약 -18°C가 될 것입니다.
하지만 산업혁명이 시작된 이래 인간의 활동은 대기 메탄 농도를 150% 이상 증가시켰고 이산화탄소를 50% 이상 증가시켰으며 3백만 년 동안 볼 수 없었던 수준까지 증가시켰습니다. 이산화탄소는 지구 온난화의 약 4분의 3을 야기하고 있으며 탄소 순환에 의해 완전히 흡수되는 데 수천 년이 걸릴 수 있습니다. 메탄은 남은 온난화의 대부분을 야기하며 평균 12년 동안 대기에서 지속됩니다.
인간이 배출하는 이산화탄소의 대부분은 주로 석탄, 석유 및 천연가스의 연소에서 발생합니다. 추가적인 기여는 시멘트 제조, 비료 생산 및 삼림 벌채와 같은 토지 사용의 변화에서 발생합니다.
온실가스 배출량과 온난화
기후 변화를 완화하려면 온실가스 배출량을 줄이고 대기 중의 온실가스를 흡수하는 탄소 흡수원을 늘려야 합니다. 1.5°C 이하로 온난화를 제한하기 위해서는 2050년까지, 2°C 이하로 온난화를 제한하려면 2070년까지 전 세계적으로 탄소 중립으로 만들어야 합니다. 이를 위해서는 에너지, 토지, 도시, 교통, 건물, 산업 등 여러 분야에서 전례 없는 규모의 광범위하고 체계적인 변화가 필요합니다. 유엔 환경 계획(UNEP)은 각국이 온난화 정도를 2°C 이하로 제한하기 위해 향후 10년 이내에 파리 협정에서 제시한 각국 온실가스 감축 목표(NDC)를 3배로 늘려야 한다고 추정합니다. 1.5°C 제한 목표를 달성하기 위해서는 훨씬 강력한 수준의 온실가스 배출 감축이 필요합니다.
장파 방사선을 흡수하고 방출할 수 있는 가스는 적외선 활성이라고 하며 온실가스로 작용합니다. 분자가 두 개의 다른 원자를 갖는 대부분의 가스와 세 개 이상의 원자를 가진 모든 가스는 적외선 활성이며 온실가스로 작용합니다. 원자가 하나뿐인 기체 또는 두 개의 동일한 원자는 적외선을 활성화하지 않습니다. 그들은 장파 방사선에 투명하며 실용적인 목적을 위해 장파 방사선을 흡수하거나 방출하지 않습니다. 이러한 가스는 건조한 대기의 99% 이상을 차지합니다. 온실가스는 특정 파장 범위 내에서 장파 복사를 흡수하고 방출합니다. 온실가스가 방사선을 흡수할 때 획득한 에너지를 열 에너지(즉 가스 분자의 운동 에너지)로 주변 공기에 분배합니다. 에너지는 분자 충돌을 통해 온실가스 분자에서 다른 분자로 전달됩니다. 때때로 말하는 것과는 달리, 온실가스는 흡수 된 광자를 "재방출"하지 않습니다. 각 분자는 초당 수십억 번의 충돌을 경험하기 때문에 온실가스 분자가 광자를 흡수하여 받는 모든 에너지는 새로운 광자가 방출되기 전에 다른 분자로 재분배됩니다. 별도의 공정에서 온실가스는 대기 온도에 의해 결정되는 속도로 장파 복사를 방출합니다. 이 열 에너지는 다른 온실가스 분자에 흡수되거나 대기를 떠나 냉각됩니다.
지구의 온난화 수준을 1.5~2°C로 제한할 수 있는 단 하나의 방법은 없으며 대부분의 시나리오와 전략에서는 필요한 만큼의 온실가스 감축량을 발생하기 위해서 다양한 재생 에너지의 사용 증가와 함께 에너지 효율도 높여야 한다고 보고 있습니다. 생태계의 압력을 줄이고 탄소 흡수 능력을 높이기 위해서는 산림 벌채를 막고 산림 재조림을 통해 자연 생태계를 복원하는 등 농업과 임업 분야에서도 변화가 필요합니다.