NO-return point & Tipping point

NO-return point & Tipping point

1. 스티븐 호킹의 발언

사진 1. 스티븐 호킹

출처 : 조선일보

평소에 그가 남긴 인류에 대한 예측이 재조명 되고있다.

지구라는 바구니 안에 모든 계란을 넣어두고 있다는 점에 큰 우려를 표하였다.

지구보다 지구 위의 삶에 관심을 가진 그는 인류가 다른 행성을 찾아 영구 정착할 수 있어야 한다고 지난 수 년 동안 강조하였다. 2014년 BBC와의 인터뷰에서 인류는 일찌감치 멸종 수준의 맞이하게 될 것이라고 지적하였는데, 인공지능을 비롯하여 기후변화, 핵전쟁 등 인류 스스로에 의하여 먼저 멸망할 가능성이 크다는 것이었다.

그 중 기후변화는 호킹 박사가 경고한 인류 종말의 대표적인 원인 중 하나이다. 지구온난화 수준이 돌이킬 수 없는 상태에 도달하는 이른바 티핑 포인트(tipping point)를 우려한 것으로 호킹 박사는 “인류는 지구온난화를 되돌릴 수 없는 시점에 가까이 와있다. 금성처럼 지구의 기온이 460도까지 치솟고 황산 비가 내리기 전에 지구를 떠나라”고 말하였다.

더불어 “향후 100년은 우리에게 가장 중요한 시기가 될 것이며, 기후 변화는 우리가 마주한 가장 큰 위험 중 하나이지만, 지금 행동한다면 해결할 수 있다.”고 덧붙이며, 미국의 파리기후 협약 탈퇴 결정에 관하여 지구의 환경과 아이들이 위협에 처해있다고 우려하였다.

 

 

2. NO-return point & Tipping point

 

그림 1. NO-return point와 Tipping point

출처 : Job One

Tipping point는 어떠한 현상이 진행될 때 그 속도가 급격해지는 지점이다. 그리고 NO-return point는 Tipping point 이전에 위치하며, 현상이 진행되기 이전으로 되돌아 갈 수 없는 지점을 의미한다.

이 두 지점은 서로 인접하여 있을 수도 있고, 멀찍이 떨어져 있을 수도 있다. 간단한 시스템인 경우 이 두 지점은 매우 인접해 있으며, 복잡한 시스템일수록 이 두 지점은 떨어져 위치한다. 예를 들어, 유리잔과 같은 간단한 시스템의 경우 유리잔에 금이 갈 정도의 외력이 작용해야만 유리잔이 깨질 수 있는데 이는 NO-return point와 Tipping point가 인접해 있는 것이다. 반면, 인체와 같이 복잡한 시스템에서는 혈당 관리만 안 될지라도 점차 당뇨가 심해지다가 한 순간에 손발이 썩어 들어가게 되는데 이는 NO-return point가 Tipping point 보다 훨씬 이전에 위치함을 의미한다.

 

그림 2. 유리잔과 인체의 NO-return point & Tipping point

기후 시스템은 태양에너지, 대기 운동, 복사에너지, 해양 및 지상 생태계, 지구의 자전 및 공전, 오존층 및 대기권 등 다양한 요인이 복합적으로 작용하는 매우 복잡한 생태계이다. 환경학자들이 예상하는 지구온난화의 Tipping point는 2℃ & Carbon 500ppm이다. 하지만, 그 이전에 존재하는 NO-return point는 어느 지점인지 예측이 불가능하다. 어쩌면 이미 돌이킬 수 없는 상황에 놓여있을지도 모르는 상황이다.

 

 

3. 결과; 기후변화 시나리오

 

 그림 3. Key Global Warming Tipping point 11가지

출처 : Job One

위 그림은 환경학자들dl 제시하는 기후, 인간, 상태계와 상호작용하는 11가지의 Key Global Warming Tipping point를 나타냈다.

 

1. Increase of melting ice

2. Decrease of Albedo effect

3. Release of methane from polar permafrost

4. Increase of water vapor in atmosphere

5. Carbonation & Acidification of ocean

6. Increase of atmospheric heat capture

7. Loss of forest

8. Increase of carbon absorption of soils

9. Change of major ocean current

10. Increase of pandemic potential

11. Increase of weight of water

 

빙하가 녹고, 해양으로 유입되는 물의 양이 증가하고 해수면이 높아진다. 빙하가 사라지면 하얀색의 눈이 빛을 반사하는 알베도 효과가 감소하여 지구에 흡수되는 에너지량이 증가한다. 지구에 흡수되는 에너지는 열로 전환되어 온난화를 가중하고 빙하의 양을 감소시키는 양의 피드백 관계를 가진다. 대기온도가 상승하면 빙하 뿐만 아니라 녹지 또한 감소하게 되고, 대기중의 수증기양이 증가한다. 수증기는 대기상의 가장 많은 온실가스로 지구복사에너지를 흡수하여 지구온난화를 일으키는데, 수증기양의 증가와 온실효과는 서로 양의 피드백 관계를 가져 온실효과와 수증기양 증가가 더욱 가속될 것이다.

점차 토양과 바다가 과열되어 시베리아를 비롯한 북극 주변 영구 동토층, 툰드라, 바다 및 호수의 온도가 높아져 그 지하에 매장된 대규모의 메탄 가스가 대기로 유출된다. 연구결과에 따르면 1.5~2℃의 온도상승만으로도 일반적인 영구 동토층이 녹기 시작한다. 메탄의 온난화 지수는 이산화탄소의 21배로 메탄이 대기로 유출되는 순간 대기의 온도는 가파르게 상승하고, 높아진 대기 온도에 의하여 여러 물질이 반응하는데, 안전한 화학에너지 준위를 찾아가는 화학반응의 원리에 의하여 대부분의 탄소가 안정한 물질인 이산화탄소가 되고 대기의 산소는 탄소와 만나 이산화탄소가 되어 버린다.

대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 해양으로 이산화탄소가 과하게 용해되고, 탄산(HCO3-)과 수소 이온(H+)의 양이 증가하여 해양의 산성화가 진행된다. 해양 산성화로 일부 산호 및 식물/동물성 플랑크톤의 생물 생산성이 저하되고 해양 생태계의 석회화가 진행된다. 해양 생태계는 지구에서 소요되는 산소의 30~50%를 생산하므로, 생태계는 기후 회복력을 더욱 상실한다. 온난화로 인해 식량 생산량이 급감하여 인류는 전세계적인 기아에 빠지며, 전염병 및 변종 박테리아의 등장 가능성이 높아진다. 더 나아가 지구에 존재한 물의 총량이 많아져 바다의 중량 변동으로 지진이나 화산활동과 같은 지각활동까지 활성화 될 수 있다.

이러한 과정의 전체를 아우르는 ^*Keystone Tipping point는 영구 동토층이 녹기 시작하는 1.5~2℃의 평균온도 상승 혹은 대기중 탄소 농도의 500ppm 돌파이다. (2018년 9월의 대기중 탄소농도는 413ppm 이하) 지구의 지질학적 역사에서 대기중 탄소 농도가 500ppm이 넘는 사건마다 해수면이 70미터 상승하는 결과가 필연적으로 발생하였다. 탄소농도가 500ppm를 넘어서면 지구의 평균온도는 순식간에 4℃가 상승하는데, 이는 탄소 농도의 증가를 더욱 촉발하며 25~30년 내에 탄소농도를 600ppm으로 상승시킨다.

이러한 과정에서 인류는 국가 및 사회 불안정, 경제 붕괴 및 전쟁의 문제를 겪으며 멸망하고, 종말의 지구는 금성과 같이 이산화탄소가 대기의 주성분이고, 대기온도는 640℃까지 치솟으며, 하늘에서는 황산비가 내리며, 생명이 살수 없는 행성이 된다.

 

그림 4. Tipping point의 상호작용

출처 : Job One

지구는 단순히 평균온도가 2℃오르거나 대기중 탄소농도가 500ppm을 넘어서는 것 만으로도 빠르게 온난화가 가속될 수 있는데, 이는 Tipping point일 뿐 그 이전에 존재하는 NO-return point를 알 수 없는 것이 큰 문제점이다. Tipping point까지도 얼마 남지 않은 현재의 지구는 이미 NO-return point를 넘어섰는지 알 수 없으며, 이것이 우리가 당장 변화해야 하는 이유이다.

 

^*Keystone Tipping point : 매우 중요한 유형의 Tipping point

 

 

4. 참고문헌

1) Denman, K.L., G. Brasseur, A. Chidthaisong, P. Ciais, P.M. Cox, R.E. Dickinson, D. Hauglustaine, C. Heinze, E. Holland, D. Jacob, U.Lohmann, S Ramachandran, P.L. da Silva Dias, S.C. Wofsy and X. Zhang, 2007: Couplings Between Changes in the Climate System and Biogeochemistry. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller(eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

2) 『The 11 key Global Warming Tipping points』, Job One

http://www.joboneforhumanity.org/climate_tipping_points