하늘을 가르는 비행운: 지구 온난화의 숨은 범인

하늘을 가르는 비행운: 지구 온난화의 숨은 범인

                                                                                                                                               16기 곽준우

 

비행운이 뭐지?

  가끔 하늘을 올려다보면 비행기가 지나가고 남은 자리에 일직선의 구름이 보인다. 이것을 '비행운'이라 한다. 많은 사람들은 하늘을 시원하게 가르는 비행운을 보고 단지 비행기가 하늘에 남긴 자국이라 생각한다. 하지만 비행운이 현재 인류가 민감하게 여기는 지구온난화에 큰 영향을 끼친다는 사실은 잘 알지 못한다.

 

[리스본 상공을 가르는 비행운]

출처:NASA

 

 

비행운이 생기는 원리와 구성성분

  항공기는 보통 성층권인 고도 10~12km에서 순항을 하는데, 고도가 높을수록 기온은 내려가고 영하 40도까지 떨어진다. 여기서 항공기 엔진이 배출하는 뜨거운 배기가스가 차가운 공기를 만나 얼음 결정이 되고 이를 '비행운'이라 한다. 비행운은 어떤 공기를 만나느냐에 따라 지속 시간이 다른데 배기가스가 차갑고 습한 공기를 만날 때 비행운이 많은 수증기를 만나 오랜 시간 남아있고, 차갑고 건조한 공기를 만날 때는 수증기가 적어 금방 사라진다. 비행운을 이루는 얼음 결정에는 항공기 엔진이 화석연료를 연소시킨 후 나오는 CO2(이산화탄소), NO(산화질소), CO(일산화탄소) 등이 포함되어 있어 환경오염 및 온실효과를 유발한다.

 

[비행운 형성 원리]

출처: airservices australia

 

 

비행운은 지구 온난화를 왜 유발할까?

양의 복사 강제력 때문이다.

복사 강제력이란? 

  쉽게 말해 지구가 흡수하는 에너지와 우주로 방출되는 에너지의 차이를 말한다. 복사 강제력은 기후변동의 중요한 지표가 되는데, 양과 음으로 나뉜다. 양의 복사 강제력은 지표면 온도를 상승시키는 경향이 있고, 음의 복사 강제력은 지표면 온도를 하강시키는 경향이 있다. 즉, 복사 강제력이 양수면 지구 온난화를, 음수면 지표면 냉각화를 유발한다. 비행운은 구름과 같이 태양에너지를 반사하는 음의 복사 강제력을 띠기도 하지만 얇은 띠의 형태로 그 효과가 미미하다. 지구 온난화는 지구 표면에서 나오는 에너지가 우주로 빠져나가지 못하고 대기에 남아 기온이 올라가는 현상을 말하는데, 비행운은 얼음 결정인 상태에서 CO2를 담고 있어 지구에서 반사되는 에너지를 가두는 역할이 더 크게 작용해 양의 복사 강제력 성질을 띤다. 

  IPCC(기후변화 정부 간 위원회)에 따르면, 1992년 한 해 동안 비행운에 의한 복사 강제력이 20.0 mW/m2라 한다. 이는 항공 교통에서 발생하는 총 복사강제력의 42%에 달하는 양이다. 그리고 2006년 새로운 연구에서, Bock과 Burkhardt는 비행운에 의한 복사강제력이 50.0mW/m2라 밝혔는데, 이 수치는 한 세기 동안 비행으로부터 대기 중에 축적된 CO2의 24.0mW/m2의 두 배에 달한다.

 

[비행운의 복사강제력 시뮬레이션 결과. a는 현재기후와 항공 교통량에 따른 복사강제력, b는 현재 기후와 2050년 항공 교통량에 따른 복사강제력, c는 2050년 예상되는 기후와 항공 교통량에 따른 복사강제력, d는 2050년 예상되는 기후와 항공기의 연료 효율성을 높였다는 가정하에 2050년 항공 교통량에 따른 복사강제력]

출처: 저널 대기화학과 물리학

 

 

항공업계의 현 상황

  최근 과학 저널 <대기화학과 물리학>에 실린 독일 과학자들의 새로운 논문에 따르면, 비행운의 지구온난화 효과는 2050년까지 지금의 3배로 증가할 것으로 예측되는데 세계 항공 교통량 증가가 그 원인이다. 동남아시아, 서유럽, 미국 동부가 증가 폭이 가장 큰 지역으로 꼽혔다. 연구진은 현재 전 세계 항공 교통량은 15년마다 2배가 되는 속도로 늘어나고 있으며, 이 추세대로라면 2050년 항공교통량은 2006년 대비 4배에 이를 것이라 우려를 표했다. 반면, 콜로라도 주 볼더에 있는 국립대기연구센터의 클라우드 물리학자 앤드류 게텔만은 비행운에 의한 지구온난화는 복잡한 문제지만, 사회가 내뿜는 전체 이산화탄소량에 비하면 그 온난화 효과는 아직 미미하다고 말한다.

 

  현재 유럽에서는 기후 변화의 심각함을 깨닫고 연령층 구분없이 '플라이트 셰임'이라고 지구 온난화를 유발하는 비행기를 타지 말자는 캠페인이 널리 퍼지며 환경보호에 힘을 가하고 있다. 그런데 한국, 일본 그리고 동남아시아 같은 나라는 바다로 둘러싸여 있어 해외로 나갈 때 비행기 이용이 필수다. 뿐만 아니라 영토가 큰 미국, 러시아, 중국 같은 나라들은 자국 내에서도 비행기 이용이 필수적인 경우가 많다.

 

지구는 갈수록 뜨거워지지만 인류는 편의와 생활을 위해 비행기 이용을 결코 멈출 수 없을 것이다. 

 

 

참고자료

1. 곽노필, 흰 비행운에 감춰진 ‘지구온난화 효과’, 한겨례, 2019.07.04, http://www.hani.co.kr/arti/science/future/900470.html

2. 원호섭, 항공기 비행운 지구 온난화 부추긴다, 매일경제, 2019.03.17, http://channel.mk.co.kr/golf/news/view_new.php?sc=30600032&cm=%C8%AF%B0%E6%BF%C0%BF%B0&year=2019&no=484545&selFlag=&relatedcode= 

3. Katie Camero, Aviation’s dirty secret: Airplane contrails are a surprisingly potent cause of global warming, science 학술지, 2019.06.28 

4. Fred Pearce, How Airplane Contrails Are Helping Make the Planet Warmer, YaleEnvironment360, 2019.07.18

5. CONTRAIL AND CIRRUS CLOUD AVOIDANCE TECHNOLOGY, 크랜필드 대학 논문, 2007

6. 두산백과, 복사강제력 

7. 기상학백과, 구름 복사강제력