온도 상승, 멈춰!

온도 상승, 멈춰!

대학생신재생에너지기자단 18기 이다연

캐나다 브리티시티컬럼비아주 지난여름 49.6도까지 올라… 미국 북서부 오리건주 폭염으로 40도 웃돌아… 아마 많은 사람들이 올해 여름을 유난히 덥고 이상 기후가 많은 여름으로 기억할 것이다. 그만큼 지구온난화로 인한 폭염 및 이상기후는 이제 더 이상 뗄 수 없는 문제가 되었다. 이렇게 점차 심해지고 있는 지구온난화, 여러분은 지구가 스스로 지구 온난화를 막기 위해 구름을 생성하고 있다는 사실을 알고 있었는가? 왜 이런 일이 생기는지, 어떻게, 무슨 원리로 이런 일이 생기는지 알아보도록 하자.

 

지구온난화에서의 구름 : 구름이 지구의 냉각효과를 가진다?

보통 지구온난화와 관련하여 ‘구름’이란 것을 떠올리면 부정적인 영향을 주는 것으로 생각할 것이다. 맞다. 구름은 지구 온난화를 가속화하는 요소 중 하나이기도 한다. 그러나 사실 구름의 종류에 따라 지구온난화는 가속화되기도, 냉각 효과를 가질 수도 있다. 

구름은 위치한 높이에 따라 크게 하층운과 상층운으로 나뉘게 된다. 우선 상층운은 지상에서 5∼13km의 높이에 미세한 얼음의 결정으로 이루어진 구름으로 이 구름은 우리가 익히 알고 있는 지구온난화를 가속화하는 구름이 된다. 상층운은 태양복사에너지를 통과시키며 통과된 에너지는 지면에 닿아 지구복사에너지가 되어 다시 하늘로 올라간다. 이때 상층운이 복사에너지를 잡는 역할을 하며 이에 온실효과가 강해지게 되는 것이다. 

이에 반해 상층운보다 낮은 높이인 고도 2km 이하의 위치에 생기는 하층운은 태양 복사 에너지가 지면에 닿는 것을 차단해 지구의 냉각효과를 가져다준다. 즉, 쉽게 말해 지표면에 그늘이 생겨 온도가 낮아지는 것이라고 생각할 수 있다. 

[자료 1. 구름의 종류 (하층운 : 층운, 층적운, 난층운,  상층운 : 권운, 권층운, 권적운)]

출처 : 티스토리

DMS! 지구 냉각효과의 key

그렇다면 지구의 냉각효과를 위해 적절한 구름이 생긴다면 지구온난화의 활성화를 줄일 수 있을 것이다. 이에 국지연구소 박기태 박사 연구팀은 북극의 미세조류가 구름 생성에 기여하면서 지구로 들어오는 태양 에너지를 차단하고 있다고 밝혔다. 연구팀은 이와 같은 현상에 “지구 스스로 급변하는 기후변화를 늦추는 자정작용을 하고 있다.”라고 해 연구의 의미를 강조하였다. 

그렇다면 어떠한 과정과 원리로 미세조류가 구름을 생성하는 것일까? 해답은 디메틸황(Dimethyl Sulfide, DMS)에 있었다. 미세조류는 하천이나 바다에 서식하며 광합성을 하는 50μm이하의 단세포 식물로 인간이 마시는 산소의 50%가 미세조류에서 생성된다. 이때 미세조류는 디메틸황(Dimethyl Sulfide, DMS)이라는 가스 상태의 황 성분을 내뿜는데, 지구온난화로 인해 북극 바다 얼음이 녹으면서 미세조류와 함께 극지의 바다에서 생성되는 DMS의 방출량 역시 늘어나게 된 것이다. 

DMS는 산화되었을 때 하이드로퍼옥시 메틸 티오포메이드(HydrPeroxy Methyl ThioFormate, HPMTF)라는 물질을 생성하게 되며 이는 태양 복사를 산란시키고 구름을 응축시키는 핵의 역할을 하여 지구의 복사평형에 기여한다. 즉, 지구로 들어오는 태양열을 차단할 구름을 생성하는데 DMS가 주된 키(key)와 같은 역할을 하는 것이다. 

[자료 2. 북극미세조류가 구름을 생성하는 원리 도식도]

출처 : 머니투데이

이에 국지연구소 박기태 박사 연구팀은 지난 2010년부터 2019년까지 10년간 북위 79도 해발고도 470m에 위치한 노르웨이 니알슨(Ny-Alesund) 과학기지촌의 제플린 지구대기감시관측소에서 공기 중 DMS의 농도 변화와 구름 입자의 형성 과정을 단계별로 분석하였다. 해당 결과에 따르면 DMS는 산화 반응을 거치고 나노미터 크기의 입자가 된 후 주변의 수증기나 다른 대기물질들을 잡아당겨 구름을 이루는 구름 응결핵으로 성장하였다. 즉, 대기 중 DMS의 양이 많이 퍼질수록 구름의 양도 늘어나게 된다. 

이때 북극 미세조류가 만든 DMS는 해양성 에어로졸의 일종이다. 에어로졸이란 기후에 직접, 간접적으로 영향을 주는 것으로 이것의 직접효과는 태양에서 지구로 유입되는 태양빛을 직접적으로 산란하거나 반사시켜 지표면을 냉각해 온실가스에 의해 발생하는 온실효과를 상쇄한다. 또한 간접효과로 냉각 효과들 중 구름 응결핵으로 작용할 수 있는 에어로졸은 구름의 발생을 촉진하고 구름의 양에 따라 태양복사 일부를 반사시켜 기온을 낮추게 된다. 즉, 위의 미세조류가 만들어낸 DMS는 에어로졸의 간접효과에 해당한다. 

 

지구의 자정작용, 한계가 있다고!

우리는 하층운의 증가가 지구의 냉각효과를 가져와 지구온난화의 상쇄를 불러올 수 있다는 것을 알았다. 즉, 지구가 올라가는 온도를 막기 위해 스스로 '자정작용'을 하고 있었던 것이다. 그러나 이와 같은 자정작용에도 지구 온난화의 상승폭에 대한 우려는 지속적으로 나오고 있다. 파울로 세피 영국 임페리얼칼리지런던대 그랜섬연구소 연구원과 피어 노왁 영국 이스트앵글리아대 지구과학부 펠로우 공동연구팀은 인공지능을 활용해 전 지구 구름 관측 자료와 해당 지역 온도, 습도, 바람 간의 관계를 정량화하는 방법을 개발하였으며 이 방법을 통해 지구 온도의 상승에 따른 구름 형태의 변화를 예측하였다. 이에 연구팀은 지구 온도가 높아지면서 하층운 형성이 줄어들고 상층운 형성이 늘어날 것으로 보아 97.5%의 확률로 구름에 따른 냉각 효과보다는 지구 온실효과가 커질 것이라고 보았다. 즉, 아무리 지구가 자정작용으로 온도를 낮추기 위해 구름을 생성하더라도 대중들의 근본적인 온실효과 저감을 위한 노력 없이는 지구 온난화의 상쇄가 어렵다는 의견이다. 이렇게 심각해져 가는 지구온난화의 완화를 위해 대중들의 관심과 참여가 절실히 요구된다. 

---

참고문헌

1) 한고은 기자, 머니투데이, "'온난화 막으려고...' 지구 스스로 구름 만들어 온도 낮췄다.", 2021.06.30, '온난화 막으려고'...지구 스스로 구름 만들어 온도 낮췄다 - 머니투데이 (mt.co.kr)

2) 이근영 기자, 한겨레뉴스, "지구온난화로 늘어난 북극 미세조류가 온난화 늦춘다.", 2021.06.30, https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/1001504.html

3) 고미혜 기자, 연합뉴스, "온난화가 지구 구름까지 바꿨다...온난화 가속, '악순환'", 2016.07.12, https://www.yna.co.kr/view/AKR20160712133000009

4) BBC news Korea, "기후변화 : '흰 구름'을 인공적으로 만들어 기후변화를 막는다고?", 2019.03.10, https://www.bbc.com/korean/47493208

5) 고재원 기자, 동아사이언스, "뜨거운 날씨로 점점 높은 하늘에 뜨는 구름,  온실효과로 지구 온난화 더 가중된다.", 2021.07.20, https://www.dongascience.com/news.php?idx=48099 

6) 류석호 교수, 투데이코리아, "[전문가 포커스] 온난화로 인한 이상기후로 전세계가 몸살", 2021.07.20, https://www.todaykorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=2903977)

7) 김현수 기자, 기상청 공식 블로그 '생기발랄', "구름을 만들어 스스로 보호하는 지구!", 2021.08.31, https://blog.naver.com/kma_131/222490262005