기후변화? 온실효과?

  연식이 조금만 있어도-아마도 30대 중반까지?-환경과 관련하여 온실효과라는 말을 먼저 들어보았을 것이다. 온실가스가 지구복사열을 차단하여 지구가 뜨거워 진다. 그러나 언젠가부터 온실가스라는 용어는 유지 되면서도 온실효과의 자리엔 기후변화라는 용어가 자리 잡았다. 요즈음은 기후변화가 통상적으로 쓰이고 있고.

온실효과?

Greenhouse Effect. 온실은 겨울에도 신선한 야채를 길러 먹고 기후에 관계없이 열대의 다양한 식물을 유지할 목적으로 투명한 벽으로 외기를 차단하고 빛은 투과하여 광합성이 가능한 형태로 지은 구조물. 대기 중에는 다른 분자보다 열에너지를 잘 갈무리 하는 분자가 있는데 -대표적으로 이슈가 되는 이산화탄소- 온실가스라고 부르는 이 분자들의 대기 중 농도가 높아지면 가두어지는 열은 증가할테고 마치 온실의 투명한 외벽과 같이 우주로 방출되는 열을 잡아 지구에 갖힌 열에너지를 증가 시킨다는 이론.

흑체 복사

우주의 평균 온도는 3°K, 우리가 쓰는 섭씨로는 영하 270°C. 태양계 부근은 우리의 항성 태양으로 부터 오는 빛과 복사에너지로 평균보다는 따뜻하겠지만 여전히 차갑게 식어있는 공간. 지구는 자체 발열량이 태양으로부터 오는 energy에 비해 미미한 수준. 지구의 온도가 유지되는 것은 외부로부터 받은 에너지 중 열에너지 또는 열에너지로 변한 모든 Energy를 우주로 방출했기에 가능하다. 그 균형이 신비로운가? 그럴 수도 있고 아닐 수도 있다. 모든 물체는 결국 열적 평형에 도달한다. 대장간의 이글이글 타오르던 쇠붙이도 가만두면 상온까지 식어지고 얼음을 가만두면 녹는점 보다 높은 상온에서 물이 되어 버린다. 외부 환경이 냉동실이라면 모든 물체는 그 온도에서 평형을 찾으면서 얼어붙을테지.

차가운 우주. 태양으로부터 오는 빛과 열을 지구 표면과 대기에서 일정 정도 간직해 주지 않으면 지구는 우주의 온도까지 식어갈 뿐. 대기라는 온실의 벽이 열의 손실을 차단해주니 지표면에 붙어있는 우리는 급격한 온도 변화를 모르고 사는 것. 온실이 모든 열을 차단하지 못하듯 지구의 대기도 가능한 수준까지 데워진 후 어느 지점에서 열을 방출한다. 지금의 환경에서 평형, 흑체복사 하기 시작한 것. 차디찬 그러나 완벽에 가까운 절연체인 진공의 공간에서 스스로 빛을 내지 못하는 지구가 방출하는 에너지는 열. '대기'라는 보온재의 성능이 바뀌면 복사되는 열의 정도가 달라지고 지구는 지금보다 더워 지거나 추워질테다. 딱 대기의 보온 효과까지. 45억 년 지구의 역사에서 우리 행성은 Ice ball 이었던 때도 있었고 중생대 공룡시대엔 지금보다 이산화탄소의 농도가 높아 거대한 변온 동물이 체온을 유지하는데 어려움이 없을 정도로 따뜻하기도 했다. 온실가스는 보온재로서의 역할이 있고 지질시대를 통털어 보자면 지금의 온실가스 농도가 가장 높은 것도 아니라면 무엇이 문제인걸까?

온도는 어떻게 올라가나?

최근엔 온실효과란 용어 보다 '기후변화'를 쓰는 트렌드. 온실가스로 인해서 과거보다 상향 평준화되어 열에너지가 많이 축적된 우리 행성. 지구는 구체에 가깝고 기울어진 자전축을 유지하며 끊임없이 태양 주변을 공전한다. 덕분에 극지방은 상대적으로 적도보다 태양으로부터 먼 거리, 두꺼운 대기층을 통과하는 빛 에너지로 인해 항상 상대적으로 춥다. 그리고 한동안은 백야, 겨울이되면 해가 뜨지 않기도... 대기가 옅거나 없다면 화성이나 달처럼 수백°C~ -수백°C로 지표의 온도가 널을 뛰겠지만 충분한 농도의 대기와 물에 의한 기상 현상이 일어나는 우리 행성은 어떻게든 열적 불균형을 완화하며 급격한 온도 변화를 막아준다. 적도의 잉여 열에너지를 극지방으로 끊임없이 수송한다.

물의 비열은 1. 1 이기에 표준이고 기준이지만 1이 작은 수치가 아님을 알아야 한다. 모래나 암석의 비열은 0.3 정도이고 금속은 이보다 낮다. 같은 열량으로 수온이 1°C 올랐다면 지각은 3°C 이상, 금속은 5°C 이상 상승한다는 것. 말을 바꾸면 물은 왠만한 다른 물질에 비해 열을 간직하는 능력이 우수한 것. 비온 뒤에 추워지고 비온 뒤에 날이 풀리는 것을 수도 없이 보았을 것이다. 잉여의 열로 끓어오른 바다가 열대성 저기압이 되어 북상하며 수백 km 구간에 열에너지를 방출한다. 태풍이라는 이름으로. 기상 현상은 대기중의 물이 열에너지를 수송하는 놀음이기도 하다. 

지구의 평균 기온이 1.5°C 올랐다는 것은 단순히 대기의 온도가 그 만큼 오른 것이 아니다. 800배의 밀도에 비열도 훨씬 높으며 지구 표면의 7할을 차지하는 해수의 온도도 함께 상승한 것이고 그 축적된 열량은 대기가 간직한 양과는 비교할 수 없다. 축적된 에너지의 양이 다르니 대기의 흐름이 바뀌고 열과 바람으로 움직이는 해류도 바뀐다. 기상 현상의 빈도와 강도가 바뀌고 기단의 배치가 변한다. 전례없는 더위 혹은 한파가 찾아오기도 하고 홍수가 지거나 가뭄에 산불로 고생할 수도 있다. 열이 적체되어 단순히 평균 기온이 1-2°C 상승한 것이 아니다. 급격한 기상이변이 발생하고 '관측역사상' 최대, 최초 등의 뉴스를 자주 접한다. 온실인가? 기후변화 인가? 더 이해하기 좋은 쪽으로 용어가 변한 것 뿐.

속도, 문제는 속도.

현세는 어쩌면 신생대의 일부로 기억될 것이다. 1-2만년의 간빙기를 포함해서 11만년 정도의 주기를 두고 빙하기가 반복돼 오고 있다 -내 기억이고 아직 온갖 이론의 각축장 이니 빙하기의 특징만 catch하면 될 듯-. 무지막지한 지각 변동도 화산 활동도 없는 비교적 안정된 시기. 그럼에도 현세는 빙하기가 도래할 시점이 지나서도 여전히 평균 기온이 상승하고 있다. 게다가 그 기온 상승의 시기가 수 백년 전 산업혁명으로부터 급격히 진행된다는 특징이 있다.

빙하기와 간빙기라고 하지만 지구 평균 기온은 고작 몇°C 움직이는 정도. 이 또한 의견이 분분하니 수치를 정확히 쓰기가 두렵지만 수 십°C 또는 십 수°C는 아니다. 10°C 이내의 온도가 변한다고 보는 것이 공통된 의견. 평균 기온 1 °C의 차이는 크다. 특히 육상보다 온도 변화가 적은 해양에서의 1 °C는 더 큰 의미로 다가온다.

한계온도 

1°C 이던 환경이 0 °C가 되면 물이 얼음으로 변한다. 여름철 산봉우리의 눈을 모두 녹이지 못하면 내년에도 누적되어 쌓일테지. 빙하의 시작이다. 한계 수온이 11 °C인 아열대 생물은 최저온도가 10°C 인 해역의 최저수온이 1 °C 오르면 해당 해역으로 진출할 수 있다. 그렇게 생물상이 변해간다.

가끔 듣는 질문. 수온이 올라 열대화 되면 열대의 다양한 생물이 온대로 진출하니 생물 다양성은 더욱 풍부해지는 것 아닌가? 저런 나도 설득 될 뻔. 온대로 진출한 열대 생물이 수온 너무 올라 사멸한 토착종보다 많다면 그 해역의 다양성은 높아지지 않나. 수온이 올라 사멸한 온대종과 같은 입장은 맞는 열대종이 있다면 어떨까? 한 때 나는 열대의 생물은 고수온을 잘 견딜거라 생각했다. 그러나 열대 생물종의 절반 정도가 이미 한계 수온에 도달했다는 연구가 있다. 수온이 올라 다양한 열대 생물이 온대 해역으로 북상할 때 한계 온도를 초과한 온대 토착종이 사라지는 것처럼 적도 근처의 한계에 다다른 생물도 하나 둘 사라지는 것. 갈 곳 없이 사라져 남음이 없는 상태. 멸종 아닌가.

생물은 적응하고 진화한다. 단세포 생물은 몇 주만에 다른 형질을 획득하여 가혹한 환경에서 살아남는다. 항생제. 감염되어 골~골~하는 사람이 항생제를 복용하면 체내 목표 세균이 비약적으로 줄어들고 아픔이 멈춘다. 가혹한 환경. 세균에게 시간을 주면 안된다. 멸종할 때까지 몰아붙이면-아픔이 사라져도 복용 일수를 지키면- 세균은 사라진다. 그러나 멸종하기 전에 멈추면 이들은 그 항생제에 대한 내성을 획득하여 super 세균이 된다. 살아남은 이들은 이제 같은 방법으로 치료할 수 없다. 이것이 진화.

생물은 자주 발생하는 작은 변화에도 RNA로 부터 유도되는 생산 단백질을 바꾸고 내분비계를 가동하여 항상성 유지에 총력을 기울인다. 기후변화 정도로 생존 한계 온도가 침범되더라도 진화하여 변화한 기후에 생존 할 수 있다. 충분한 시간이 주어진다면.... 진화는 세대를 거치며 일어나는 돌연변이의 산물. 덩치 크고 세대 간격이 넓은 생물 일수록 더 긴 시간이 필요하다. 인간의 경우 수 천년 수 만년의 시간도 빠듯할 수 있다.

산업혁명 이후 이산화탄소 농도가 얼마나 오르고 평균 기온이 몇°C 올랐다는 보고는 수치의 차이는 있지만 누구나 찾아볼 수 있을 정도. 수 만년을 두고 변화할 기온과 기후가 수 백년을 두고 변할 때 생물계에 닥칠 파급효과는 엄청날 것이다. 생존이 불가능한 환경이 갑자기 닥쳐와 변화의 기회를 주지않고 유지될 때 항생제에 노출된 세균과 같은 현상이 발생한다. 멸종. 그 것을 피하더라도 대량 사멸. 그 대상이 인류라면 어느쪽이던 아포칼립스 영화와 유사하지 않을까?

기후변화로 이상 기상은 계속될 것이고 해수면은 상승하여 일부 해발 고도가 0에 가까운 곳은 더 이상 육지가 아닐 수 있다. Red List 에 멸종 위기 생물은 점점 늘어가고 멸종 보고도 종종 듣게 된다. 해마다 여름이 더워진다. 서유럽 국가들도 '더워 죽는' 사람이 발생하고 에어컨 설치가 붐이다. 바다에 나가봐도 어획량이 줄어들고 -이것은 솔직히 이건 너무 잡아대서 그럴 수도- 어류의 이동이 해마다 변하여 예측하기 힘들다는 말을 듣는다. 백화현상, 산호의 사멸. 연안의 주요 생태계가 사라지면 결국 서식 생물 전체가 사라진다. 

실제 온실가스의 증가로 어떤 변화를 겪을지는 알 수 없다. 혹자는 일정 온도를 초과하면 여기저기 뭍혀있던 온실가스까지 대량 증발하여 금성과 같은 지옥이 될 거라는 저주에 가까운 예측을 하기도 한다. 그럼에도 현재 대기 중 탄소 농도는 지구 역사상 최고에는 한참 못미치고 -물론 빠른 속도로 따라잡고 있다- 이미 기후변화에 대한 위기 의식을 가진 인류는 탄소 배출을 줄이고 배출된 탄소를 흡수. 저장할 방법을 찾고 실행하고 있다.

내일을 알 수는 없다. 겪어보지 않은 미래에 대한 맹목적 불안·걱정은 무용하다. 그러나 기후변화의 속도가 유래 없이 빠르고 인류가 그 원인을 제공했으며 인류를 비롯한 생물권 전체에 영향을 줄 것이라는 사실은 인식하고 있어야 한다. 그렇게 이해하고 늦추려 노력하며 나아가다 보면 닥쳐오는 내일 앞에서 의연 할 수 있지 않을까?