안녕하세요, 센서와 스위치를 다잡는 센서보이 입니다.
이번 글에서는 기후변화(Climate Change)를 일으키는 요인들에 대해 알아 보겠습니다.
지구의 자연적 온실 효과에 대한 최초의 과학적 설명이 등장한 지 백수십년이 넘었습니다.
저명한 미국의 기상학자인 로저 레벨(Roger Revelle)은 아래와 같이 말했습니다.
“인류는 역사상 유례없는 위대한 지구물리학적 실험을 하고 있다. 우리는 지난 5억년 동안 지구에 축적된 석유와 석탄, 천연 가스를 대기중으로 증발시키고 있으며, 이것은 기후에 지대한 영향을 미칠 수 있습니다.”
지난 수십년동안 인간 활동의 결과로 이산화탄소와 기타 온실가스가 지속적으로 축적되었다는 객관적인 증거가 기후변화의 인위적 요인을 뒷받침 하고 있습니다.
이러한 현상은 화석 연료 연소와 같은 탄소배출량 증가와, 삼림 감소와 같은 탄소 흡수원 감소의 결합 효과로 증폭되고 있습니다.
기후변화의 자연적 요인
기후의 연간(계절적) 주기 외에도 지구 및 지역 기후는 수개월에서 수백만년의 시간 규모에 따라 영구적인 변화를 일으킵니다.
우리 사회와 자연은 이 끊임없는 변화에 적응하는 과정에 항상 직면해 있으며, 이러한 시간 규모(Time Scale)의 기후 변화는 다양한 요인들로 인해 발생합니다.
일부는 기후 시스템 내부에 있고, 일부는 외부에 있으며, 일부는 자연적으로 발생하고, 또 일부는 인간 활동 등에 의해 발생할 수도 있습니다.
연간 주기(Annual Cycle)
지구는 1년 주기로 태양을 공전합니다.
지구의 자전축은 약 23.5도이며, 이에 따라 지구가 공전함으로써 남반구와 북반구에 입사되는 태양광의 양이 달라집니다.
일반적으로 지구의 자전축 변화는 고려하지 않습니다.
남극이 태양을 향해 기울어지면 남반구는 최대 일사량을 받으며(여름), 북반구는 반대(겨울)가 됩니다.
그리고, 남반구와 북반구의 중앙에 있는 적도 벨트는 항상 가장 많은 일사량을 받습니다.
이에 따라, 중위도 및 고위도 지역에서는 일사량의 연간 변화가 크며, 지구의 위치에 따라 계절의 변화가 뚜렷하게 나타납니다.
화산 폭발(Volcanic Eruptionbs)
큰 규모의 화산 폭발은 상당한 양의 황산염(sulphates)과 에어로졸을 성층권으로 방출하며, 지구 표면에 도달하는 태양 복사를 감소시키고 최대 수년간 지표면을 0.5℃까지 냉각시킬 수도 있습니다.
이러한 현상은 복잡한 기후 시스템에 수십년 이상 영향을 미칠 수 있는 이상 현상을 야기할 수 있으며, 지난 세기동안 지구 평균 기온 변동의 상당 부분은 화산 폭발의 영향인 것으로 추측됩니다.
아래 그래프는 지난 80여년간 온도 변화를 나타내며, Mt. Agung, El Chichon, Pinatubo 화산 폭발로 인한 평균 기온 하락을 나타냅니다.
육지 및 해저의 지형 변화
지질학적 과정으로 인한 육지 및 해저 지형의 변화는 지구로 들어오는 태양 복사의 흡수 패턴에 영향을 미칩니다.
그리고, 이는 대기 및 해양 순환을 물리적으로 방해함으로써 기후에 영향을 줄 수 있습니다.
이러한 변화는 지질학적 시간 규모의 기후 패턴에 큰 영향을 미쳤습니다.
기후 진동(Climate Oscillations)
외부 영향이 없는 경우에도, 기후 시스템은 수개월에서 수천년의 시간 규모에 따라 스스로 변화합니다.
이는 특정한 주기를 가지고 일어날 수 있으며, 잘 알려진 자연 변동으로는 엘니뇨-남방 진동(El Niño-Southern Oscillation), 태평양 10년 진동(Pacific Decadal Oscillation), 북대서양 진동(North Atlantic oscillation) 등이 있습니다.
엘니뇨-남방 진동(ENSO)는 대표적인 기후 진동 중 하나이며, 엘니뇨는 스페인어로 어린 소년 또는 그리스도의 아이를 뜻합니다.
100여년 전 크리스마스 무렵, 동부 열대 태평양의 따뜻한 지표수로 인한 멸치 개체수의 변화를 발견한 페루의 어부들에 의해 발견 되었습니다.
이후 과학자들은 엘니뇨가 열대 지방 전체에 걸쳐 온도와 강수량에 심각한 변화를 초래할 수 있는 훨씬 큰 현상의 일부라는 것을 발견 하였습니다.
기후변화의 인위적 요인
토지용도의 변화
삼림 벌채와 같은 토지용도의 광범위한 변화는 태양 복사에 대한 표면의 거칠기와 반사율을 크게 변화시킬 수 있으며, 복사의 흡수, 수분의 증발 등 여러 계통의 변화를 야기합니다.
또한, 이러한 변화는 자연 온실효과를 강화함으로써 토지의 이산화탄소 흡수 능력을 매우 감소시키고, 토지로부터의 탄소 배출을 증가(바이오매스 붕괴 등)시킴으로써 온실가스 농도를 상승 시키게 됩니다.
도시기후 변화(Urban Heat Island, UHI)
도시는 자연 경관 등의 물리적 차이로 인해 농촌 및 자연상태의 환경보다 더 따뜻한 경향이 있습니다.
도시 환경의 콘크리트와 아스팔트는 자연 환경에 비해 반사율을 감소시키며, 표면에 흡수되는 태양 복사를 증가시킵니다.
또한, 농촌 환경에 비해 나무가 매우 적은 경향이 있으므로, 그늘/증발 등으로 인한 냉각효과가 감소합니다.
그리고 바람에 의한 냉각 효과는 도시 건물에 의해 감소될 수 있습니다.
도시가 성장함에 따라 산업 공정, 가정 난방 및 자동차의 방출 열이 높아지고, 콘크리트로 덮이게 되므로 도시화가 진행될수록 평균 기온은 급격히 증가합니다.
대도시 중심부의 야간 온도는 시골 환경보다 최대 10℃나 더 높을 수 있습니다.
온실가스 배출
자연적이든 인위적이든 온실 가스의 상대적 비율과 대기 농도의 변화는 대기의 복사 균형을 변화시키고 온실효과 수준을 변화시킵니다.
온실가스의 농도가 증가하면, 지표면에서 방출되는 장파복사에 대한 불투명도가 높아집니다. 따라서 대기는 더 많은 방사선을 흡수하고, 다시 방출합니다.
이 중 일부는 아래를 향하게 되어, 지표면의 온도를 증가시키며, 이로인한 단파복사의 인입과 장파복사의 방출이 범지구적으로 동일해질 떄 까지 온도 상승이 계속됩니다.
주요 인위적 온실가스 배출의 주요 요인은 아래 표와 같습니다.
1998년에 비해 2016년의 온실가스 농도가 약 10% 상승한 것을 볼 수 있으며, 반면 몬트리얼 의정서로 인해 규제되고 있는 CFCs 계열은 전세계적으로 감소세가 뚜렷함을 확인할 수 있습니다.
에어로졸 및 기타 오염물질
대류권 에어로졸(미세한 공기 중 입자)는 대기의 복사 균형과 기후에 영향을 미칩니다.
이러한 에어로졸은 산불, 사막의 바람, 화산 폭발, 파도 등에 의한 스프레이와 같은 자연적인 원인과 화석 연료 연소, 삼림 벌채, 바이오매스 연소 등의 인위적 원인 모두에서 발생합니다.
에어로졸은 태양복사의 흡수와 산란을 통해 직접 영향을 미치거나, 구름 방울이 형성되는 핵으로 작용하여 간접적으로 영향을 줄 수 있습니다.
에어로졸은 구름의 형성, 수명 및 복사 특성에 영향을 미칩니다.
화산 폭발로 인한 유황 배출 등의 에어로졸은 냉각 효과를 띄기도 하지만, 산업 공정과 산림 연소로 인한 에어로졸 오염물질의 영향은 산업 활동 지역에서 국지적인 기온 상승을 유발합니다.
이번 글에서는 기후 변화에 대한 자연적/인위적 요인들을 알아 보았습니다.
다음 글에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 국제사회의 공조에 대해 알아보겠습니다.
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