인문학과 과학의 사색
산업화 이후 150여 년 만에 420 ppm으로 급증한 이산화탄소는 밖으로 빠져나가야 할 열적외선을 대기 중에 가두어 지구의 자연적인 온실효과를 인위적으로 증폭시키고 있다. 이렇게 늘어난 온실가스는 2.17 W/m²의 복사 강제력을 발생시켜 태양 에너지의 유입과 방출이 유지해 온 오랜 균형을 무너뜨린다. 그 결과 지구는 1.0 W/m²의 복사에너지 불균형(EEI) 상태에 빠져, 우주로 내보내는 양보다 더 많은 에너지를 지속해서 축적하고 있다. 현재 거대한 해양이 이 초과 에너지의 90%를 묵묵히 흡수하며 당장의 극단적인 기온 상승을 지연시키고 있지만, 바다 깊은 곳에 쌓이는 이 열량은 결국 거대한 기후 재앙을 잉태하는 치명적인 ‘미래 예약’으로 작용할 것이다.
이 글은 지구온난화를 복사 에너지 불균형(EEI)의 관점에서 설명한다.
지구가 흡수하는 에너지보다 우주로 방출하는 에너지가 적어 약 +0.5~1.0 W/m²의 초과 에너지가 지구에 축적되고 있음을 보여준다.
이 에너지의 90% 이상은 해양에 저장되며, 해양 온난화와 빙하 융해, 해수면 상승 등 장기적인 기후변화를 일으킨다.
또한 복사 강제력과 EEI의 차이를 설명하면서, 현재의 에너지 불균형을 앞으로 나타날 온난화를 예고하는 ‘열의 미래 예약’으로 해석한다.
지구는 태양으로부터 받은 복사 에너지를 흡수한 뒤 적외선 형태로 다시 우주에 방출하며 에너지 균형을 유지한다. 자연적 온실효과는 이 과정에서 지표와 대기 사이의 복사 에너지를 순환시켜 지구를 생명체가 살기 적합한 온도로 유지한다. 그러나 산업화 이후 온실가스가 증가하면서 우주로 빠져나가야 할 에너지가 더 많이 지구 시스템에 남게 되었고, 그 결과 복사 에너지 불균형과 지구온난화가 발생하고 있다.
온실효과는 지표가 방출하는 적외선 장파 복사를 온실가스가 선택적으로 흡수하고 다시 방출하는 과정이다. 이 자연적 메커니즘 덕분에 지구는 생명체가 살 수 있는 평균기온을 유지한다. 그러나 산업화 이후 이산화탄소와 메탄 등 온실가스 농도가 증가하면서 흡수와 역방사가 강화되고, 우주로 방출돼야 할 에너지가 지구 시스템에 더 오래 머물게 되어 지구온난화가 진행된다.
지구의 온실효과는 단순히 대기가 열을 ‘가두는’ 현상이 아니라, 태양에서 들어오는 에너지와 지구가 우주로 내보내는 에너지 사이의 복잡한 교환 과정이다. 약 340 W/m²의 태양 에너지 중 일부는 반사되고 약 240 W/m²가 지구 시스템에 흡수되며, 대기와 지표 사이의 적외선 흡수·재방출과 역방사가 지표를 따뜻하게 유지한다. 이 복사 에너지의 유입과 유출이 균형을 이루면 기후는 안정되고, 그 균형이 깨지면 온난화나 냉각이 발생한다.