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2015년 2월 27일 금요일

이산화탄소의 온실 효과를 직접 관측하다.


 현재 지구 온도는 상승중에 있습니다. 과학자들은 그 이유가 인간이 배출한 이산화탄소 같은 인위적인 온실 가스 때문이라는 점에서 높은 수준의 동의를 이뤘지만 그 세부적인 내용들에 대해서는 아직도 모르는 부분이 많습니다. 예를 들면 실제 이산화탄소의 농도 증가가 구체적으로 얼마만큼의 복사 강제력(Radiative forcing) 증가를 가져오는 지 정확한 측정값이 없었습니다.
​ 이산화탄소는 최근의 지구 온난화 때문에 나쁜 역할을 하는 기체처럼 생각되지만 사실 생명체가 넘치는 지구 환경을 위해서는 없어선 안될 역할을 합니다. 소량이지만 이산화탄소가 있으므로 해서 지구는 온실 효과를 통해 적당한 기온을 유지할 수 있기 때문입니다. 만약 온실 가스가 없다면 지구는 생명체가 살 수 없는 추운 행성이 될 것입니다.

 이산화탄소나 수증기, 메탄 등 온실효과를 일으키는 기체에 대한 설명은 이전 포스트에서 한 적이 있습니다. (  http://blog.naver.com/jjy0501/100086105368 참조) 이들 기체는 대기 중에서 지구가 방출하는 적외선 파장대의 열에너지를 흡수해 다시 대기 중으로 방출하는 방식으로 지구의 기온을 올리는 역할을 하죠. 지구 역사상 온실 가스의 농도는 지구 기온을 결정하는 중요 인자였습니다.

 따라서 현재 처럼 화석 연료로 온실가스를 지구 대기로 대량 방출할 경우 지구 대기의 온실 효과가 더 강해지면서 지구 기온이 오르게 될 것이라는 것은 1+1=2 같은 너무 당연한 이야기입니다. 따라서 과학자들이 이 문제에 대해서 높은 수준의 동의를 이뤘다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 하지만 구체적으로 이산화탄소 증가에 의한 복사 강제력 증가의 정도를 실측하는 것은 또 다른 이야기입니다.    
 미 에너지부 산하의 ​ 로렌스 버클릭 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). 이하 버클리 연구소)의 과학자들은 11년에 걸친 관측을 통해 지구 대기 중 이산화탄소 농도 증가가 얼마나 많은 에너지를 대기 중으로 흡수하게 하는지를 입증했습니다. 연구팀은 오클라호마주와 알래스카주에 측정 장비를 두고 2000년에서 2010년 사이 변화를 실측했습니다. 같은 장비를 두 장소에 설치한 이유는 물론 측정 오차를 피하고 결과를 더 정확히 검증하기 위해서입니다.

(알래스카에 있는 대기 복사 측정 장치.  The scientists used spectroscopic instruments operated by the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Climate Research Facility. This research site is on the North Slope of Alaska near the town of Barrow. They also collected data from a site in Oklahoma.
Credit: Jonathan Gero )  

(동영상)
 연구팀은 이산화탄소 농도 변화에 의한 복사 강제력의 증가를 매우 정확하게 확인할 수 있었습니다. 여기에는 시간이 지남에 따라 증가하는 이산화탄소 농도는 물론 계절적인 변동에 의한 차이까지도 명확하게 나타났습니다. 참고로 연구 기간인 2000년에서 2010년 사이 대기 중 이산화탄소 농도는 22 ppm 증가했습니다.
 연구의 리더인 버클리 연구소의 다니엘 필드먼(Daniel Feldman, a scientist in Berkeley Lab's Earth Sciences Division) 에 의하면 이 연구를 통해 지구 대기 중 이산화탄소 증가에 의한 대기의 에너지 흡수 증가를 직접 측정할 수 있었다고 합니다. 실제 위의 동영상에서 보듯이 지구의 복사 강제력은 이산화탄소 농도 증가와 같은 방향으로 움직였습니다.
 Atmospheric Radiation Measurement (ARM) 장치는 알래스카에서 3300회, 오클라호마에서 8300회 측정을 진행했는데 지난 10년간 지구의 복사 강제력은 평방 미터당 0.2W 정도 증가했다고 합니다. 그리고 이런 이산화탄소 증가와 복사 강제력의 증가가 미 국립 해양 대기청(NOAA)의 이산화탄소 추적 시스템(CarbonTracker system)을 통해서 대부분 화석 연료 연소의 의한 것임을 입증할 수 있다고 합니다.
 이산화탄소 증가가 복사 강제력의 증가와 지구 평균 기온 상승을 불러일으킨다는 것 자체는 전혀 새로울 것이 없는 이야기지만 그 정도에 대한 정확한 실측값이 있다면 과학자들은 미래 지구 기후 변화를 시뮬레이션할 때 더 정확한 모델링을 할 수 있을 것입니다. 이는 지구의 미래가 어떻게 될 것이고 우리가 어떻게 대처를 해야할 것인지에 대한 더 정확한 정보를 제공할 것입니다. 
 이 연구는 네이처에 실렸습니다.   
 참고
Journal Reference:
  1. D. R. Feldman, W. D. Collins, P. J. Gero, M. S. Torn, E. J. Mlawer, T. R. Shippert.Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010.Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14240





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