기후연구 모임2

지난 5월6일 ~ 15일까지 6강좌로 기후보호 자원활동가 양성교육이 있었습니다.
교육 후
자발적 참여로 기후연구 모임을 갖기로 했지요
이 모임에선 기후에 대해 함께 공부하고 논의하고......

첫 모임에선 앞으로 이모임이 어떤 방향으로 갈 것인가에 대해 회의했구요
결과
책을 선정해 함께 공부해보자해서
엘 고어의 "불편한 진실"이란 책을 추천받아
돌아가며 공부해오기로 하구 오늘 첫 발제는 김은아씨였습니다.


 

대기는 무척 얇다. 인간이 충분히 그 조성을 바꾸어 넣을 수 있을 정도다.

실제로 지구의 대기는 무척 얇다. 그래서 우리는 대기를 이루는 몇 가지 기본 화합물들의 농도를 극적으로 변화시킬 수 있다. 특히 우리는 대기 중 이산화탄소의 양을 대단히 늘려 왔다. 이는바 온실가스라 불이는 기체들 중 가장 중요한 것이 이산화탄소다.

<지구의 대기>

  1. 지구 대기권

지구 대기권(地球大氣圈)은 지구를 둘러싸고 있는 공기층을 일컬으며 고도에 따라서 생기는 중력의 차이와 대기에 흩어져 있는 여러 가지 화학분자의 밀도에 따라서 여러 층으로 나누어 볼 수 있으며 각각의 층은 고도에 따라서 기온이 차가 심한 것을 관측할 수 있다. 이와 함께 대기권은 비록 미소하지만 전자의 량에 따라서 전하가 가능한 전리층과 이것이 거의 없는 중성층으로 나누어 볼 수도 있다.

  1) 지구 대기권의 구분

지구 대기권은 특성에 따라 지표면에서부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권의 다섯 층으로 나눌 수 있다.

 

지구 대기권의 구분과 고도에 따른 기온 곡선

  ① 대류권 : 지표면에 가장 인접한 대기의 층이다. 대류권은 지표면의 복사열에 의해 가열되므로, 고도가 높아질수록 온도는 낮아진다. 즉 온도가 높은 공기가 아래쪽에 있으며, 이는 열역학적으로 매우 불안정하므로 쉽게 난류가 발생한다. 대류권에는 무거운 공기 분자가 모여 있으며, 전체 대기 질량의 거의 80%가 모여 있다. 대류권은 극지방에서는 지표면으로부터 10 km 정도까지의 영역이며, 적도지방에서는 더 높아 18 km 정도까지의 영역이다.

  ② 성층권 : 대류권과 반대로 지상에서 올라갈수록 온도가 상승한다. 성층권의 가열 원인은 오존으로, 오존이 태양으로부터의 자외선을 흡수함에 따라 가열되며, 따라서 고도가 높아질수록 온도는 상승하게 된다. 온도가 높은 공기가 위에 있으므로 열역학적으로 안정하며, 이러한 이유로 난류가 발생하지 않으므로, 비행기 고도로 이용되기도 한다. 성층권은 대류권 위쪽에 위치하며, 대략 지표면으로부터 50 km 정도까지의 영역이다.

  ③ 중간권 : 중간권은 다시 고도가 올라갈수록 온도가 감소하는 영역이다. 이 영역에서는 대류현상이 일어나지만 수증기가 없으므로 기상현상은 일어나지 않는다. 지상 50Km에서 80Km까지의 높이이며, 야광운이 생기기도 한다.

  ④ 열권 : 열권은 중간권 상부의 층으로, 올라갈수록 기온이 상승한다. 그 이유로는, 열권의 밀도가 매우 낮기 때문에, 적은 열로도 큰 온도가 올라가기 때문이다. 또 다른 이유로는, 태양에 좀 더 가까워지기 때문이라는 이유도 있지만 큰 영향력을 발휘하지는 못한다. 이곳에서는 강력한 태양풍을 직접 맞으며, 이로 인해 원자가 전리화되어 있으며 전리층으로 불리기도 한다. 강한 전리층은 전파를 반사하며, 이러한 반사 현상을 이용하여 원거리 무선통신을 하기도 한다. 지상 80-90Km에서 시작하여 500 - 1000Km까지의 높이이며, 오로라가 생기기도 한다.

  ⑤외기권 : 외기권은 지구 대기의 최외곽으로, 우주공간과 접하는 영역이다. 이곳에 존재하는 대부분의 가스는 수소 및 헬륨으로, 이들은 우주공간으로 빠져나가기도 한다. 외기권은 500 - 1000 km 상공에서 시작하며, 끝나는 지점은 특별한 의미는 없지만 10,000 km 정도까지로 생각하기도 한다.

  2) 지구 대기권의 구성 물질

ppmv: 부피에서 백만분의 일
종류	부피
질소 (N2)	78.084%
산소 (O2)	20.946%
아르곤 (Ar)	0.9340%
이산화탄소 (CO2)	365 ppmv
네온 (Ne)	18.18 ppmv
헬륨 (He)	5.24 ppmv
메탄 (CH4)	1.745 ppmv
크립톤 (Kr)	1.14 ppmv
수소 (H2)	0.55 ppmv
위의 건조한 대기에는 포함 안된 것:
수증기 (변화 폭이 큼)	일반적으로 1%

위 표에 언급되지 않은 미미한 분자:

종류	부피
일산화질소 (NO)	0.5 ppmv
제논	0.09 ppmv
오존	0.0-0.07 ppmv (겨울에는 0.0-0.02 ppmv)
이산화질소(NO2)	0.02 ppmv
아이오딘	0.01 ppmv
일산화탄소	있기는 함
암모니아	있기는 함

<온실가스>

 1. 온실효과를 일으키는 기체

    이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 프레온가스(CFC), 일산화질소(N₂O), 오존(O₃),

    수증기(H₂O)

온실 가스	대기중 농도(ppm)	온실 효과(1ppm당)	온실 효과 기여도(%)
이산화탄소(CO₂)	354	1	60
메탄(CH₄)	1.71	21	15
프레온 가스(CFC)	0.001	6000	12
일산화질소(N₂O)	0.31	290	5

1ppm당 온실효과에 가장 큰 영향을 미치는 기체 : 프레온가스(CFC)

이산화탄소(CO₂) : 단위농도(ppm)당 온실효과율은 가장 작으나 대기 중 농도가 커서 온실효과 기여도가 가장 크다

 2. 지구대기의 온실기체

지구의 기온이 생물들이 서식하기에 적절한 수준으로 유지되기 위해서는 온실기체의 역할이 주요하다. 하지만 이 기체들이 적정한 양 이상으로 증가하게 되면, 온실기체가 흡수하고 방출하는 에너지가 과다하게 되어 지구의 열평형에 변화가 생기고 결국 '자연적 온실효과'에 의한 적절한 기온보다 지구의 평균기온이 상승하게 된다. 이를 '강화된 온실효과(enhanced greenhouse effect)'라 하며 이로 인해 지구가 자연적인 상태보다 지나치게 더워지는 현상을 ‘지구온난화(global warming)’라고 한다.

지구 대기에 가장 풍부한 온실기체로는 수증기, 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 오존, CFCs 등이 있다. 이 기체들을 지구에 도달하는 태양복사 에너지를 흡수거나 복사에너지에 영향을 미치는 요소들을 고려하여, 각 기체들이 온실기체로서 지구에 미치는 영향을 퍼센트로 바꾸어 보면 다음과 같다.

• 수증기 60%

• 이산화탄소26%

• 오존 8%

• 메탄과 아산화질소 등 6%

특정한 기체가 온실효과에 미치는 정확한 퍼센트를 따지는 것은 불가능하다. 왜냐하면, 다양한 기체들이 온실효과에 미치는 영향이라는 것은 상호 유기적이고 다양하기 때문에 수학적인 수로 표현하는 것이 불가능하기 때문이다.

대기 중에 존재하는 기체 이외에도 지구의 온실효과에 영향을 미치는 요소가 있는데, 그중 구름에 의한 영향이 가장 크다. 구름도 온실기체와 마찬가지로 적외선 복사를 흡수하고 방출하기 때문이다. 그래서 구름 또한 온실기체의 특성을 지니고 있다.

기체에 의한 온실효과의 기여도는 각 기체의 특성과 양에 큰 영향을 받는다. 예를 들어, 탄화수소 결합을 가진 메탄의 경우 이산화탄소보다 강한 온실기체이지만 대기 중에 존재하는 농도가 아주 작기 때문에 온실효과에 미치는 영향이 작다.

온실기체는 화합물이 가지고 있는 구조와 종류에 따라 열을 축척하고 재방출하는 능력이 모두 다르고, 이로 인하여 온실효과를 일으키는 기체의 잠재력이 달라진다. 이 온실기체가 온실효과에 미치는 기여도를 숫자로 표현한 것이 지구온난화지수(global warming potential : GWP)이다. 지구온난화지수는 이산화탄소를 1로 기준하여 메탄 21, 아산화질소 310, 수소불화탄소(HFCs) 1300, 과불화탄소(PFCs) 7000 이다.

많은 물리적·화학적 반응요소에 대한 영향을 고려하더라도, 대기의 주요 구성성분인 질소와 산소, 아르곤은 온실기체가 아니다. 산소와 질소는 안정한 이원자 분자이고 아르곤은 안정한 일원자 분자이기 때문에 태양복사파장과 만나게 되었을 때 정전기적 전하를 띄지 않고, 전반적으로 복사에 의한 영향을 받지 않는다. 그 결과 이들 기체는 온실효과에 영향을 미치지 않고, 이로 인하여 온실기체에 포함되지 않는다.

2. 온실효과와 복사평형
(가)대기가 없는 경우 : 지표면은 흡수한 양만큼 복사에너지를 우주 공간으로 모두 방출한다
   * 우주 공간으로 방출하는 에너지량 : (가)=(나)
   * 지표면에서 방출되는 에너지량 : (가) < (나)
   * 지표면의 온도 : (가) <  (나)
   * 대기가 없는 경우에도 복사 평형은 이루어진다.
(나)대기가 있는 경우 :  (가)와 달리 대기가 있어 온실효과가 일어나고 지표면의 기온이 (가)보다 더 높다.
   * 복사평형 상태이므로 우주공간, 대기. 지표면 각각에서 흡수되는 에너지량과 방출되는 에너지량은 같다.

3. 온실 기체 : 온실 효과를 일으키는 기체
   예) 이산화탄소(CO2) , 메탄(CH4 ), 프레온가스(CFC ), 일산화이질소(N2O ), 오존(O3), 수중기(H2O ) 등
   가. 온실효과 기여도

온실기체	대기 중 농도 (ppm)	온실 효과율 (1ppm)	온실 효과 기여도(%)
이산화탄소(CO2)	354	1	60
메탄 (CH4)	1.71	21	15
프레온가스 (CFC)	0.001	6000	12
일산화이질소(N2O)	0.31	290	5

** 이산화탄소 : 단위농도(ppm)당 온실 효과율은 가장 작으나 대기 중의 농도가 커서 온실효과 기여도가 가장 크다.
** 프레온가스 : 1ppm 당 온실 효과에 가장 큰 영향을 미치는 기체
** 온실효과율 : 1ppm당 온실 효과율은 프레온가스가 가장 크다.
** 온실효과 기여도(%) : (대기중의 농도 x 1ppm당 온실 효과율)의 값으로 판단한다.


tip &&   온실효과 : 온실과 같은 효과가 일어나 지구 대기가 지구 복사의 일부는 흡수하여 지표면으로 재방출함으로써
                              지구을 보온하는 현상
     &&  복사평형(에너지의 전달형태) : 물체를 흡수하는 에너지량과 방출하는 에너지량이 같아서 물체의 온도가 일정
                               하게 유지되는 상태
    &&  프레온가스 : 냉매제나 전자부품 세척제등으로 쓰이며 오존층 파괴하고 온실효과를 일으키는 물질
    &&  온실효과 기여도가 가장 큰 기체는 이산화탄소이다.