제 1장  지구 온난화


1. 대기환경의 변화는 일어나고 있는가?

  지구 환경 시스템을 구성하고 있는 요소 중 가장 동적인 것이 대기환경일 것이다.  국토 면적이 좁은 우리 나라 안에서도, 어떤 시점에서 본다면 집중호우가 쏟아지고 있는 곳이 있는가 하면, 가뭄을 겪는 곳이 있기도 하다.  같은 서울 안에서도 소나기가 내리는 곳이 있는가 하면, 햇볕이 쨍쨍 내리쬐는 곳이 있다.  어느 지역에서는 30℃가 넘는 무더위를 나타내고 있는데 같은 시각 다른 곳은 25℃도 못 미치는 선선한 날씨가 나타나기도 한다.  같은 지역에서의 시간에 다른 대기환경의 변화는 그보다 훨씬 동적이다.  아침에 집을 나설 때는 반 팔 티셔츠를 입고 나서기가 어려울 정도로 선선한 날씨인데, 점심을 먹으려 나설 때는 반 팔조차도 귀찮을 정도이다.  무더위가 계속되는가 하면 갑자기 선선한 아침을 맞기도 한다.  계절에 따르는 대기환경의 변화는 더욱 다양하여, 우리 나라의 겨울 어느 날은 마치 시베리아를 연상케 할 정도의 한파가 있는가 하면, 여름의 오후는 열대의 어떤 지역을 연상케 하기도 한다.  이런 계절적인 현상은 우리 나라의 기후를 이야기할 때 계절변화가 뚜렷한 기후라는 말을 낳게 하였다.
  고속도로를 달리다 보면 '이상기후 시 감속운행'이란 주의 표시를 볼 수 있다.  여기서 '기상(weather)'과 '기후(climate)'라는 용어를 한번쯤 생각하게 한다.  런던에 있는 친구에게 전화를 걸어 "오늘 그곳의 날씨가 어떠냐?"고 물으면, "구름이 많고 견딜 만 하다"고 하는 답을 들을 수 있다.  혹은 "런던의 여름은 어떠냐?"고 물으면, "구름도 좀 있고, 비도 가끔 내리는데, 서울보다는 선선해서 견딜 만 하다"고 하는 답을 들을 것이다.  여기서 앞의 경우가 런던의 기상에 대한 대화이고, 뒤의 경우가 기후에 관한 대화이다.  즉, 순간적으로 발생하는 대기현상을 기상, 그런 현상이 장기간 누적된 정상 상태의 대기현상을 기후라고 한다.  그러므로 고속도로의 주의 표시는 잘못 쓰여진 것이다.  감속운행을 하게 하는 것은 그 순간에 나타나고 있는 대기현상 즉 기상을 말하는 것이다.  고속도로의 주의 표시에는 이상기상이란 용어가 쓰이는 것이 보다 적절한 표현이다.  장기간 정상적인 대기현상에서 벗어난 기후현상을 이상기후라고 할 수 있다.  그런 정상 상태의 대기에서 비교적 장기간 지속되어, 새로운 정상 상태를 만들어 가는 것을 기후변화(climate change)라고 할 수 있다.  
  기후는 여러 가지 인자의 영향을 받아서 만들어진다.  기후 인자는 크게 지구 외적인 것(태양 에너지의 변화)과 지구 내적인 것(지표면 상태의 변화), 그리고 그 사이에 존재하는 대기의 조성 상태로 구분할 수 있다(그림 1.1).  따라서 기후는 이 중 어느 하나의 변화에 의해서도 변화할 수 있다.  다만, 지구 외적인 인자의 변화는 보다 장기간의 기후변화에 영향을 줄 수 있으며, 지구 내적인 인자와 대기의 조성의 변화는 앞의 경우보다는 단기간의 기후변화에 영향을 줄 수 있다.  이 세 가지는 시간 규모의 차이가 있을 뿐, 지속적으로 크고 작은 변화를 하고 있다.  그러므로 기후는 상당히 정적인 것 같지만, 지속적으로 변화하고 있다.  그럼에도 불구하고 적어도 지난 20여 년 이전까지는 그런 기후변화에 무감각하여 왔다.  기후변화의 규모는 인간의 생애에 비하여 너무도 길다.  인간이 기후변화를 느끼는 것은 고작 내가 어렸을 때는 몹시 추웠고, 눈도 많이 왔는데, 요즘은 눈도 없고 겨울이 따뜻하다고 하는 정도이다.  그러나 이 말은 신빙성이 매우 적다.  왜냐하면, 그 당시에는 의복이 오늘의 수준과는 큰 차이가 있었다.  사실은 추울 수밖에 없었을 것이다.  아마도 오늘날에도 당시의 의복을 입고 버틴다면, 여전히 추위를 느낄 것이다.  어렸을 적의 눈이 많이 온 것은 키의 차이 때문에 느끼는 것일 수도 있다.  인간의 최근 100년간에 전구적으로 1℃ 미만의 기온 상승을 피부로 느끼기는 쉽지 않을 것이다.  
  대기 중에 온실 기체의 농도의 증가에 의한 지구 온난화가 1980년대 중반 이후 환경 회의의 중요한 의제가 되었고, 국제적인 정치적 논쟁 거리를 만들었다.  지난 100여 년 동안 인간의 활동이 지구 온난화와 밀접하게 관련되어 있는 여러 가지 기체들의 대기 중 농도를 높여왔다는 사실은 의심할 여지가 없다.  그런 기체들의 증가된 농도는 기온의 상승에 이미 영향을 미치고 있다고 믿고 있지만, 전구의 열수지에 대한 부족한 지식과 이해는 현재와 미래의 상황을 불확실하게 하고 있다.  그러므로 다음 세기의 지구 기후 변화의 예측과 자연과 인류 환경에 대한 기후변화의 잠재적 영향은 상당히 불확실하다.


2. 관측시대의 기온변화 특징

  지구상에서 관측기기에 의한 기상관측이 시작된 것은 지역에 따라서 불과 100-150여 년 정도의 기간에 불과하다.  우리 나라의 경우는 그 정도의 기간동안의 관측 자료를 보유하고 있는 기상관측소는 불과 10여 개에 불과하며,  비교적 장기간의 기상관측 자료를 보유하고 있는 관측소는 대부분 산업화된 지역에 밀집되어 있다.  따라서 관측 자료를 이용하여 기온변화의 경향을 파악하는 것은 어려운 일이다.  왜냐하면, 기온의 상승 경향이 있을 경우에 그 상승에 미친 도시화 혹은 산업화의 영향을 배제하는 것이 어렵기 때문이다.
  장기간의 기온 변동을 파악하기 위해서는 해마다 나타나는 작은 요란을 생략하기 위해서 다양한 통계적 방법을 이용한다.  대체로 장기간의 경향을 파악할 때는 이동평균법을 사용하는데, 5년 혹은 10년간의 이동평균법을 사용할 경우 그 사이의 작은 변동은 생략되고 전체적인 경향을 쉽게 파악할 수 있다.
  대부분 세계의 기후변화에 관한 연구 그룹들이 일치된 견해를 보이고 있는데, 최근 100여 년 동안에 대체로 0.5℃ 정도 상승한 것을 인정하고 있다.  그림 1. 2는 믿을 만한 관측이 시작된 이래 1995년까지의 세계의 평균기온을 나타낸 것이다.  그림에 의하면 기온 변화의 경향은 일정한 방향으로 지속적으로 가기보다는 크고 작은 상승과 하강을 반복하고 있음을 볼 수 있다.  여기서 그림 1. 2에 나타난 특징을 요약하여 보면, 다음의 몇 가지로 특징 지울 수 있다.
  우선은 19세기 말에서 20세기 초반에 걸친 기간에 한랭한 시기가 있었다.  이 당시의 기온이 대체로 오늘날과 비교하여 0.5℃ 정도가 낮았다.  특히 19세기 말은 근세기의 소빙기(little ice age)에 이어지는 시기로서 전세계적으로 한파가 맹위를 떨쳤다.  좀더 정확히 이시기를 살펴보면, 대체로 1890년까지는 지속적으로 기온이 하강하였고, 그 이후부터는 서서히 상승하였다고 볼 수 있다.  따라서 근세의 소빙기는 이때를 기점으로 막을 내렸다.  물론 이 때부터 기온이 지속적으로 상승한 것은 아니다.  1900년까지 상승하다가 1920년경까지는 거의 정체 내지 하강한 시기이다. 우리 나라에서도 한랭기의 영향을 받아, 그와 관련된 역사적 사건들이 빈번하게 발생하였다.
  1920년대를 넘기면서 기온은 뚜렷하게 상승하기 시작하여, 1940년대에는 고온기가 나타났다.  가장 정점에 이르렀던 1940년대의 세계 평균 기온은 전 시기와 비교하여 0.3-0.4℃가 상승하여, 지구 온난화를 크게 염려하고 있는 오늘날과 비교하여 0.1-0.2℃ 가 낮은 것에 불과하였다.  이 때에도 고위도 지방일수록 기온 상승이 심하여 70。N에서는 30년 동안에 3-4℃가 상승하였다.  이에 따라서 북극 지방의 가항 기간이 늘었고, 북극 지방의 빙하가 후퇴하였다.  이러한 경향은 우리 나라에도 반영되어 1950년도를 전후한 시기는 비교적 온난한 시기였다.
  지속적으로 상승하던 세계의 평균 기온은 1940년대 중반을 넘기면서 하강하기 시작하였다.  이러한 하강 경향은 1960-70년대에 가장 심하여, '1960년대 기후'라는 새로운 용어를 만들어 내었다(Lamb, 1966).  이 때는 근세의 소빙기와 거의 비슷한 상황이 전개되어, 1963년 1월에는 삼파장형의 기압배치가 지속되면서 편서풍이 약화되고 북풍이 강화되어, 서부 유럽에 혹독한 한파가 몰아쳐, 라인강 운항이 어려워졌다.  폴란드에서는 그 기간 평균기온이 평년치보다 10℃가 낮은 지역이 있었으며, 영국에는 200년 이래의 추위가 닥쳤다.  이 때 유럽의 대부분 지역에서는 20세기 최저의 기온을 기록하였다.  한편 북미에서는 오대호가 결빙하는 사태가 발생하였고, 1977년 1월 20일에 있었던 카터 대통령의 취임식 때는 관례를 깨고 외투 입는 것을 허용해야 만 했다.  가장 추위가 심했던 1월 16일과 17일에는 뉴욕에서 104년만의 저온이 -18.3℃를 기록하였고, 시카고도 -28.3℃를 기록하였다.  이 때의 한파는 미국 농산물 가격의 폭동을 야기하였고, 각지의 학교가 휴교에 들어갔으며, 공장이 문을 닫아 50만 노동자가 휴무에 들어가기도 하였다.  
  우리 나라에도 1963년 1월에 기록적인 한파가 찾아왔다.  전국의 1월 평균 기온이 평년보다 3.5℃ 낮았으며, 서울의 경우는 4.2℃가 낮았고, 1월 23일에는 -18.4℃라는 한파를 기록하였다.  이 영향으로 중부의 연안에는 해수가 얼어붙어 선박 출입이 불가능한 정도였다.  북미 지역에 한파가 있었던 1977년 1월과 2월에는 우리 나라에도 역시 한파가 내습하였다.  대륙성 고기압이 지속적으로 정체하면서 전국의 1월 평균 기온을 평년보다 2℃ 정도 낮추었으며, 2월에도 한파가 지속되어 좀처럼 0℃ 이하의 기온이 나타나지 않는 제주와 서귀포에서도 각각 -6.0℃와 -6.3℃를 기록하였는데, 이는 이 지방의 극 최저기온이 되었다.  이러한 한파는 50년만의 한파로 서울에서는 임시 휴교하는 사태가 발생하였다.
  1960년대의 한파는 1970년대 말을 기점으로 종료되었고, 1980년대에 들어서는 꾸준히 기온이 상승하기 시작하여 오늘날의 '지구 온난화(global warming)'라는 말을 만들어 내었다.  이러한 경향은 적어도 1993년까지 지속되었는데, 현재의 전세계 평균 기온은 19세기말의 값에 비하여 약 0.5℃가 상승하였다.  최근의 지구 온난화 현상은 우리 나라의 기온에도 영향을 미쳐, 대부분의 대도시에서는 1960년대의 기온에 비하여 1980년대의 기온이 2℃ 가량 높게 나타나고 있다.  
  여기서 필자는 오늘날의 지구 온난화 문제보다 과거의 관측기간 이래에 있어왔던 한랭한 시기에 더 관심을 기울여야 할 것이라고 생각한다.  왜냐하면, 지구의 온난화 현상은 19세기 말 이후부터 꾸준하게 진행되고 있다는 사실이다(그림 1.2).  다만, 대부분의 학자들에 의해서 1980년대 이후의 온난화에 초점이 주어지고 있는 것이다.  그림 1.2를 주의 깊게 살펴보면, 1890년 이후 기온은 크고 작은 변동이 있기는 하지만, 전체적으로 본다면 지속적으로 상승하고 있다.  그러므로 요즘의 기온 상승의 원인을 지나치게 인류의 산업활동에 의한 결과로 만 해석하고 있는 것은 자칫 큰 오류를 범할 가능성도 있다.  따라서 지구 온난화의 원인을 둘째로 하고, 우선은 한랭한 시기에 관심을 기울일 필요가 있다.  만약, 외적인 요인에 의해서 기온이 상승하고 있다고 가정한다면, 한랭기의 원인이 무엇인지도 주의 깊게 파악할 필요가 있을 것이다.  그래서 필자는 다음에 논의하는 기온 변화의 원인을 크게 온난화에 대한 원인과 한랭화에 대한 원인으로 구분하여 살펴보았다.


3. 기온 변화의 원인

  기후는 앞에서 논의한 바와 같이 태양활동과 같은 외적인 요인, 대기의 조성 상태, 지표면 상태의 변화의 영향을 받는다.  이 중 앞의 경우는 자연적인 현상으로 변화하지만, 뒤의 두 가지는 대체로 인류 활동의 영향을 받아 변화한다.  기후는 자연적 요인에 의해서도 크게 변화하지만, 비교적 짧은 기간의 변화에는 인류의 영향도 크게 작용한다.  특히, 최근의 기후 변화의 원인으로는 인간의 영향이 강조되고 있는 경향이다.  표 1.1은 기후변화에 대한 인간의 영향을 요약한 것인데, 인류는 다양한 방법으로 기후변화에 영향을 미치고 있음을 볼 수 있다.  우선, 대기 중으로 배출되고 있는 가스와 미립자(aerosols) 그리고 열 등은 다양한 규모의 기후에 영향을 미칠 수 있다.  에어로졸과 열은 도시 지역에 국지적인 '열섬(heat islands)'을 만들뿐만 아니라 광화학적 스모그의 원인이다.  또한 건조지역의 농지에서 배출되는 토양 에어로졸은 대기의 복사에 영향을 미쳐, 국지적으로 강수량을 감소시킬 가능성이 있다(Bryson and Barreis, 1967).  보다 대규모적인 가스 배출은 전구적인 온실효과와 성층권의 오존층 파괴에 영향을 미칠 수 있다.
  인류 활동에 의한 다양한 형태로의 지표면 변형은 albedo를 변화시켜 기후에 영향을 미친다.  장기간의 albedo 변화는 삼림의 파괴나 지나친 방목 등과 같은 심각한 천연 식생 피복의 변형에 의해서 야기한다.  또한 인류에 의한 직접적인 물 순환의 변형도 역시 기후변화에 중요한 영향을 미칠 것이다.  세계 각 지역에서 대규모로 행하여지고 있는 관개지역의 확대와 대형 댐의 건설은 국지적인 albedo와 증발산에 영향을 미칠 것이다.  
  이러한 인간 활동에 의한 기후변화에의 영향이 비교적 단기간에 즉각적 나타난다면, 태양활동의 변화, 기압배치 형태의 변형, 화산의 폭발 등 자연 환경의 변화에 의한 것은 비교적 장기간에 걸쳐서 지속적으로 영향을 미칠 것이다.  즉, 과거의 빙기와 간빙기의 교대와 근세에 출현하였던 소빙기, 중세에 출현하였던 소온난기 등은 주로 자연적 요인의 영향을 받아 출현하였던 현상이다.

  1) 온난화의 원인

  1980년대 이후 기온 상승의 원인은 온실 기체(GHG; greenhouse gases)에 의한 온실효과(greenhouse effect)와 삼림 파괴(deforestation)에 의한 영향 등 크게 두 가지를 들 수 있다.  특히 그 중에서 전자의 것이 더욱 중요하게 여겨지고 있으며, 실제로 그 영향이 큰 것으로 알려져 있다.  그림 1.3은 온실효과의 과정을 나타낸 것이다.  온실효과의 과정은 대기의 선택적 흡수에 의해서 이루어진다.  대기를 구성하고 있는 각 기체들은 모든 파장대를 흡수하지 않고, 각 대기마다 다른 흡수 파장대를 갖고 있다.  예를 들어, 수증기는 4-8μm의 파장대를, 그리고 CO2 가스는 2.7-4.2μm과 12μm 이상 파장대의 복사선만을 흡수하고 그 외의 파장대는 대기 혹은 우주로 되돌려 보낸다.  절대온도 0K 이상인 물체는 모두 복사 에너지를 방출하고 있는데, 그 파장은 물체 온도의 4승에 반비례한다.  따라서 표면 온도가 6000K에 이르는 태양은 주로 단파 에너지를 방출하고, 그 보다 훨씬 온도가 낮은 지구 표면에서는 장파 에너지를 방출한다.  태양 복사 에너지는 지구를 덮고 있는 대기를 통과하여 대부분 지구 표면까지 도달한다.  이 에너지는 지구 표면을 가열하는 데에 사용되고, 그 에너지에 의해서 데워진 지구 표면에서도 에너지를 방출한다.  이 에너지의 일부가 지구를 덮고 있는 대기에 의해서 흡수되어 대기의 온도를 올리는 데 사용된다.  데워진 대기는 다시 에너지를 지표면과 우주로 방출하고, 이 열은 다시 지표면에서 대기로 보내어지는 과정을 되풀이하면서 지속적으로 대기를 가열시킨다.
  표 1.2는 주요 행성에서의 온실효과의 내용을 요약한 것으로 대기에 의한 온실 효과가 어느 정도인 지를 잘 보여 주고 있다.  예를 들어, 지구의 열평형 온도는 절대온도 255K인데, 실제 지표면의 평균 온도는 그보다 33℃가 더 높은 절대온도 288K를 유지하고 있는데, 그 차이가 자연상태의 대기에 의한 온실효과에 의한 것이다.  그러므로 지구 표면온도 절대온도 288K를 넘는 상태의 것이 소위 온실기체라고 하는 것에 의한 온실효과 분이라 할 수 있다.  대기 중의 온실 기체는 여러 가지가 있으나, 여기서는 CO2, CH4, N2O, CFCs 등에 대해서 기술하고자 한다.
  산업혁명 이후의 가장 큰 변화 중의 하나가 에너지의 변화일 것이다.  그 이전에는 주로 땔감이나 신탄에 의존하였으며, 대량의 에너지 수요에 따라서, 석탄, 석유 등의 화석연료로 대체되었다.  이와 같은 화석연료의 소비 증가는 대기 중에 CO2 농도의 증가를 야기하였다. 산업혁명 이전의 대기 중 CO2 농도는 280ppm에 불과하였으나, 1994년 현재 그것은 358ppm에 이르고 있다.  이와 관련된 대부분의 연구에서는 대기 중의 CO2 농도가 2070년 정도에 산업혁명 이전의 두 배 수준인 560ppm에 이를 것으로 전망하고 있다.  대기 중의 CO2 농도의 지리적 분포를 보면, 대체로 북반구의 고위도 지방에서 최대가 나타나고, 남반구의 중위도에서 최소가 나타나고 있다(그림 1.4 참조).  이는 산업시설의 분포와 밀접한 것으로 보인다.  즉, 북반구 고위도 지역에는 영국을 비롯한 서부 유럽의 공업지대와 러시아의 공장 지대 등이 밀집되어 분포하고 있는 반면, 남반구의 중위도 지역은 대륙이 거의 없는 지역이다.  이러한 대기 중의 CO2 농도는 연간 0.4%씩 증가하고 있어, 1년에 1.5ppm이 늘고 있는 샘이다(그림 1. 5).  다행스러운 것은 그림에서 볼 수 있는 것처럼 오일쇼크가 있을 때는 그 증가율이 둔화되었다는 점이다.  즉, 이는 노력에 따라서는 그 증가율 자체를 크게 줄일 수 있다는 것이다.
  현재 CO2 가스가 온난화에 기여하고 있는 비율은 54% 정도로 과거(1980년대 이전에는 66%에 이르렀음)에 비하여 크게 낮아졌으나, 선진국에서는 75%에 이르고 있다.
  CO2 가스가 늘고 있는 주요 이유는 앞에서 언급한 화석연료의 연소에 의한 것이며, 그 외에 시멘트의 생산에서도 배출되고 있는데, 이 둘을 합한 값이 연간 5.5±0.5(GtC)에 이른다.  그밖에도 열대 지역에서의 토지 이용 변화에 의하여 연간 1.6±1.0Gt 정도가 배출되고 있다.  이와 같이 대기 중으로 배출된 CO2 가스는 해양과 삼림의 재성장에 사용되고 그 나머지는 대기에 잔류하게 된다.  
  현재의 연구들은 CO2 가스가 산업혁명 이전에 두 배가 되었을 경우의 영향에 초점이 모아지고 있는데, 그럴 경우 기온이 2.3∼5.2℃가 상승할 것이라고 예측하고 있다.  지역별로는 동계에 북반구의 고위도에서는 기온이 상승하고, 열대와 중위도 지방에서는 운량이 감소하며, 전구적으로 강수량은 증가할 것이라고 예측하고 있다.
  이산화탄소에 이어 중요한 온실 기체는 메탄(CH4)이다.  대기 중 메탄의 농도는 산업혁명 이전에 700ppb에 불과하였으나, 1994년에는 1720ppb로 크게 증가하였다.  그러나 그 증가율은 점차 둔화되어 1970년대에는 연간 20ppb로 증가하였고, 1993년 이후는 8ppb 정도에 머물고 있다.  그러나 온난화에의 기여율은 과거 15%에서 1980년대 이후에 18%로 증가하였다.  이러한 메탄은 화석연료를 채굴할 때와 논, 호소, 해양, 삼림 등에서 유기물이 발효할 때 배출되고 있으며, 최근 축산업의 발달도 이에 기여하고 있다.  메탄 농도의 지역별 분포를 보면, CO2 가스의 농도 분포와 대체로 유사하여, 북반구일수록 높고, 고위도일수록 농도가 높은 경향이다.
  이산화질소(N2O)도 온난화에의 기여율이 크게 늘고 있는 기체 중의 하나이다.  과거 3% 수준에서 1980년대 이후 10%로 증가하였다.  그 대기 중의 농도는 산업혁명 이전에 275ppb에서 1994년 현재는 315ppb로 늘었다.  농도의 변화율은 연간 0.8ppb로 0.25%씩 증가하고 있다.  이산화질소는 질소비료를 시비할 때와 화석연료를 연소시킬 때 주로 발생하고 있다.
  소위 프로온가스라고(CFCs) 불리는 염화불소탄소는 염소, 불소, 탄소의 화합물로 만들어져 있으며, 자연 상태에는 존재하지 않았으나 인류에 의해서 개발된 것이다.  따라서 산업혁명 이전에는 대기 중에 존재하지 않았으며, 1994년에는 CFC-11의 경우 268ppb에 이르고 있다.  종류가 다양한데, 대기 중에 비교적 많은 것은 CFC-11과 CFC-12이다.  온난화에의 기여율은 과거 8%에서 1980년대 이후 14%로 늘었지만, 몬트리올 의정서의 발효로 생산이 중단되어 있어 앞으로 그 농도는 더 이상 증가하지 않을 것이다.  현재는 그 대체 물질로 HCFC가 개발되어 사용되기 시작하였는데, 그 대기 중의 농도는 110ppb이며, 증가율은 연간 5ppb정도이다.  현재 HCFC의 영향에 대하여서는 거의 연구되지 않았다.  이상에 열거된 기체들이 지구 온난화에 영향을 미칠 것이라는 것은 그림 1.6을 통하여 쉽게 알 수 있다.  그림은 ice core 자료를 분석하여 구한 과거 160,000년간의 기온과 메탄, 이산화탄소 농도의 변화를 나타낸 것인데, 대체로 기온의 변화가 두 기체의 농도 변화와 밀접하게 관련되어 있음을 볼 수 있다.
  제 3장에서 논의하게 될 삼림의 파괴는 그로 인한 사막화는 물론이고, 어떠한 형태로 이든지 지구 온난화에 기여하고 있음이 분명하다.  특히 열대림 지역에서의 삼림 파괴가 더욱 문제되고 있는데, 이는 지표면 상태를 변화하게 한다.  이는 연속적으로 지표면의 albedo에 영향을 미쳐 대기의 열수지와 물수지의 변화를 가져온다.  뿐만 아니라, 삼림은 중요한 CO2 가스의 흡수원이다.  그러므로 삼림의 제거는 결과적으로 대기 중에 CO2 가스의 농도를 증가시키는 역할을 할 것이다.

  2) 한랭화의 원인

  최근 기후변화에 대한 관심은 1980년 이후의 온난화에 초점이 모아지고 있다.  그런데 만약 19세기 말부터 온난화가 지속적으로 나타나고 있다면, 좀 다른 측면에서 기후에 접근해야 할 것이다.  이 경우 온난화의 원인은 인류활동에 의해서 배출되는 온실 기체나 삼림 파괴에 의한 것보다는 또 다른 외적인 요인에 의한 기온 상승이라고 할 수 있다.  이와 같은 지구 온난화의 중요성에 가려져, 관측시대 이래로 적어도 두 차례 이상 출현하였던 한랭기의 원인에 대한 관심은 미미하다.  1970년대까지만 하여도 한랭화에 대한 관심이 높아, 세계적인 기후학자 Lamb(1966)은 '60년대 기후'라는 말로 1960-70년대의 한랭기를 묘사하였고, 일반 잡지 등에서도 "빙기는 오는가" 등의 내용을 볼 수 있었다.  
  한랭기에 영향을 미치는 요인은 여러 가지 있을 수 있으나, 크게 화산폭발, 핵실험, 기압배치의 변형 등을 들 수 있다.  화산의 폭발은 다량의 화산회와 화산진을 성층권까지 확산시키기 때문에 기온에 '우산효과'를 가져온다.  즉, 성층권으로 분출한 화산진은 상층의 바람을 타고 지구를 둘러싸게 되는데, 이는 직달 일사량을 감소시킨다.  그림 1.6은 화산 폭발이 기온 변화에 미치는 영향을 잘 보여 주고 있다.  1815년에 인도네시아의 Tambora화산의 분출로 인하여 유럽과 북미에서는 냉하(冷夏)로 시달렸다.  특히 1816년의 유럽은 '여름이 없는 해(year without summer)'로 잘 알려져 있다.  런던의 경우는 여름의 기온이 평년보다 2-3℃가 낮았고, 뉴잉글랜드에서는 6월에 대설이 내리기도 하였다.  이는 농사에 영향을 미쳐 기근을 초래하였으며, 영국에서는 신대륙의 이주가 늘었다.  표 1.3은 비교적 최근의 화산 폭발이 기온 변화에 미친 영향을 요약한 것이다.  표에 볼 수 있듯이, 최근의 한랭기와 화산의 폭발은 대체로 일치하는 경향이다.  즉, 1815년의 Tambora화산과 1883년의 Krakatau화산은 19세기 말의 한랭기와 대체로 일치하며, 1963년의 Agung화산 폭발은 1960년대의 한랭기와 잘 일치한다.  그림 1.8은 Agung화산과 El Chichon화산 폭발 후의 직달 일사량의 변화를 보여주는데, 각각의 화산이 분출 한 후에 직달 일사량이 평년보다 크게 감소하였음을 보여준다.  1980년대 초의 냉하와 엄동은 1980년의 St. Helens화산과 1982년의 El Chinchon화산의 폭발과 관련이 있는 것으로 보인다.
  구소련의 과학자들은 화산폭발과 더불어 '핵겨울'설을 주장하였다.  Kondratyev와 Nikolsky는 1950년대와 1960년대 초에 집중된 핵실험이 성층권에 영향을 미쳐, 1962-1964년의 기록적인 한파의 원인이 되었다고 주장하였다.  핵폭발에 의하여 발생한 먼지와 연기가 화산 폭발 시와 같이 지상 30-45km의 성층권까지 상승하여 일사를 차단하기 때문에 기온 하강의 원인이 된다.  대류권이 한랭한 반면, 성층권의 온도는 더 높았다는 사실이 이를 잘 설명하여 준다.  성층권에서는 증가된 에어로졸이 열을 흡수하였기 때문에 온도가 상승하였고, 대류권으로 들어오는 열의 양은 감소하였다.   
  Lamb은 1960년대의 한랭화 현상을 뷔름 빙기 때 형성되었을 것이라고 추정되는 상층의 대기 순환형과 관련지어 해석하였다. 그는 1960년대 초의 한파  시에 북미와 동부 아시아, 북부 유럽에서는 이상 저온이 출현하였으나, 반면에 캄차카, 아이슬란드, 그린란드 및 중앙아시아에서는 이상 난동이 있었음을 주목하였다.  대류권 상층에는 서에서 동으로 대상으로 흐른 편서풍이 있는데, 그 방향이 일정하지 않고, 때로는 사행을 한다.  편서풍이 서에서 동으로 이동할 때는 대기의 변화 속도가 빠르고, 커다란 온도 변화가 나타나지 않는다.  반면, 남북으로 사행할 경우는 대기의 변화가 느릴 뿐만 아니라 지속적으로 한랭한 공기 혹은 온난한 공기를 유입시켜, 전자의 경우는 지속적인 한파가, 후자의 경우는 지속적으로 난동의 상태가 나타난다.  그림 1.9와 같이 상층의 사행하는 기류가 북반구 전체에서 세 개 나타나는 경우를 삼파장형이라고 하는데, 빙하기에 가장 우세하였을 것으로 추정되는 기압배치이다.  


4. 온난화의 영향

 
  대기는 생물권, 수권, 암석권의 작용과 밀접하게 연결되어 있기 때문에, 기온의 상승은 기후 변화 자체에는 물론, 우리가 생활하고 있는 자연계의 모든 면에 중요한 영향을 미친다.  기후 변화가 사회, 경제 체계에 미치는 영향은 역사적 사실들을 통하여 쉽게 파악할 수 있다.  예를 들어, BC 2000년경 Mesopotamia 북부의 Subir 문명의 붕괴는 건조도의 증가와 같은 기후변화에 의한 것이었다(Weiss et al, 1993).  만약 50-100년 기간에 지구상의 기후대가 수백km 이동한다면, 육상의 생태계에 큰 영향을 미칠 것이다.  물론 토지 이용에도 영향을 미쳐 농업 패턴이 달라질 것이며, 그 밖의 질병, 자연재해 등으로 인류의 생활 패턴에 큰 변화를 가져올 것이다.

  1) 기후에의 영향

  지구 온난화로 인한 기후에의 영향은 우선 강수량에서 나타날 것이다.  최근 지구촌 도처에서는 이상 기후 현상이 빈번히 출현하고 있는데, 이상 난동이나 이상 한파 못지 않게, 호우와 한발이 빈번하다.  우리 나라의 경우도 최근 몇 년 동안 매 여름마다 심각한 정도의 호우와 겨울철의 가뭄을 겪고 있다.  물론 과거에도 그런 현상은 있었지만, 그 강도와 빈도 면에서 심각해졌다.  
  기온의 상승은 수분의 증발을 더욱 자극하고, 상승기류를 쉽게 만들어 주기 때문에 강수량은 전 지구 평균적으로 10%정도 상승할 것으로 예상된다.  그림 1.10은 대기 중의 CO2 농도가 2배 되었을 때 나타날 수 있는 지구상의 강수량 변화 분포도이다(Houghton et al., 1990).  온대와 한대 지방에서는 겨울철에 온대성 저기압에 의한 강수와 전선성 강수가 증가할 것이다.  여름철에는 오히려 아열대 기단의 북상으로 강수량이 감소할 가능성이 크다.  아열대 지역에서는 강수량의 큰 변화가 없으나, 열대 지역은 그 범위가 확장되고, 기온 상승으로 인한 대류성 강수가 늘기 때문에 강수량이 크게 늘 것이다.  우리 나라의 경우는 전 계절에 걸쳐서 강수량이 증가할 것이라는 연구 보고가 많다.  이와 같은 강수량의 변화는 일정한 방향으로 나타나지 않고, 지역별로 변화의 특성이 다양하기 때문에, 수자원 공급 측면에서 볼 때 매우 불안정한 상태가 조성될 것이다.  즉, 최근의 경향과 같이 집중호우와 한발이 곳곳에서 불균형적으로 발생할 것이다.  
 

  2) 해수면에의 영향

  기온 상승으로 인한 영향으로서 가장 주목해야 할 것이 해수면의 상승이다.  융빙수에 의한 해수면의 상승은 빙하가 분포하고 있는 고위도 지방에서 기온 상승이 뚜렷하기 때문에 더욱 우려된다.  그러나 더욱 중요한 것은 기온 상승으로 인한 열 팽창 때문에 해양의 체적 자체가 증가한다는데 있다.
  Schneider(1989)는 의심할 여지없이 해수면의 상승은 지구 온난화로 인한 가장 극적이고, 가시적인 효과라고 주장하였다.  세계 인구의 대부분이 해안지대에 집중되어 있어서 그 영향은 매우 심각하다.  그림 1.11은 방글라데시의 경우 해수면의 상승에 따른 침수 예상 지역을 표시한 것이다.  방글라데시의 농경지는 대부분 해발고도가 낮은 겐지스강 하구의 삼각주상에 분포하고 있다.  따라서 해수면이 상승하는 경우 가장 위험스러운 지역이라 할 수 있다.  그림에서 볼 수 있듯이 5m 정도만 상승한다 하더라도 국토의 1/3 정도가 물에 잠기게 된다.  해수면의 변화는 자연적인 과정으로도 나타나지만, 최근 태평양에서 연간 1.5mm씩 상승하고 있는 현상은 온실효과에 의한 초기 단계의 신호이며(그림 1.12), 다음 세기 중에 1m 이상 상승할 것으로 예측된다.
  Bangkok, Lagos, London, Tokyo를 포함한 그밖에 해안에 분포하고 있는 대도시에는 홍수와 그로 인한 침수 피해가 잦아질 것이 명확하다.  18,000년 전에 태평양 상에 존재하였던 수많은 섬들이 이미 바다 속으로 잠겼다(Gibbons and Clunie, 1986).  그리고 단지 몇 m 만이라도 해수면이 계속 상승한다면 현재 지도에 표시되어 있는 태평양과 인도양 상의 섬들도 위험하게 될 것이다.  만약 최악의 시나리오가 전개된다면, 해발 2m에 불과한 태평양 상의 Tokelau, Marshall 군도, Tuvalu, Line 군도, Kiribati와 같은 작은 열대 산호초의 섬나라들은 그 존재 자체가 위험하게 될 것이다(Pernetta, 1989).  해수면의 상승은 지하수에 염분이 증가하여 관개지에 염류화 현상을 야기할 수 있고, 음료수의 수질 문제도 야기될 수 있다.  

  3) 농업과 생태계에 미치는 영향

  기온의 상승은 농업 활동과 식물의 분포에 영향을 미칠 것이다.  대기 중의 CO2 가스 농도의 증가는 농작물과 식물의 광합성을 촉진한다.  비료와 물이 균형 있게 공급되었을 경우, 벼나 옥수수는 CO2 가스의 대기중 농도가 800ppm 정도일 때까지는 광합성이 상승한다.  CO2 가스의 농도가 산업혁명 이전의 두 배로 증가할 경우 면화는 50% 증가하고 오이와 가지 등의 과채류는 20% 증가하며, 쌀과 보리, 밀 같은 곡류는 3.5% 증가한다.  또한 배추, 상추 등의 채소류는 19% 증가하고 콩은 17% 증가하여 전체적으로 25% 전후의 증가가 예측된다.
  미국 대평원 지대에서 옥수수의 수확량은 기온이 2℃ 상승하고 강수량이 10% 줄면 24%의 수확량 감소가, 기온이 1℃ 상승하고 강수량이 20% 감소하면 수확량 14%가 감소한다.  강수량의 변화보다는 기온 상승이 악영향을 미치고 있다.  같은 지역에서 밀은 강수량 10% 감소와 기온 2℃ 상승 시에 약 9%의 감산이 있었고, 강수량 20% 감소와 기온 1℃의 상승 시에는 6%의 감산이 생겨 역시 기온 변화 쪽이 그 영향은 크다는 것을 알 수 있다.
  쌀의 수확은 냉해의 영향이 크기 때문에 기온 상승은 수확량 증가를 가져온다. 예를 들어 강수량이 10% 감소하고 기온이 1℃ 상승한 경우에는 2%의 증산을 가져오며, 기온이 2℃ 상승한 경우는 5% 수확량이 늘 것이라고 보고 있다.  기온 상승과 강수량과의 관계에서 지금까지의 농업 지대에 대변화가 발생할 것이고 더불어 세계 경제에도 지대한 영향을 미칠 것으로 예상된다.  또한 농작물의 고온 장애, 병충해의 피해에 대응하기 위한 품종 개량이나 재배 기술의 개량, 관개 시설의 재정비 등이 필요하게 된다.
  다음은 생태계에 미치는 영향이다. 만약 기온이 2℃ 상승하면 같은 식물이 분포 가능한 기후대는 남북 방향으로 200∼300km가 변화한다.  이것에 대해 꽃이 피고 씨로 자손을 늘려가는 식물의 이동 속도는 연간 1km 정도라는 연구가 있다.  이렇게 온난화의 기후 변화에 식생의 이동이 따라오지 못하는 결과가 발생한다.
  북아메리카 대륙은 오대호에서 북쪽으로 식생 분포의 변화가 현저하게 나타날 것이다(그림 1.13 참조).  또한 아·한대림이 거의 소실하고 냉량 건조한 스텝(Steppe)이 북으로 연장해 갈 것이다.  전세계적으로 아한대림은 23%에서 1% 이하로 줄고, 타이가(Taiga)라 불리는 침엽수림대는 거의 없어진다.  즉 이산화탄소의 양이 배로 증가하여 기온 상승이 일어나면 현재 25%를 차지하는 열대림이 40%로, 23%의 아한대림은 1%로, 21%의 온대림은 25%로, 16%의 아열대림은 14%로, 그리고 15%의 한대림은 20%로 변한다. 이것을 현재의 식생 비율로 비교하면 삼림 58%, 사막 21%, 초원 18%, 툰드라 3%로 되어 있는 것이, 기온 상승의 경우 삼림 47%, 초원 29%, 사막 24%가 된다.  이것은 삼림의 감소와 툰드라의 소멸, 그리고 초원과 사막의 증대로 인해 지구 규모의 식생량이 감소할 것이라는 가능성을 의미한다.
  이러한 식생의 변화를 시간적인 속도로 보는 것이 중요하다.  아메리카 대륙의 마지막 빙하기인 위스콘신 빙기에서 현재까지 약 2만 년 동안 화분 분석의 결과로 보면 이동 속도는 연평균 1km 이하이다.  그러나 이산화탄소의 농도가 2배 증가할 때 기후대의 이동은 연간 수십 킬로미터가 되는 것으로 추측되고 있다. 따라서 식생은 이와 같은 급속한 변화에 따라가지 못하게 되고, 결국 생태계는 붕괴할 것이라고 예상된다.


참고문헌

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