[194호 과학학술: 지구온난화] 지구온난화에 대한 불편한 이야기

최근 기후변화는 지구 규모의 중요한 문제로 대두되고 있다. 과학 잡지나 전문 서적에서 다루어질 법한 이야기를 정부 및 세계 지도자들, 더 나아가 유엔까지 적극적으로 나서서 논의하고 있다. 그러나 이제까지 알려진 기후변화를 둘러싼 관련 사실들과 증거들을 보면 혼란을 가중시키거나 이해하기 어려운 문제점들이 많은데, 기후변화는 단순히 한 가지 문제가 아니라 여러 주제들이 서로 맞물려 전체를 형성한 것이기 때문이다. 따라서 각각의 주제들을 풀어내고 사실을 이해하고 설명하는 작업은 우리 모두에게 있어 혼란스러울 수 있다. 그래서 이 글에서는 핵심이 되는 논의 몇 가지를 통해 기후변화로서 지구온난화를 살펴보고자 한다.

 

날씨와 기후 그리고 기후시스템

 

날씨는 어떤 주어진 시간과 공간에서의 대기 상태를 의미하고, 계속적으로 변화하며 때때로 시간마다 또는 날마다 변화한다. 기후는 이러한 날씨의 통계적인 특성으로 어떤 한 지 역과 기간에 대한 대기의 통계이다. 기후는 포괄적인 의미로 기후시스템의 한 상태로 지구 표면의 복사 가열과 냉각, 대기와 해양 순환의 작용으로 나타난다. 여기서 기후시스템은 대기권에 제한될 뿐만 아니라 기후 생성에 중요한 모든 권들 또는 부분 시스템들 즉 대기권, 수권, 설빙권, 지권, 생물권으로 구성되어 있다. 이들 권역의 구성요소들은 서로 전혀 다른 특성을 가지나 여러 물리적 과정을 통해 상호작용하여 기후상태를 형성한다. 어느 곳의 기후를 말할 때 지난 30년간의 평균을 보고 온난하고 안정된 기후인지 한랭하고 불안정한 기후인지 판단한다.

기후시스템에서 가열과 냉각의 복사에너지는 강제력(forcing)이고 작용은 반응(response)으로 기후가 변동하도록 한다. 기후 변화는 보통 30년을 평균해 논의하는 경우가 많으며, 다음 30년간의 평균 상태인 기후가 어떻게 변화할지를 두고 기후변화를 추정한다. 그러나 모든 물리적 법칙이 알려지지 않아 기후시스템 이해를 위한 과학적 노력이 필요하다. 따라서 기후변화와 관련해 과학적으로 100% 입증되었다는 논의는 상당한 주의를 필요로 한다.

 

온실기체와 온실효과 그리고 복사강제력

 

태양 단파 복사는 대기를 통과해서 지표와 해수면에 흡수된다. 이 에너지는 지표면에서 다시 장파 복사로 방출되나 상당 부분이 다시 대기 중의 온실기체들에 의해서 흡수된다. 흡수된 에너지의 일부는 지구로 다시 복사되어 지구의 지표를 더 따뜻하게 유지시키는 온실효과를 일으킨다. 이산화탄소는 전형적인 온실기체이지만 지구에서 가장 큰 온실효과를 발휘하는 것은 수증기로 온실효과의 90% 이상 기여하고 이산화탄소는 약 7%, 메탄, 아산화질소, 산소 등이 약 3%를 차지한다. 다른 조건은 바꾸지 않고 대기 중 이산화탄소 농도가 2배 증가했을 때 기온이 상승하는 정도를 ‘기후감도’라고 부른다. 그러나 이는 복잡한 기후시스템에서 어떤 요소가 변화할 때 다른 부분도 또한 변화한다는 점을 간과한 것으로 가상의 이야기에 불과하다. 또한 이산화탄소와 기온의 인과관계가 쌍방향이며 선형이 아닌 대수적 관계임에도 이산화탄소가 100에서 200ppm으로 그리고 280에서 560ppm으로 두 배가 되어도 기온의 상승폭을 동일한 것으로 보는 것은 문제가 된다.

2007년 IPC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 제4차 보고서는 기후감도 최확치(어느 양을 수차례 측정했을 때 가장 정확한 값에 가까운 수치)를 3℃(오차 범위1.9-4℃)로 제시했다. 이산화탄소의 농도는 지구상 어디에서나 거의 동일하고 성질도 간단해 계산하기 쉽다. 그러나 오차범위가 큰 이유 중 하나는 다양한 크기의 복사강제력을 갖는 구름과 에어로졸 등으로 기온 관측과 모델 계산의 검증에 어려움이 있기 때문이다. 구름과 에어로졸 등은 농도와 분포가균일하지 않고 이론적으로도 다루기 어려운 조절 가능 변수이기 때문에 각각의 취급여부는 모델마다 다르며 기본 모델이 동일해도 이들의 특성을 바꾸면 기후감도는 몇 배나 달라진다. 결국 기후감도는 실측 불가능한 것으로 일반적으로 모델을 통해서만 계산할 수 있다. 최근 인공위성 관측을 통해 조사된 최확치는 1.4℃(1.0-4.1℃)로 기후모델이 기후감도를 너무 높게 추정했음을 지적하고 있다. 해양의 열용량 등 관측과 에어로졸의 태양광 차폐와 바다로의 열 수송을 관측한 결과는 최확치를 각각 1.1℃(0.6-1.6℃)와 1.3℃(0.9-1.8℃)로 추정하고 있어 IPCC의 보고서가 기후감도를 과대평가했음을 보여준다.

‘지구 평균 기온 상승이 2℃를 넘지 않도록 해야 한다’는 정책들은 기온이 2℃ 상승할 때 농업 등에 큰 영향이 나타나 세계의 GDP가 약 1% 감소한다는 것과 영화 <투모로우>에서 묘사된 바와 같이 지구온난화가 해양대순환을 정지시켜 새로운 빙하기를 불러온다는 것에 배경을 두고 있다. 그러나 수온변화와 증발에 따른 밀도변화가 열염순환(thermohaline circulation)을 일으켜 해양대순환이 구동된다는 주장과 달리 해양대순환은 조석 현상에 의한 해저의 마찰열과 바람에 의해 작용한다. 온난화로 인한 담수의 유입이 열염순환을 변화시키기에 에너지가 너무 작아 해양대순환에 영향을 거의 미치지 못한다. 따라서 2℃(또는 3℃) 기온상승을 기준으로 지구온난화를 막아야 한다는 주장과 정책들에 기초한 협약들은 주의할 필요가 있다.

온실기체가 지구의 에너지 수지에 어느 정도 영향을 미치는지 수치로 나타낸 것이 복사강제력(Radiative Forcing, RF)이다. 양의 복사강제력 값은 온난화의 온실효과와 음의 값은 기온을 내리는 한랭효과를 가져오기 때문에 복사강제력은 기후감도를 크게 좌우한다. 전 지구적으로 이산화탄소의 복사강제력은 1995-2005년 동안 약 20%가 증가했으며, 메탄, 일산화질소, 할로카본 등을 포함한 인위적 온실기체의 복합적 복사강제력은 +2.3(2.1-2.5) W/m2의 크기로 온난화에 기여한다(위 표를 참조). IPCC 제4차보고서는 과학적 이해 수준과 불확실성을 신뢰도(confidence)와 가능도(likelihood)로 구분해 설명한다. 신뢰도는 데이터와 모델 분석의 정확성에 대한 전문가 판단이며, 가능도는 일련의 증거에 대한 전문가 판단과 통계분석을 사용하여 특정 결과의 불확실성을 판단하는 경우에 가능성을 발생확률로 표시한 것이다. 신뢰도 정도의 기준을 1750-2005년의 기후 복사강제력 요소들과 이들에 대한 과학적 이해 수준(LOSU: Level of Scientific Understanding)과 비교하면 현재 복사강제력 요소들에 대한 과학적 연구가 더 필요함을 보여준다. 나아가 지구온난화에 대한 논의는 아직도 과학적 검증이 더 필요하다는 것을 의미한다.

 

194-6-1

 

지구온난화와 기상이변

 

기상이변은 30년에 한 번 정도 일어날 만한 현상으로, 정규분포로 봤을 때 중심에서 표준 편차가 2배 이상 차이가 나는 현상으로 정의된다. 모든 기상이변이 다 주목받는 것은 아닌데, 그 이유는 사회적 요인에 기인한 피해 정도가 다르기 때문이다. 발생 빈도에 중점을 두는 경우 ‘저빈도 기상’, 또는 발생 정도에 따른 피해에 중점을 두는 경우 ‘극단 기상’이라고도 불린다. 이는 빈도가 낮은 현상으로 거의 일어나지도 않지만 반대로 일어나는 것도 당연한 것이다. 기후가 변하면 지금까지 비정상인 현상들이 정상적으로 평가되므로, 기상이변이 자주 일어나면 기후가 변한 증거가 될 수 있다. 그러므로 기후변화를 알아내기 위해 기상이변을 조사하고 검토하는 것은 의미있는 시도라 할 수 있다.

지구온난화와 관련한 대표적인 기상이변의 사례는 허리케인이다. 그 이유는 허리케인의 발생이 그리 간단하지 않음에도 불구하고 해수면 온도가 영향을 주는 것이 확실하다고 알려졌기 때문이다. 지구온난화로 해수면의 온도가 높아지면 열대저기압의 발생이 증가하고 강력한 세기의 허리케인 역시 증가한다는 것이다. 대서양의 열대저기압을 실제로 세어 분석한 결과는 열대저기압 발생이 대서양의 해수면 온도 변화와 같은 경향을 나타내면서 1990년 이후 상승하고 있음을 보여준다. 많은 연구자들은 이 결과가 지구온난화로 인한 열대저기압 발생과 강력한 허리케인이 증가한 것을 증명한 것으로 생각했고, 전 세계의 해수면 온도 상승으로 열대저기압이 증가한다는 논문을 다수 출판하였다.

그러나 해저의 산호초에 남겨진 폭풍의 흔적을 통해 1730년부터 대서양에서 발생한 허리케인의 수를 추정한 조사는 다른 결과를 보여주고 있다(아래 그림 참조). 허리케인의 수는 1950년까지 많았으나 1970-1980년대에 그 수가 매우 줄어들었고, 1990년대에 허리케인의 수는 원래대로 돌아간 것이다. 1990년 이후에 강한 허리케인의 발생이 증가하는 것은 표면상 그렇게 보이는 것일 뿐이다. 또한 1860년대부터 1900년까지의 기간에 대해 매년 2-4개의 규모가 큰 허리케인이 발생했었던 반면에 오래된 관측 결과는 허리케인의 발생 수가 없거나 2개뿐임을 나타내어 과거로 갈수록 허리케인의 수가 감소하는 것을 나타낸다. 이는 과거에 발생한 허리케인을 제대로 파악하지 못했다는 것을 의미한다. 결국 과거 허리케인의 수가 과소평가되었기 때문에 1990년대부터 허리케인 증가는 이변으로 해석되고 지구온난화 때문이라고 결론 내려진 것이다. 현재 허리케인의 수는 인공위성 등을 통해 파악이 잘 되지만 과거 허리케인의 수는 누락 가능성이 높다.

동아시아에서 강한 태풍이 최근 증가하고 있다는 보고도 지구온난화로 전 세계 해양에서의 열대저기압이 증가한다는 증거로 제시되었다. 그러나 일본과 홍콩의 데이터에서 강한 태풍의 발생 수가 1990년대 이후에 줄어들었다. 그 원인은 강한 태풍에 대한 기준이 서로 다르기 때문인 것으로 설명되었다. 따라서 전 세계 기온 상승으로 열대저기압이 전 세계 바다에서 비정상적으로 증가하고 있다는 주장과 결과는 신뢰하기 어렵다.

다른 기상이변으로 열파가 있으며, 이는 비정상적인 고온현상으로 한정된 지역에 큰 피해를 준다. 유럽에서 2003년 8월 초 열파로 3만 5천 명 이상이 사망했고 이는 지구온난화의 확실한 증거로 받아들여졌다. 그러나 지난 20년 동안 열파가 증가했는지 여부는 명확하지 않으나 전 지구적으로 1979년 이래 비정상적인 고온 사태가 규칙적으로 발생하고 있다. 다만 전체적으로 봤을 때 따뜻한 해에는 열파의 횟수가 많으며 추운 해에는 한파의 횟수가 많다. 그러나 평균 기온이 높은 해에 한파가 없다고 할 수 없고, 최근 10년간 평균 기온이 높다고 올해도 기온이 높을 것이라는 예측도 적합하지 않다. 반대로 올해가 각별히 덥다고 지구의 평균 기온이 올라갔을 것으로 생각하거나 이를 지구온난화의 결과라고 연관 지어 단정하는 것도 문제가 된다. 게다가 지구 평균 기온이나 30년 평균 기온(기후)과 같은 지표는 실생활과 밀접한 지역 기후와 직결되어 있지 않다. 더 나아가 현재와 비교해 화석연료 사용이 거의 없었던 1021-1040년은 유럽 기후사의 폭염기로 1022년 뉘른베르크에서는 하천과 강, 호수, 분수가 마르고 물 부족과 폭염으로 많은 사람들이 거리에서 기력을 잃고 질식해 쓰러졌으며, 1130년 폭염으로 건조한 날씨가 지속되어 라인강이 말라 도보로 횡단 가능했고 1135년 다뉴브강은 유량 감소로 도보 횡단이 가능하여 슈타이네르네 교량의 기반 공사가 시작되었다. 이 기록은 IPCC와 UNFCCC(유엔기후변화협약:United Nations Framework Convention on Climate Change)가 이산화탄소와 지구 평균 기온에 집착해 기상이변에 대한 환경 정책이 일방적임을 보여준다. 따라서 지구온난화가 원인이 되어 기상이변 발생이 증가한다는 주장은 주의를 기울여야 한다.

 

194-7-1

 

교토의정서 – 온실가스 감축 노력의 실효성

 

교토의정서는 기후변화협약의 강제성과 실효성에 대한 비판에 따라 1997년 제3차 당사국총회에서 채택된 것으로 선진국 38개 국가에서 온실가스의 의무적 감축을 규정하여 2005년 발효되었다. 교토의정서는 또한 공동이행제도, 청정개발체제, 배출권거래제 등 시장원리에 입각한 새로운 감축수단을 제시해 탄소감축을 위한 실질적인 정치적 구상으로서 많은 환경주의자들의 지지를 얻었다. 2007년 당시 170개국이 비준하였고 2008년부터 2012년까지 1990년 대비 이산화탄소 총 배출량의 5.2% 감축을 목표로 국가별로 감축량을 할당하여 의무사항으로 규정해 감축을 시행하고 있다. 그러나 2005년 기준으로 감축 의무가 있는 국가들이 배출하는 이산화탄소의 양은 전체의 26%에 불과하다. 이는 교토의정서에 비준한 모든 나라가 협약을 21세기 내내 완벽하게 이행한다고 해도 배출량 26%의 5%만을 달성하는 것으로 지구적으로는 단지 1.3%의 이산화소 감축 효과만을 의미한다.(26% × 5% = 1.3%)

IPCC의 시나리오는 이산화탄소 배출량이 현재(360ppm)보다 2100년에 2배에서 최대 4배까지 증가한다면 전 지구 평균기온이 최소 1.4℃에서 최대 5.8℃ 상승할 것으로 예상한다. 이 시나리오에 교토의정서의 감축 효과를 적용해 실효성을 추정하면, 지구 평균기온이 2100년 추정치보다 단지 0.0182℃에서 0.0754℃ 낮아지게 될 것을 의미한다(1.4℃ × 1.3% =0.0182℃, 5.8℃ × 1.3% = 0.0754℃). 또한 2100년 평균기온의 약 2.6℃ 상승을 고려하면, 2050년에 약 0.06℃, 2100년에 약 0.17℃ 기온 하강 효과만을 의미하여 예상치에 이르는 시점을 2100년에서 2105년으로 겨우 5년 미루는 것을 의미한다. 현재 미국과 호주는 교토의정서 비준을 거부했고, 캐나다와 이탈리아, 포르투갈, 스페인은 이행 일정을 맞추지 못했다. 반면 러시아와 기타 저성장 국면으로 이행 중인 경제권에서는 실제 배출량보다 허용 배출량이 훨씬 많아 남아도는 배출권을 팔고 있어, 이는 사실상 이산화탄소를 제한하지 않은 것과 같다. 교토의정서의 성과는 결국 산업 국가의 배출량 가운데 단지 최대 1%만을 줄이는 정도에 불과한 것으로 볼 수 있다.

주요 에너지로서 석유의 가치는 약 1조 5천억 달러(전 세계 GDP의 약 3% 규모)이며, 가스와 석탄 등 화석연료를 포함하면 약 2조 5,000억 달러(약 5.5%)에 달한다. 반면 교토의정서 이행에 따른 비용은 2008년부터 매년 약 1,800억 달러(약0.5%)로 화석연료 비용에 추가로 약 0.09%의 비용을 더 지불하는 것이다. 교토의정서 이행 및 이산화탄소 감축을 위해 국가별로 천문학적인 비용을 지불하고 있으므로 비용과 편익이라는 측면에서 이와 같은 비용 부담이 합리적인지 여부를 평가할 필요가 있다. 현재 대기 중에 배출된 이산화탄소에 의한 피해 규모는 1톤 당 약 1-2.5달러 정도로 추정되고 있다. 영국의 경우 한계비용을 이산화탄소 1톤 당 23달러로 추정하는데, 기후변화로 지불해야 할 비용보다 최대 11배 이상 높다. 일본은 교토의정서 이행을 위해 매년 2조엔 이상의 비용을 지불해 러시아의 배출권을 구매하고 있으며, 지구온난화 대책 비용으로 매년 1조엔 이상을 지출하고 있다. 완전한 교토의정서 체제의 경우에도 한 세기 동안 총 5조 달러 이상의 비용이 발생하고, 단지 약 0.17℃ 정도의 환경적 편익만이 기대된다. 기온을 2.5℃ 수준에서 안정시키면 약 0.46℃ 낮추지만 비용은 15조 8천억 달러로 높아지고, 기온 상승을 1.5℃ 수준으로 안정시키면 84조 달러의 비용이 예상된다.

결국 교토의정서는 기대 효과에 비해 대가가 너무 큰 것이며, 상당히 많은 비용을 지불하면서도 효과는 거의 없는 것이다. 비용편익이란 측면에서 만약 이 비용을 다른 곳에 사용한다면 좀 더 큰 이익이 될 수 있다. 따라서 교토의정서 이행 노력이 합리적인 것인지 여부를 반드시 심사숙고해야 한다.

 

이 준 호 / 후마니타스 칼리지 강사

 

그림 설명 및 출처

<그림 1> 기후 복사강제력(RF, 단위: W/m2) 요소들과 과학적 이해 수준에 대한 신뢰도 평가(IPCC 제4차 보고서 내용을 재구성하였음)

<그림 2> 규모가 큰 허리케인 수의 연도별 변화. 1730년부터 1950년까지의 데이터는 산호초에 담겨진 폭풍의 흔적을 통해 얻었고, 1950년부터 2000년까지는 관측 데이터이다. 기간 동안 허리케인 수가 적은 데이터는 추정치이다.

작성자: khugnews

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