온실 효과와 지구 온난화 — 유리온실은 사실 틀린 비유

"온실 효과 때문에 지구가 더워진다"는 말을 자주 듣습니다. 그래서 온실 효과는 나쁜 것처럼 들립니다. 그런데 온실 효과가 아예 없다면 지구의 평균 기온은 영하 18 °C 로 떨어집니다. 실제 평균은 15 °C 이니, 우리는 온실 효과 덕분에 33 °C 만큼 따뜻한 행성에 살고 있습니다. 문제는 온실 효과가 있다는 것이 아니라 점점 강해진다는 것입니다.

태양 빛은 들어오고, 지구 빛은 붙잡힌다

지구를 데우는 에너지는 태양에서 옵니다. 태양은 뜨거워서 주로 짧은 파장의 빛, 곧 가시광선을 내놓습니다. 이 빛은 대기를 거의 그대로 통과해 지표를 데웁니다. 데워진 지표도 빛을 내놓는데, 지표는 태양보다 훨씬 차가워서 눈에 보이지 않는 긴 파장의 적외선을 내놓습니다.

여기서 대기의 성분이 갈립니다. 질소와 산소는 적외선을 그냥 지나보내지만, 수증기·이산화 탄소·메테인은 적외선을 흡수했다가 사방으로 다시 내놓습니다. 그 가운데 절반쯤은 지표로 되돌아옵니다. 지표는 태양 빛에 더해 되돌아온 적외선까지 받으니 더 따뜻해집니다. 이것이 온실 효과이고, 적외선을 붙잡는 기체가 온실 기체입니다.

유리온실은 왜 틀린 비유인가

이름과 달리 유리온실이 따뜻한 주된 이유는 다릅니다. 유리온실은 안에서 데워진 공기가 밖으로 빠져나가지 못하게 가두어 따뜻합니다. 뚜껑을 열면 금세 식습니다. 대기에는 뚜껑이 없습니다. 대기는 공기를 가두는 것이 아니라 적외선을 흡수해 되돌려 보내는 방식으로 지표를 데웁니다. 그렇다면 왜 온실이라는 이름이 붙었을까요. 유리도 적외선을 잘 통과시키지 않아서, 처음에는 그것이 온실을 데우는 주된 이유라고 생각했습니다. 뒤에 실험으로 공기를 가두는 효과가 훨씬 크다는 것이 밝혀졌지만 이름은 그대로 남았습니다. 이름은 굳어져 그대로 쓰되, 원리는 다르다는 것을 기억해야 합니다.

온실 효과와 지구 온난화는 다른 말입니다

온실 효과는 지구가 생긴 뒤로 늘 있던 자연 현상입니다. 지구 온난화는 사람이 석탄과 석유를 태워 이산화 탄소를 늘리면서 이 효과가 강해진 것입니다. 대기 중 이산화 탄소 농도는 산업 혁명 이전 약 280 ppm 에서 지금은 400 ppm 을 넘었습니다.

지구는 들어오는 태양 복사와 우주로 나가는 지구 복사가 같은 복사 평형 상태에 있습니다. 온실 기체가 늘면 나가야 할 적외선이 더 많이 붙잡혀 잠시 나가는 양이 들어오는 양보다 적어집니다. 남는 에너지가 지표와 바다를 데우고, 지표가 더 뜨거워져 더 많은 적외선을 내놓게 되어야 다시 평형이 됩니다. 그 새 평형의 온도가 전보다 높습니다.

한 가지 덧붙이면, 온실 기체 가운데 양이 가장 많은 것은 이산화 탄소가 아니라 수증기입니다. 다만 수증기는 기온에 따라 저절로 늘고 줄어서 사람이 직접 조절하는 대상이 아니고, 이산화 탄소는 한번 늘면 수백 년 동안 대기에 남습니다. 그래서 온난화 이야기의 주인공은 이산화 탄소입니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 파장 비교. 태양 복사는 짧은 파장(가시광선), 지구 복사는 긴 파장(적외선). 온실 기체는 긴 파장만 흡수.
• 온실 기체 고르기. 수증기·이산화 탄소·메테인은 맞고, 질소·산소는 아님.
• 복사 평형 그림에서 화살표 읽기. 온실 기체가 늘면 지표로 되돌아오는 복사가 늘고 지표 온도가 오름.
• 온실 효과와 지구 온난화 구분. 온실 효과는 자연 현상, 온난화는 그 강화.
• 온난화의 결과. 해수면 상승, 빙하 감소, 이상 기후.

자주 헷갈리는 것

• "온실 효과는 나쁜 것이다" — 없으면 지구가 얼어붙습니다. 나쁜 것은 강해지는 온난화입니다.
• "오존층 구멍 때문에 더워진다" — 다른 문제입니다. 오존층은 자외선을 막고, 온난화는 적외선을 붙잡는 온실 기체의 문제입니다.
• "온실 기체가 태양 빛을 막는다" — 태양 빛은 거의 다 통과합니다. 붙잡히는 것은 지구가 내놓는 적외선입니다.

정리합니다. 태양의 짧은 파장 빛은 대기를 통과해 지표를 데우고, 지표가 내놓는 긴 파장의 적외선은 온실 기체에 붙잡혀 일부가 되돌아옵니다. 이 온실 효과가 지구를 33 °C 만큼 따뜻하게 해 왔고, 이산화 탄소가 늘어 이 효과가 강해진 것이 지구 온난화입니다.