대기 중 CO₂ 농도 400ppm, 지구 온도에 빨간불!

1958년 3월, 313ppm.
2013년 5월, 400ppm.


미국 하와이 마우나 로아(Mauna Loa) 관측소에서 최초로, 그리고 가장 최근에 측정한 대기 중 이산화탄소(CO₂) 농도다. 이 기록은 55년이라는 시간 동안 대기 중 CO₂ 농도가 무려 87ppm이나 늘었다는 것을 보여준다. 그만큼 지구 온도는 높아졌고 이상기후 현상도 많아졌다.

여기서 더 중요하게 살펴야 할 부분은 가장 최근 기록인 ‘400ppm’이다. 지난 2007년 기후변화정부간협의체(IPCC)가 제시한 마지노선이기 때문이다. IPCC는 지구 온도를 산업혁명 이전보다 섭씨 2도 이상 높이지 않으려면 대기 중 CO₂ 농도가 400ppm을 넘지 않아야 한다고 제안했다. 그래야 그나마 지금의 지구 생태계를 유지할 수 있다는 이야기다.

그런데 최근 세계 각지에서 측정한 CO₂ 농도가 400ppm을 넘긴 데다 마우나 로아 관측소 기록까지 이 선을 넘어버렸다. 2013년 5월 9일에는 400.03ppm으로 발표됐고, 가장 최근 측정값인 5월 27일치는 400.27ppm이었다. 지구 온도가 섭씨 2도 이상 높아질 수 있다는 빨간색 경고등이 켜진 셈이다.

●55년 간 살펴본 지구 상태 진단서, ‘킬링 곡선’

마우나 로아 관측소의 기록이 특히 중요한 경고가 되는 까닭은 ‘킬링 곡선(Keeling Curve)’에 있다. 이 그래프는 1958년부터 마우나 로아 관측소에서 측정한 대기 중 CO₂ 농도의 추세를 나타내는데, 매년 오르고 내리기를 반복하며 지속적으로 상승하는 모양을 하고 있다.

1950년대 말에는 연간 0.7ppm 꼴로 높아지다가, 최근 10여 년 동안에는 매년 2.1ppm씩 높아지고 있다. 화석연료를 사용하는 등 인간의 활동이 많아지면서 CO₂ 농도가 급격히 늘어나고 지구 온도도 높아지고 있다는 걸 잘 보여주는 ‘지구 상태의 진단서’인 셈이다.

[그림] 미국 하와이의 마우나 로아 관측소에서 대기 중 CO₂농도를 측정한 값을 그래프로 나타낸 킬링 곡선. 1958년 3월 313ppm이었던 CO₂농도는 2013년 5월 27일 400.27ppm으로 측정됐다. 출처 : 미국 Scripps 해양과학연구소.


이런 귀한 자료가 만들어지게 된 건 1958년 당시 서른 살이었던 젊은 화학자 찰스 데이비드 킬링(Charles David Keeling) 박사 덕분이다. 그가 맨 처음 마우나 로아 화산 중턱 해발 3,397m에 세워진 관측소에서 수집한 공기를 분석해 대기 중 CO₂ 농도를 밝혀냈기 때문이다.

처음 1년 동안 측정한 CO₂ 농도는 평형을 찾는 것처럼 보였다. 식물의 광합성 등의 영향으로 대기 중 CO₂ 농도가 높아졌다 낮아지기를 반복했던 것이다. 하지만 시간이 더 흐르자 CO₂ 농도가 확실히 늘어난다는 것을 확인할 수 있었다. 그는 2005년 77세로 죽을 때까지 이 작업을 지속했으며, 이후에는 그의 아들이 이 일을 계속하며 지구 상태를 꾸준히 살피고 있다.

결국 마우나 로아 관측소에서 CO₂ 농도가 400ppm을 기록했다는 점은 중요한 경고다. 이런 속도로 CO₂ 농도가 늘어난다면 곧 450ppm도 넘을 수 있고, 그렇게 되면 지구 온도도 섭씨 2도 높아져 생태계에 심각한 타격이 올 수 있다고 과학자들은 전망하고 있다.

●지구온난화 여유 온도는 0.65도, 마지막 시간 벌었나?

지구 생태계를 어느 정도 유지하기 위해 IPCC에서 제시한 지구온난화의 기준은 앞서 언급한 것처럼 ‘산업혁명 이전보다 섭씨 2도 이상 높아지지 않는 것’ 이다. 현재 여기까지 남은 여유는 섭씨 0.65도에 불과하다.

이미 지구 온도가 섭씨 0.75도 높아졌고, 앞으로도 섭씨 0.6도 더 높아질 것으로 예상되기 때문이다. 섭씨 0.6도 상승은 2005년 국립기상연구소의 기후변화모델로 온실가스와 에어로졸 농도를 고정시키고 미래를 전망한 결과 나온 값이다. 그러니 지속가능한 지구를 위해 남은 여유는 섭씨 0.65도뿐이다.

그나마 다행스러운 소식은 지구온난화 속도가 예상보다 더딜 수 있다는 연구결과다.영국 옥스퍼드대 환경변화연구소(Environmental Change Institute)와 미국 항공우주국(NASA) 등이 포함된 국제공동연구진은 지구 온도가 높아지는 게 생각보다 느리다는 내용의 보고서를 2013년 5월 19일자 ‘네이처 지오사이언스’에 실었다.

2007년 IPCC는 지구온난화에 따라 히말라야 빙하가 오는 2035년까지 완전히 녹아 없어질 수 있고, 지구 온도가 단기간에 섭씨 1~3도 높아질 거라고 내다봤다. 그러나 이번 연구에서는 그 상승폭이 섭씨 0.9~2.0도 정도일 것으로 예상돼 최대 섭씨 1도 차이가 났다. 또 향후 수 십 년간 전 세계 평균 기온은 예상치의 약 20% 정도만 오를 것으로 전망됐다. 연구진은 그 이유를 최근 바다가 대기 중의 열 흡수를 크게 늘린 데서 찾고 있다. 지난 10년 간 예상보다 빠른 속도로 열을 흡수해 대기 중 CO₂ 농도가 400ppm을 돌파하는 와중에도 지구온난화 속도가 느려졌다는 것이다.

그러나 언젠가는 바다가 열을 흡수하는 일을 멈추게 되면 대기의 상황이 더 나빠질 가능성이 있으므로 지구온난화를 경계하는 고삐를 늦춰서는 안 된다. 지금처럼 온실가스 배출 규모가 늘어나면 지구 온도가 섭씨 2도 이상 높아지는 건 여전히 시간문제일 수 있다. 결국 약간의 여유는 생겼지만 온실가스 배출을 줄이려는 노력을 덜 할 이유는 없다는 이야기다.

이미 400ppm이라는 위험한 지점을 넘어서고 말았지만 아직 완전히 늦지는 않았다. 지구와 지구상 모든 생명체가 ‘오래오래 행복하게 살았다’는 결말을 맞을 수 있도록 오늘부터 지구 살리기에 동참하는 건 어떨까.

반세기 세월을 하와이 화산 위에서 묵묵히 CO₂ 농도를 측정한 킬링 박사가 꿈꾼 건 어쩌면 매번 꼬물꼬물 올라가는 킬링 곡선의 기울기가 조금이라도 누그러지는 것이었을지 모른다.

글 : 박태진 과학칼럼니스트

 

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
크리에이티브 커먼즈 라이선스
Creative Commons License

[실험]몽글몽글~ 저절로 부푸는 풍선 만들기

우리가 내쉬는 숨에는 기체인 이산화탄소가 들어 있다. 이산화탄소는 무색, 무취의 기체로 동물이 내쉬는 숨이나 물질을 태울 때 발생하는 기체에 들어있다. 식물이 광합성을 할 때 꼭 필요한 기체이기도 하다. 이렇듯 이산화탄소는 지구상에 꼭 필요한 물질이자 항상 존재하는 물질이다. 여러 물질을 섞어 인위적으로 만들어 낼 수도 있다. 재미있는 화학 실험을 통해 이산화탄소를 만들어 풍선을 저절로 부풀게 해 보자.

[교과과정]
초등 3-2 액체와 기체의 부피
초등 5-2 용해와 용액
초등 6-2 여러 가지 기체

[학습주제]
산과 염기의 반응 알아보기
특정 액체의 반응으로 생기는 기체 알아보기
여러 가지 기체의 특성 알아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험 동영상>



* 실험 참고사항 : 풍선을 병에 씌울 때 찢어지지 않도록 주의하세요.
실험에 사용한 약품과 용액을 먹거나 마시지 마세요.


실험에서 풍선이 저절로 부풀어 오르는 이유는 산과 염기가 만나 화학반응이 일어났기 때문이다. 식초에는 아세트산()이 들어 있고, 탄산수소나트륨과 만나면 물과 이산화탄소 기체가 발생한다.

반응은 풍선 속 탄산수소나트륨을 식초가 있는 병에 붓자마자, 순식간에 일어난다. 이때 병 속을 관찰하면 하얀 거품들이 끓어오르는 것을 볼 수 있으며 기포가 터지는 소리를 들을 수 있다. 이렇게 두 물질이 반응하며 생긴 이산화탄소는 병을 가득 채우고도 흘러넘쳐 풍선을 저절로 부풀게 한다.

[반응식]
탄산수소나트륨 + 식초(아세트산) = 초산나트륨 + 이산화탄소 + 물
NaHCO3(고체)+ CH3COOH(수용액)=CH3COONa(수용액)+CO2(기체)+H2O(액체)

산은 수용액 상태에서 수소 이온(H⁺)을 내놓고 염기는 수산화 이온(OH⁻)을 내놓는다. 이 반응에서는 고체 상태였던 탄산수소나트륨이 액체인 식초와 만나면서 녹아 수산화 이온을 내놓는다. 이것이 식초에서 나온 수소 이온과 만나면 물(H₂O)이 된다.

산과 염기가 만나면 일어나는 중화반응의 또 다른 예를 들자면 묽은 염산과 수산화나트륨 용액의 반응이 있다. 이 두 용액을 섞으면 염산의 수소 이온과 수산화나트륨의 수산화 이온이 만나 물이 만들어지고, 나머지 이온들로 소금이 만들어진다. 이렇듯 중화반응은 산과 염기가 만나 기존 자신들의 성질을 잃고 새로운 물질로 변하는 반응이다.

실험에 사용된 탄산수소나트륨은 베이킹파우더의 주성분으로 빵을 만들 때 많이 사용된다. 밀가루 반죽에 베이킹파우더를 첨가하고 오븐에 넣어 구우면 빵이나 쿠키가 봉긋 부풀어 오른다. 탄산수소나트륨에 가열을 해도 이산화탄소가 발생하기 때문이다.

[반응식]
탄산수소나트륨 (가열) → 탄산나트륨 + 이산화탄소 + 물
2NaHCO3(고체) → Na2CO3 + CO2(기체) + H2O(액체)

탄산수소나트륨에 열을 가하면 탄산나트륨으로 변하며 이산화탄소와 물이 생긴다. 그 결과 오븐에 넣고 가열한 빵 반죽에는 이산화탄소가 발생하며 점점 부풀어 오르고, 이 이산화탄소가 빠져 나간 자리에는 구멍이 생겨 스펀지처럼 변하게 된다.

탄산수소나트륨은 빵 외에도 사이다를 만들 때 사용할 수 있다. 물에 탄산수소나트륨과 시트르산을 섞으면 사이다처럼 탄산 기포가 순식간에 올라온다. 단, 이 상태로는 단맛이 전혀 나지 않기 때문에 설탕이나 시럽을 첨가해야 사이다가 완성된다.

하지만 사이다나 콜라 등의 탄산음료는 뚜껑을 열어둔 채 오래 방치하면 톡 쏘는 맛이 사라진다. 그 이유는 무엇일까. 탄산음료 속 이산화탄소는 물에 잘 녹는 성질을 갖는다. 특히 압력이 높고 온도가 낮을수록 물에 잘 녹기 때문에 탄산음료를 컵에 따른 후 실온이나 따뜻한 곳에 놓아두면 이산화탄소가 공기 중으로 날아가기 쉽다. 탄산 특유의 톡 쏘는 맛은 시간이 지날수록 공기 중으로 날아가는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
크리에이티브 커먼즈 라이선스
Creative Commons License
1 
BLOG main image
생활에 밎줄 긋는 과학이야기♡ -KISTI의 과학향기-
by 과학향기

카테고리

분류 전체보기 (1178)
과학향기 기사 (892)
과학향기 이벤트 (1)
과학향기 독자참여 (1)
이런주제 어때요? (1)

달력

«   2017/06   »
        1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30  
tistory!get rss Tistory Tistory 가입하기!
Clicky Web Analytics

티스토리 툴바