안녕하세요 오늘은 기후 이해 편 다음인 대기권의 기후변화 편입니다.
기후 이해 편이 궁금하신 분들은 아래 링크에 들어가서 확인해주세요.
기상학을 쉽게 이해해 보자(기후 이해 편)
기후 기후는 장기간(대개 30년)에 걸친 날씨의 평균이나 변동의 특성을 말합니다.(World Meteorological Organization가 정한 평균 산출기간이 30년) 이렇게 과학자들은 기후가 변하고 있다는 것을 확인하
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지구대기감시
지구대기감시(GAW)
-세계기상기(WMO) 과학기술 프로그램 중 하나인 지구대기감시 프로그램은 지구온난화, 오존층 파괴, 산성비 등과 같은 환경문제에 대처하기 위해 1989년에 전지구오존관측망(단체)과 배경대기오경감시망(단체)을 통합하여 시작되었으며, 전세계 지구급 관측소 31개소, 자연급 관측소 400여 개소, 협력 관측소 100여 개소가 운영 되고 있음.(2020년 기준)
*WMO는 지구환경 실태를 정확히 파악하고 과학자료를 산출하기 위해 지구대기감시 관측소를 지정
- 지구급관측소: 전 지구 규모의 환경문제(기후변화 등) 및 중요성을 다룰 수 있는 관측자료를 생산, 제공할 수 있는 곳
- 지역급관측소: 지구환경문제의 지역적인 면과 지역 규모의 환경문제 및 중요성을 다룰 수 있는 관측 자료를 생산, 제공할 수 있는 곳
*지구대기감시 관측분석자료는 기상청에서 운영하는 기후정보포털 홈페이지에서 확인할 수 있음
기후정보포털
www.climate.go.kr
배경대기와 온실가스 농도
-해당 위도 대에서 대표할 수 있는 지역 활동의 영향을 직접적으로 받지 않은 공기(배경대기)에서 산출한 온실가스 농도로 기후변화감시, 기후변화예측, 국제기후변화협약에서 기초자료로 활용됨.
기후변화감시소
-기후변화로 지구온난화가 사회‧경제적인 이슈가 되면서 기상청은 한반도에서 기후변화 원인물질의 유‧출입을 감시하기 위한 지구대기감시 관측망을 운영함.
지구대기감시 요소
-지구대기감시(GAW)에서 권고하는 온실가스, 반응가스, 에어로졸, 대기복사, 성층권오존/자외선, 총대기침적(WMO나 GAW 프로그램의 한 분야를 말합니다) 분야 중 총 36개의 요소를 관측하고 있음.
킬링곡선
-1985년부터 지구대기의 이산화탄소 농도를 나타낸 그래프로 최초로 이산화탄소 농도를 측정한 챨스 데이비드 킬링의(1928-2005) 이름을 따서 지어짐.
-기후변화의 원인이 되는 순수한 지구 배경대기 값을 얻기 위해 하와이 마우나로아에서 이산화탄소 농도를 측정해 왔으며 이산화탄소의 농도 변동이 계절적인 변동을 넘어 매년 증가하는 것을 발견함.
온실가스
온실가스
-대기 중에 가스 상태로 장기간 체류하면서 대부분의 태양복사를 투과시키고 지표면에서 방출하는 지구복사를 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 물질임.온실효과를 유발하여 지표온도를 상승시킬 수 있는 온실가스 중에는 이산화탄소 이외에 메탄, 이산화질소, 염화불화탄소 등의 미량기체를(혼합비는 적지만 이산화탄소와 같은 기체를 잘 흡수하는 기체) 꼽을 수 있음.
이산화탄소
-인간의 화석연료 소비 증가로 배출되는 대표적 온실가스로 전지구 평균농도는 꾸준히 증가 추세. 관측단위는 ppm(100만분의 일)이며 대기 중에 머무르는 시간이 100~300년으로 전체 온실효과의 65%차지. 화석에너지 사용과 시멘트 생산 등 인간 활동과 동‧식물의 호흡과정, 유기물의 부패, 화산활동 등 자연활동으로 대기 중에 배출되고 식물의 광합성 작용과 해양 흡수로 배출된 양의 약 60%가 제거되고 나머지 40%는 대기 중에 남아 농도가 증가함.
-최근 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전의 280ppm보다 현저하게 증가하고 있음. 전지구 이산화탄소 평균 농도는 2021년 415.7 ppm, 안면도 기후변화감시소에서 관측된 평균 농도는 2021년 423.1ppm을 기록.(감이 안 잡힌 분들을 위해 예를 들어리자면, 410ppm 정도가 기온 상승 효과 약 1.2 일으킵니다)
-과거 대기 중 이산화탄소 농도의 장기변동은 남극, 그린란드, 고산 빙하 속에 포집된 공기 중 농도를 분석하여 밝혀졌음.
메탄
-이산화탄소 다음으로 중요한 온실가스 중 하나로 ppb(10억분의 1) 수준으로 대기 중에 존재함.
-전지구 온실가스 복사강제력 대비 17% 기여하고 있으며 주요 배출원은 습지, 바다, 대지의 사용, 쌀농사, 발효, 화석연료 등 다양한 인위적‧자연적 요소가 존재하는 반면, 소멸원은 주로 대기 중 수산화이온 라디칼로 알려져 있음.
-다른 온실가스에 비해 체류시간이 12년으로 짧아 배출량을 줄이면 가장 빠른 효과를 볼 수 있음.
아산화질소
-대기 중 체류시간이 114년 되는 온실가스로 복사강제력의 6%를 차지함.
-발생원은 해양, 토양 등이 있으며 화석연료, 생태소각, 농업비료의 사용, 여러 산업공정에서 배출되는 인위적 기원 등이 있음. 아산화질소는 성층권으로 올라가 광분해 되어 성층권 오존을 파괴하면서 소멸됨.
육불화황
-육불화황은 인공적인 온실효과를 유발하며 화학적, 열적으로 안정된 기체임. 전기를 통하지 않는 특성이 있으며 반도체 생산 공정에서 다량 사용됨.
-이산화탄소와 같은 양일 때 온실효과는 약 22,800배로 가장 크며 한번 배출되면 3200년까지 영향을 미침.
-대부분 성층권이나 그 상층에서 주로 짧은 파장의 자외선에 의해 파괴됨.
-안면도 기후변화감시소에 육불화황 세계표준센터를 유치하여 WMO 회원국의 대상으로 적합성 평가를 수행하고 있음.
수소불화탄소
-오존층을 파괴하는 프레온 가스로 염화불화탄소의 대체물질로 개발되었음.
-냉장고나 에어컨의 냉매 등 주로 인공적으로 만들어 산업공정의 부산물로 쓰임.
과불화탄소
-염화불화탄소의 대체물질로 개발. 탄소와 불소의 화합물로 만든 전자제품, 도금산업, 반도체의 세척용, 소화기 등에 사용됨.
염화불화탄소
-'프레온 가스'로 널리 알려져 있음. 오존층을 파괴시키는 물질 중 하나로 몬트리올 의정서에서 규제대상 물질(1989)로 지정되었으며, 냉장고 냉매, 발포제, 충전제로 주로 사용됨.
-계속적인 배출로 농도가 꾸준히 증가하였으나, 몬트리올 의정서 발표 이후 현재 감소 추세에 있음.
지구온난화지수
-이산화탄소 1kg과 비교하여 온실가스가 대기 중에 방출된 후 특정기간 그 가스 1kg의 상대적온난화 효과
복사강제력
-기후변화를 일으키는 물질들의 영향력을 나타내는 척도로 단위면적 당 에너지 변화율로 표현. 양의 복사강제력은 지구-대기 시스템의 에너지를 증가시키고, 음의 복사강제력은 감소시킨다.
(사진1)전지구의 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, CFCs, HCFCs, HFCs가 차지하는 복사강제력(W/m2)을 한 그래프에 보여주는 그래프임. 전체 온실가스에 대한 복사강제력은 점차 증가하고 있으며 이산화탄소는 총 복사강제력에 가장 큰 기여를 하는 반면 CFCs는 시간에 지남에 따라 그 기여도가 상대적으로 작아지고 있음. 1990년에서 2021년까지 전체 온실가스는 49% 증가(1.06W/m2)하였고, 증가량의 약 80%를 이산화탄소(0.82W/m2)가 차지함
(사진2)우리나라의 복사강제력은 안면도 기후변화감시소에서 관측한 주요 5가지 온실가스(CO2, CH4, N2O, CFC11, CFC12)로 산출함. 전지구의 경향과 비슷하게 이산화탄소의 증가 경향이 뚜렷하게 나타나며, 2021년 전체 복사강제력 중 이산화탄소가 차지하는 비율은 약 69.2%로 가장 크며, 다음은 메테인이 17.2%를 차지함.
온실효과
-대기 중의 수증기와 이산화탄소 등이 유리처럼 작용하여 지구표면의 온도를 높게 유지하는 효과를 말함. 대기는 태양에서 복사되는 단파장을 거의 통과시켜 지표면까지 도달하게 하지만, 지표면에서 방출되는 복사는 파장이 길기 때문에 대기 중의 수증기, 이산화탄소, 오존 등에 대부분 흡수되거나, 다시 열로 지표면으로 방출됨. 이 결과 지면과 하층대기는 온도의 상승이 있게 됨.
이산화탄소 상당량
-온실가스 농도를 지구온난화 효과를 기준으로 이산화탄소 농도로 환산한 값. 환산 농도에는 모든 온실가스(대류권, 오존 포함) 및 에어로졸과 알베도(반사율) 변화에 의한 복사강제력이 포함됨. 1750~2011년 간 총 인위적 복사강제력 2.3W/m2은 이산화탄소상당량으로 환산하면 430ppm에 해당됨(IPCC 제5차 보고서)
반응가스
반응가스
-다른 가스 상 물질들(고체, 액체, 기체 등)과의 결학력이 좋아 대기 중에 체류시간이 짧기 떄문에 반응가스라 부름. 이 가스는 1차 오염물질과 2차 오염물질로 나뉘는데 배출원에서 바로 배출된 물질이 1차 오염물질이고 배출된 이후 대기 중에서 다른 화학반응으로 새롭게 생성된 물질을 2차 오염물질이라 함
일산화탄소
-복사강제력은 0.23W/m2으로 수산화이온(산소 하나에 수소 하나가 결합된 형태의 수소 산화물로 물에 녹아 염기성 용액이 되며 수산화이온의 농도는 용액의 염기성의 척도임)과의 반응으로 이산화탄소 등 온실가스 농도를 변화시켜 지구온난화에 영향을 미침.
-주로 화석연료나 탄소화합물의 불완전연소, 메탄 등 탄화수소 계열 물질의 산화과정, 화산폭발, 산불, 해수 중의 미생물 작용 등에 의해 생성.
지표오존
-강력한 온실효과를 일으키는 기체 중의 하나이며, 대류권 오존의 복사강제력은 0.4W/m2로 지구온난화에 직접적으로 영향을 미침.
-화학반응에 의해서 생성되어 광화학스모그의 원인물질 뿐 아니라 장파복사에너지를 흡수하는 온실가스로 작용하며, 시각장애와 폐수종, 폐충혈 등을 일으킴.
-경제 성장과 산업 구조의 고도화에 따른 인구 증가와 오염물질 배출량 증가로 인해 대기 중 지표오존농도가 지속적으로 증가 추세.
*오존주의보
-지표 오존은 일상생활에서 배출되는 자동차의 배기가스, 스프레이, 공장 매연, 질소산화물 등이 태양빛을 받아 광화학 반응을 일으키면 오존 농도가 높아지게 됨.
-특히, 인위적인 배출로 인한 질소산화물과 휘발성 유기물질의 농도가 높고, 기온이 높고, 일사량이 클수록 많이 생성됨.
-오존이 적당량 존재할 경우 강력한 산화력으로 살균, 탈취작용을 함. 그러나 오존 농도가 일정 기준이상 높아지면 호흡기나 눈이 자극을 받아 기침이 나고 눈이 따끔거릴 수 있으며 심할 경우 폐기능 저하 등 인체에 피해를 줄 수 있음
-대기 중 오존 농도가 1시간 평균 0.12ppm 이상일 때 오존주의보가 발표됨.
이산화황
-황산에어로졸의 전구체로 복사강제력이 -0.41W/m2로 나타나며 태양빛을 산란시켜 지구 냉각화에 기여함.
-석탄, 기름 연소, 난방 등에서 주로 배출되며 무색의 자극성이 강한 기체로 액화되기 쉬우며, 기관지염, 천식, 폐기종, 폐쇄성 질환을 일으킴.
질소산화물
-지구온난화를 일으키는 오존의 주요 전구물질임과 동시에 지구 냉각화를 일으키는 질산에어로졸의 전구물질임.
-질산에어로졸의 냉각화 영향으로 복사강제력은 -0.15W/m2임.
휘발성유기화합물
-대기 중에서 쉽게 증발하는 액체 또는 기체상 유기화합물로 메탄올, 프로판, 아세틸렌, 휘발류 등이 있으며 대기오염 뿐만 아니라 발암성 물질임.
-다른 물질과의 반응성이 매우 높아 대기 중의 질소산화물과 반응하여 광화학 스모그의 주 원인인 오존 발생을 촉진시키는 전구물질 역할을 함.
탄화수소화합물
-유기화합물은 탄소가 수소와 산소, 질소 등과 결합하여 만드는 화합물을 말하는데 그 중 탄소와 수소로 이루어진 유기물을 탄화수소화합물이라 한다.
-탄소와 탄소가 결합한 모양과 탄소의 개수에 따라 이름이 다르고 각각의 반응도 다르게 나타난다.
-메탄은 가장 간단한 유기화합물로 화학식은 메테인이며 천연가스의 주성분임. 대칭구조이며 무극성을 띠고 물에 용해되기 어려움.
-메탄 분자를 구성하는 탄소 원자와 수소 원자의 결합이 비교적 안정하기 때문에 쉽게 반응하지는 않지만 자외선을 받아 광화학 반응을 거치면 탄소와 수소의 결합이 끊어지고 탄소와 염소의 결합이 형성됨.
광화학반응
-광합성과 같이 새로운 물질을 합성하거나 특징에 변화를 주는 화학반응임. 복사 에너지의 흡수 혹은 방출에 관여하는 화학반응을 말함.
-자외선의 흡수는 대기에서 분자들의 화학 결합을 끊어 연쇄반응을 일으킬 수 있도록 만들며 광화학반응의 예로 이산화질소나 오존의 광분해를 들 수 있음.
-이후 화학반응은 대류권에 존재하는 탄화수소와 그 외의 오염줄딜을 제거하는 연쇄반응을 촉발함.
2차 오염물질
-오염 발생원에서 직접적으로 배출된 오염물질을 1차 오염물질이라고 함. 이러한 오염물질이 자외선을 받아 새로운 물질로 변화되어 오염현산을 일으킬 때 새롭게 생선된 물질을 2차 오염물질이라 함.
-오염물의 화학적인 변환이 일어날 때 어떤 오염물질은 방출된 직후 인체에 피해를 주지 않지만 화학작용에 의해 고농도의 해로운 오염물질로 변화되기도 함.
*예: 오존은 질소산화물과 휘발성 유기화합물이 광화학반응을 일으켜 생성된 2차 오염물질임.
에어로졸
에어로졸
-대기 중에 떠 있는 고체 또는 액체 상태의 작은 입자(약 0.00.1~ 100 μm)로 연무, 황사, 안개 등의 기상현상과 관련이 있음.
-바람에 의한 비산 화산폭발, 해염, 산불 등 자연적인 요인과, 산업 활동, 자동차 등 인간활동의 결과로 생성됨.
에어로졸 광학깊이
-에어로졸 광학깊이는 태양복사가 대기의 상한에서 지표까지 도달하는 동안 대기 중 에어로졸에 의해 감쇄되는 효과를 나타내는 척도임. 지상에서 정밀필터복사계와 같은 태양광도계를 사용하거나 인공위성에서 관측할 수 있음.
미세먼지
- 입자크기(직경)가 10μm 이하인 먼지
-황사와 구분하기 위해 인위적 배출에 의한 입자를 가리키기도 함.
황사
-먼지 연무의 일종으로 주로 대륙의 황토지대에서 불려 올라간 다량의 황토먼지가 온 하늘을 덮고 떠다니며 서서히 하강하는 현상으로 입자크기는 2~4 μm 이상임.
연무
-시정 1km 이상으로 비교적 낮을 때 대기 중에 연기‧먼지 등 미세한 입자가 떠 있어서 공기의 색이 우윳빛으로 부옇게 보이는 현상.
*연무와 안개의 차이점
연무: 가시거리 1km 이상으로 미세한 고체입자가 공기 중에 부유하는 것으로 회백색을 뜀.
안개: 가시거리 1km 이하로 미세한 물방울이 공기 중에 떠 있는 현상으로 습도가 높게 나타남.
*가시거리: 수평방향으로 어떤 물체를 확인할 수 있는 최대거리
PM10
-눈에 보이지 않을 만큼 미세한 입자의 먼지로, 지름 10 μm 이하의 먼지.(PM은 대기 중에 떠다니는 고체 또는 액체 상태의 미세한 입자를 뜻함. 즉, 안 보임)
검댕
-화석연료의 불완전연소로 인해서 발생하는 지름 0.02~0.4 μm 크기의 작은 탄소 알맹이.
탄소 에어로졸
-탄소성분으로 구성된 에어로졸로 원소탄소와 유기탄소로 구분.
유기 에어로졸
-자연적 요인에 의해 배출되거나 기체상 유기화합물이 대기 중 광화학 반응 등에 의해 입자로 변환되어 2차적으로 생성되기도 함.
에어로졸과 기후변화
-에어로졸은 전체적으로 온실가스와는 달리 기후를 냉각시키는 역할을 하며 기후변화에 영향을 미치는 3가지 효과는 다음과 같음.
1) 에어로졸-복사 상호작용: 태양복사를 산란하거나 흡수해서 복사수지 변화
2) 에어로졸-구름 상호작용: 구름 알베도(반사율) 변화, 구름 수명 변화
3) 눈과 얼음 표면의 검댕으로 인한 지표 알베도 변화
오늘은 기후학을 쉽게 이해해 보자 대기권 1편이었는데요.
내용이 이제 하도 많다보니 다음 글은 대기권 2편으로 돌아오도록 하겠습니다.
(기후 정보 포털을 토대로 작성했습니다)