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구독해서 즐겨보는 사피엔스 스튜디오에서의 김상욱 물리학자가 출연해서 지구온난화, 지후 위기에 대해서 강연을 했다. 기후 위기의 핵심은 무엇일까? 과학적 팩트로 알아보며 과연 지구 온난화는 인간이 주범일까? 태양이 주범일까? 아니면 다른 특별한 이유가 있는 것일까? 최근 지구 기후 변화로 전 세계 곳곳에서 엄청난 일들이 일어나고 있다. 예를 들어 사막에 눈이 와서 쌓여있는 모습, 북극에서 비키니를 입고, 수영을 하는 모습은 실제 발생되는 일이다.
이번 강의를 하는 김상욱 교수는 현재 경희대학교 교수로 재직 중이며, 카이스트 대학원 물리학과 박사 학위가 있는 물리학자이다. 이번 주제는 물리학자의 관점에서 바라보는 지구의 환경문제이다.
물리학자들은 가장 기본적인 것부터 체크를 하면서 연구를 하는 사람들이다. 지금 국내 언론 및 세계의 여러 국가에서 말하는 지구의 기후 위기의 본질에 대한 가장 중요한 사실은 산업혁명이 있었던 19세기 초부터 이다. 이때 지구의 온도가 1도 올랐다. 지구의 온도가 1도 올라간 것 가지고 난리법석인가?라고 보통 생각할 수 있다.
지구의 온도 변화 - 기후 위기가 오면 어떤 일이 발생될까?
많은 과학자들이 연구를 해서 가장 드라마틱했던 지구 온도 변화의 사건은 지금으로부터 5,500만 년 전이다. '팔레오세-에오세' 최대 온난기라고 부르는 시기를 뜻한다. 이때 지구의 평균 온도가 5도에서 6도 정도 상승했었다. 지구를 연구하는 과학자 입장에서는 엄청나게 놀라운 일이며 특별하게 항상 강조하는 시기이다.
약 5500만 년 전
2만 년 동안
지구 평균 온도가 5도, 6도 상승했다.
과학자들이 말하는 지구 최대 온난기 시기에 2만 년 동안 지구 평균 온도가 5도에서 6도가 상승했다. 평균 온도가 1도 오르는데 약 4000년 정도가 걸렸다. 그렇다 이 시기가 지구 역사상 우리가 알고 있는 가장 드라마틱하고 상상 초월하는 온도 상승의 유일한 사례이다.
이 정도로 지구의 온도가 올라가려면 열 에너지가 필요하다. 과학자들은 계산해본다. 그 열이 올라가기 위한 에너지를 만약 우리가 원자폭탄을 터트린다면 이 온도를 계산할 수가 있을까?
200년간
1초에 원자폭탄이 4개씩
터진 에너지가
지구 온도 5도, 6도를 올릴 수 있다.
그렇다. 팔레오세-에오세 시기에는 정말 상상할 수 없는 지구 기후 온도 변화가 현재 우리가 살고 있는 2022년에 일어나고 있는 중이다. 이제 기후가 바뀌고, 지구의 온도가 올라간다는 것은 과학적인 사실이며 팩트이다. 사람들이 정말 기후 위기가 내가 살아 숨 쉬고 있을 때 오는 것인가? 물음에는 이젠 너무 늦어버렸다. 이런 이야기를 할 시간이 없다.
그렇다면 지구 기후 위기가 오면 우리에게 어떤 일들이 발생할까? 과학자들은 말을 아낀다. 어떤 일이 발생할지는 정확히 알기 어렵다. 하지만 분명한 것은 지금 우리가 살고 있는 세상이 아닌 전혀 다른 세상이 될 것이고, 그 세상이 우리에게 좋을지? 나쁠지 모르는 상황에서 나쁜 확률에서 만약 나빠졌다면 돌이킬 수 없다는 것이다.
태양계에서 단 하나뿐인 지구를 가지고 인류는 도박을 할 수가 없다. 혹시 좋아질 수 있지 않을까?라는 질문은 이제 안 통한다.
여기서 김상욱 교수는 물리학자인 본인뿐만 아니라 각계 모든 사람들이 의논을 하고, 심각하게 생각해야 한다고 밝힌다. 기후 변화, 기후 위기 문제는 우리 모든 인류의 문제라서 모든 분야의 사람들이 자신의 시각으로. 자신의 관점으로 이 문제를 이야기해야 한다고 했다.
지구의 온도가 올라가는 이유 - 탄소 배출을 줄이는 것은 공정한가?
지구 온난화의 주범은 '온실가스'라고 매번 들린다. 온실가스가 증가해서 그것 때문에 지표면 온도가 올라가는 현상이 지구온난화이다. 온실가스가 범인이니 온실가스를 단칼에 없애버리면 될 것 같지만 만약 온실가스가 지구 상에서 완전히 사라진다면 지구의 온도가 영하 20도 아래로 떨어지게 될 확률이 크다.
지구 온난화의 주범 온실가스
온실가스가 지구에서 사라진다면?
지구의 온도는 영하 20도가 된다.
지구에 온실가스가 어느 정도 있어서 지금의 인류가 따뜻하게 살 수가 있는 것이다. 즉 정당량의 온실가스가 있어야 한다. 온실가스가 나쁜 것만은 아니다.
과학자들이 밝힌 온실가스가 늘어난 것은 산업혁명 이후 인간의 활동으로 온실가스가 늘어났다고 한다. 처음 이런 발표는 일반적인 사람과 심지어 당시 과학자들도 믿지를 못했다. 지구 입장에서 보면 작은 점 같은 인간이 아무리 활동을 많이 한다고 해도 지구의 온도를 1도를 올릴 수 있었으며 말이 안 되는 이야기라고 의심을 했었다고 한다.
2007년 영국 BBC에서는 지구 온난화는 대사기극이라고 다큐멘터리가 나왔었다. 다큐멘터리에서 주장했던 것은 이산화탄소가 늘어서 올라가는 것이 아니라 지구 자체 온도가 올라가서 온실가스가 늘어나는 것이다라면서 앞뒤가 바뀌었다는 주장을 했다. 그리고 지구의 온도는 태양의 활동에 변화가 생겨서 그렇다고 하는 주장이었다.
이런 주장도 근거가 없는 것은 아니다. 지구의 역사에는 아주 추웠던 빙하기와 간빙기가 번갈아 나타나는 시기가 있었다. 이때 지구의 온도 변화에 이산화탄소의 농도가 변했다. 하지만 그때는 인간도 없었고, 인간에 의한 산업혁명도 없었다. 그래서 과학자들은 당시 온도가 바뀌어서 이산화탄소의 양이 바뀌었다고 결론을 내린다. 아직 100%는 아니지만 지구의 궤도 운동이나 태양과 지구와의 관계 때문이라고 추정을 하고 있다.
나사(NASA)
50년간 태양으로 받은 에너지는
감소하고 있다.
미국 나사(NASA)에 따르면 지난 50년간 지구가 태양으로부터 받은 에너지의 양은 감소하고 있다는 데이터를 확인했다. 그렇다 앞서 BBC에서 주장했던 태양 때문에 지구의 온도가 올라서 온실가스가 늘었다는 것은 틀렸다는 것이다.
여기에서 인간 말고, 다른 동물들이 이산화탄소를 많이 만들고 있나 싶어서 과학자들이 충분한 조사를 통해서 동물과 식물은 충분히 균형을 이루며 지구 온난화에 영향을 주지 않는다고 결과들이 나왔다.
1988년 기후 학자들은 여러 연구를 통해서 본인들만으로는 더 이상 결론을 낼 수가 없어서 기후 변화에 관한 세계 각국 간의 협의체를 만들게 된다. 이 협의체가 'IPCC'이다. IPCC에서 지구에서 온도 변화를 일으킬 수 있는 수많은 요인을 다 검토하고, 실제로 온도가 올라가고 있는지부터 모든 데이터를 모아서 주기적으로 보고서를 작성하기로 한다.
처음부터 기후학자들이 지구의 기후 위기를 말했던 것은 아니다. 과학자들은 언제나 자신의 이론이 자신의 주장이 100% 옳다는 말을 하지 않는다. 연구하며 증거가 쌓여가면서 주장이 옳은 확률이 커지게 된다. 이런 연구 프로세스가 전형적인 과학의 진행과정이다.
위 사진을 보면 기후변화가 인간의 책임일까? 하는 질문에서 시간이 흘러감에 따라 인간도 작은 이유이며, 인간의 책임이 66% 이상, 인간의 책임이 95% 이상이라고 흘러가다가 최근 2022년 6차 보고서에는 "인간 책임이 명백"하다고 결론을 내었다. IPCC에서는 끊임없이 의심하고, 연구하고 증거를 모아보니 결국 인간의 활동으로 만들어진 이산화탄소가 지구의 온도를 지구 역사상 규모 없는.. 전례 없는 규모로 지구가 뜨거워지고 있다는 것을 모두 확신하게 되어버렸다.
사실이 정확히 확인이 되었다면 우리가 할 일은 이것을 막아야 한다. 인간이 확인한 가장 빠른 지구의 온도 변화는 4000년간 1도이다. 그렇다면 당장 인류가 할 수 있는 일은 무엇일까? 이산화탄소 배출을 멈추는 것이다. 그렇다면 가능할까? 지금의 인류는 이산화탄소를 배출하는 문명이다.
지구의 위기가 아니고, 정확히는 인간의 위기이다.
자동차를 타고, 전기를 사용하고, 심지어 운동을 할 때에도 이산화탄소가 배출이 된다. 모든 사람 혹은 사람들을 통제할 수 있는 국가들이 나서서 이산화탄소 배출을 막는 정책을 만들거나 행동을 해야 하는데 여기서 문제가 발생된다. 기후 위기라고 하는데 정확하게는 인간의 위기이며, 지구의 위기는 아니다.
지구의 기후가 변하면 지구 상의 생명체는 적응을 한다. 지금 이 순간처럼 빨리 변하면 많은 생명체들이 멸종이 되겠지만 그 틈새에서 또 다른 생명체가 자기 영역을 넓혀 간다. 하지만 지구 환경 변화에 따른 대규모 멸종이 있었을 때 최상위 포식자가 살아남은 역사는 없었다. 과거 공룡이 멸종당한 것처럼 말이다.
현재 지구 상의 최상위 포식자는 호모 사피엔스. 즉 인간이다. 그러니 인간에게 분명한 위기는 근처까지 다가왔다는 뜻이다.
지구의 온도가 많이 올라가면 지구 역사를 돌이켜 볼 때 지금은 북극과 남극에 얼음이 있으나 지구가 따뜻했던 시기에는 얼음이 없던 시기도 있었다. 지금 현재 얼음으로 덮인 지역은 인간이 살기 좋은 지역으로 교체가 될 수도 있다. 즉 기후 위기라고 하지만 온도가 올라가서 생기는 일이 지구 상의 각 지역에 어떤 식으로 주어질지는 아무도 알 수 없다.
지금 세계의 각 나라들이 이것에 대해서 다 머리를 굴리면서 이것이 우리에게 유리할지 불리할지를 따질 수도 있다. 수많은 지구 멸망에 대한 음모론들이 퍼져나가는 것도 이런 사실을 반증하는 것이다. 예언가들의 수많은 발언들을 보면 가지가지 각각의 해석이 있지만 분명한 것은 인간의 위기는 확실하다는 것이다.
2012
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지구 상의 존재하는 국가를 초월한 공조 없이는 해결될 수 없는 문제라는 뜻이다. 난 SF 영화를 좋아한다. 이런 상황을 잘 묘사한 재난 SF 영화가 있다. 이 영화에서는 지구 상의 모든 국가들이 생존을 위해서 노아의방주 같은 최첨단 배를 급히 히말라야 산맥에서 만든다.
다시 본론으로 들어가서 기후 위기를 가장 떠들면서 앞장서고 있는 나라들은 대부분 선진국들이다. 탄소 배출을 막기 위한 장치를 만들어서 다른 나라들이 탄소를 배출하지 못하도록 강제하려는 노력을 하고 있다. 특히 유럽연합에서는 '탄소국경조정제도'로 탄소를 많이 배출하면 엄청난 페널티(관세 등)를 물리는 법안이 준비가 되고 있다.
탄소 배출을 줄여야 하는 것은 맞는 말이다. 하지만 탄소 배출을 당장 줄인다고 지구의 온도가 떨어질지는 장담할 수가 없다. 과연 우리가 당장 탄소 배출을 줄이는 것이 공정한 것인가?라는 질문이 나온다.
탄소 배출을 줄이는 것은 활동하지 말라는 뜻인데 그렇게 된다면 경제가 둔화가 된다. 경제가 느려지면 각 나라들이 버틸 수 있을까? 당연히 선진국보다 개발도상국 등의 가난한 나라가 더 어려움을 겪게 된다. 과연 어떻게 공정하게 각 나라에 맞게 탄소 배출을 줄이는 강제성을 줘야 할지가 아주 어려운 문제가 된다.
2019년 국가별 이산화탄소 배출량을 보면 중국이 압도적으로 11,535의 수치로 1등이다. 2위인 미국은 5107, 3위인 인도는 2597, 4위인 러시아는 1792이다. 한국은 8위로 651이다. 이 통계 수치를 보면 중국, 미국, 인도, 러시아, 일본 등의 나라가 빨리 이산화탄소를 줄여야겠다는 생각을 할 수 있다.
지구의 온도가 1도 올랐다는 뜻은 누적된 이산화탄소의 총량이 만들어낸 결과이다. 사실 지금의 기후 위기의 책임을 공정하게 분산해 본다면 배출된 총 이산화탄소의 양을 가지고 해당 국가가 이 위기에 기여를 했는지를 따져봐야 한다.
위 그래프는 1751년부터 2017년까지 각 국가별, 지역별로 지금까지 배출한 이산화탄소의 누적 배출량의 그래프이다. 이런 총량을 보면 미국과 유럽이 압도적으로 1위라는 사실을 알 수 있다.
그렇다면 중국, 러시아, 인도는 인구에 비해서 미국과 유럽에 비교 자체가 안된다. 그렇다 미국과 유럽은 더 많은 책임을 져야 한다는 것이다. 더 많은 책임을 지면서 신생 개발도상국들에게 책임을 분담하자고 해야 하며, 이런 배려가 없이 국제적 공조가 이루어지기는 쉽지 않을 것이다. 산업화를 먼저 이루어낸 나라가 더 많은 희생을 감내해야 한다.
에너지 보존의 법칙 - 인류가 지구를 위해 당장 할 수 있는 일
마지막으로 인류가 지구를 위해서 당장 할 수 있는 일이 무엇이 있을까? (물리학자 김상욱 교수 입장에서....)
1. 열역학 제1 법칙 (에너지 보존 법칙)
에너지 보존 법칙이라고 한다. 에너지는 결코 만들어지거나 사라지지 않고 언제나 보존된다는 뜻이다. 보존되는 가운데 1개의 에너지가 다른 형태의 에너지로 변환이 일어나기만 한다는 것이다. 쉬운 말로 '이 세상에는 공짜는 없다'라는 뜻이다.
사람들이 사용하는 에너지는 새롭게 탄생하는 것이 아니라 항상 다른 어디에서 온 것이다. 이것을 설명하는 것으로 스마트폰에 전기 에너지가 어디에서 왔을지를 추적하면 집의 벽에 있는 콘센트에서 내부 전기 전선에서 발전소까지 가게 된다. 발전소(화력발전소)에서는 전기를 석탄을 태워서 그 열기로 물을 끓이면 물이 수증기가 된다. 그 수증기가 터빈을 돌려서 에너지를 만든다. 열기를 만드는 대상이 가스, 석유, 원자력도 할 수 있다. 문제는 석탄을 태울 때 이산화탄소가 나온다는 것이다. 석탄은 땅속에서 왔다. 석탄은 3억 5000만 년 전에 지구에 살았던 식물이 썩지 않고 죽어서 차곡차곡 쌓인 것이 석탄이다. 이 식물은 태양으로부터 에너지를 받아서 광합성으로 자기 몸을 만들었다.
이렇게 에너지를 추적해보면 지구에서 에너지는 태양으로 간다. 그래서 가장 에너지를 이용하는 베스트 한 방법은 태양 에너지를 바로 사용하는 것이라고 볼 수 있다. 지금 선진국들이 떠들고 있는 '재생 에너지'이다.
2. 열역학 제2 법칙 (에너지 변환 손실의 법칙)
1법칙에서 에너지는 보존되면 변환의 순환 구조라고 설명했다면 2법칙에서는 변환되는 순간 언제나 손실이 생긴다는 것이다. 즉 이런 손실이 없이 에너지를 변환하는 것이 가장 중요한 기술이 된다. 에너지 변환 효율이 100% 불가능하다는 사실을 알면 집에서 사용하는 모든 기기들의 효율을 지금부터 잘 챙기는 것이 좋다.
인간의 위기. 즉 기후 위기는 인간이 사용하는 화석 연료가 원인이다. 화석 연료는 주로 전기를 만들 때 필요하다. 이런 것을 해결하기 위한 방법은 재생 에너지이다. 이런 재생 에너지는 갑자기 전환할 수 없다.
지금의 인류는 아직 화석 연료를 태우는 석탄 화력발전에 큰 비중을 두고 살아가고 있다. 이런 문제를 유럽에서는 화력발전을 줄이고자, 천연가스로 전기 발전을 했으나, 최근 천연가스 가격이 폭등을 해서 다시 석탄 화력발전소를 재가동했다. 재생에너지가 중요하지만 줄인다고 인간이 필요로 하는 에너지를 다 얻지 못하는 결과가 나왔다.
결국 앞서 설명한 2012라는 재난 SF영화처럼 지구 자체적으로 꿈틀거리면서 기후 위기의 문제인 인류의 수를 줄이는 리셋을 하거나 각 가정의 인간들이 에너지를 평소보다 많이 줄이면서 불편하게 살아가면서 과학자들이 새로운 대체 에너지를 찾을 때까지 버티는 것이다.
글 참고 유튜브 영상 : 사피엔스 스튜디오