지구가 점점 뜨거워지고 있습니다. 전 세계적으로 기후변화가 심각해지고, 곳곳에서 이상고온 현상이 나타나고 있죠. 2024년에는 지구 평균기온이 1.5 ℃나 상승했습니다. 2015년 파리기후협정이 지구 온도 상승을 막기 위해 설정한 마지노선이 깨진 것입니다. 이러한 지구온난화의 원인이 무엇일까요? 여러 이유가 있지만, 주범은 온실가스입니다. 온실가스는 왜 지구를 덥히고, 그 과정은 어떻게 이루어질까요? 먼저 온실가스가 무엇인지 알아볼까요? 태양과 지구의 지표면은 복사 에너지를 방출합니다. 태양은 표면 온도가 매우 높아서 파장이 짧은 복사 에너지를 주로 방출합니다. 반면 지구는 파장이 긴 장파 복사 에너지를 주로 방출합니다. 태양 에너지의 대부분은 가시광선 영역에 있고, 지구 복사 에너지는 적외선 영역에 있습니다. 온실가스는 대기 중에서 지구가 방출하는 장파 복사 에너지를 흡수하고 다시 방출하는 기체입니다. 대표적인 온실가스로는 수증기($\text{H}_2\text{O}$), 이산화탄소($\text{CO}_2$), 메탄($\text{CH}_4$), 아산화질소($\text{N}_2\text{O}$), 오존($\text{O}_3$) 등이 있습니다. 사실 온실가스는 대기에서 매우 작은 부분만을 차지합니다. 2015년, 이산화탄소 농도가 사상 처음으로 400 ppm을 넘었는데요. ppm은 $\frac{1}{1,000,000}$을 나타내는 단위입니다. 대기 중 이산화탄소의 비율은 고작 0.04 %에 불과하다는 것이죠. 메탄, 아산화질소, 오존은 다 합쳐도 2 ppm이 넘지 않습니다. 가장 비율이 높고 온실효과에 가장 큰 영향을 미치는 수증기도 전 지구 평균으로는 0.5 %를 넘지 않습니다. 온실가스가 지구를 덥히는 과정을 ‘온실효과’라고 합니다. 이 과정은 식물을 키우는 비닐하우스의 온실효과와 매우 유사합니다. 투명한 비닐하우스는 태양 에너지를 투과시켜 온실 안의 온도를 높입니다. 지면의 온도가 올라가면 방출하는 복사 에너지가 많아져서 온도가 일정 수준 이상으로 올라가지 못합니다. 비닐하우스는 내부의 장파 복사 에너지가 밖으로 나가지 못하도록 흡수합니다. 그리고 다시 내부에 복사 에너지를 방출해 온실 내부의 온도를 더 올리죠. 그래서 한겨울에도 따뜻함을 유지할 수 있습니다. 지구의 온실가스도 태양 복사 에너지를 대부분 투과시키고, 지구의 장파 복사를 흡수합니다. 그리고 다시 지표면으로 복사 에너지를 방출해 지구의 온도를 높입니다. 그렇다면 온실가스는 지구의 온도를 얼마나 높일까요? 일단 복사 평형 온도를 알아야 합니다. 복사 평형 온도는 지구가 태양으로부터 받은 에너지와 지구가 우주로 방출하는 에너지가 균형을 이루는 온도입니다. 이는 대기와 구름이 없는 상태에서 지구가 얼마나 효율적으로 에너지를 반사하고 흡수하는지에 따라 결정됩니다. 대기와 구름이 없다고 가정했을 때, 지구의 복사 평형 온도는 약 -18 ℃입니다. 하지만 2024년 현재 지구의 평균 기온은 약 15 ℃입니다. 즉, 지구의 온실효과는 지구의 기온을 약 33 ℃ 정도 올려줍니다. 지구 대기의 0.5 %도 차지하지 않는 기체들이 지구 기온을 33 ℃나 올리고 있다는 사실이 놀랍지 않나요? 이렇듯 온실효과는 우리에게 매우 고마운 존재입니다. 온실효과 덕분에 우리는 -18 ℃의 혹한이 아닌, 따뜻하고 쾌적한 조건에서 살아갈 수 있습니다. 지구의 기온을 33 ℃나 올리고 있는 온실가스가 조금이라도 늘어나면 지구 온도가 매우 민감하게 바뀔 수 있습니다. 지구의 온실효과가 10 % 증가한다면, 지구의 온도는 대략 3.3 ℃ 증가한다고 추정할 수 있겠죠. 하지만 좋은 것도 과하면 부작용이 있는 법이죠. 최근 100년 동안 지구 대기의 온실가스는 급격히 증가하고 있습니다. 대부분이 화석연료 사용, 시멘트와 철강 생산 같은 산업 활동, 농업 활동, 산림 파괴 등과 같은 인간 활동으로 인한 것입니다. 우리가 배출하는 온실가스는 지구 대기 총량에 비해 매우 작지만, 그 영향력은 매우 큽니다. 따라서 탄소중립을 통해 지구온난화와 그 피해를 줄일 수 있도록 정부와 기업의 노력이 절실합니다.