오늘날 인간의 산업 활동에서 배출되는 이산화탄소를 비롯한 각종의 '온실기체'들이 지구의 평균기온을 높이고 있다는 사실은 많은 일반인들에게 거의 상식처럼 받아들여지고 있다. 최근 나타나고 있는 각종의 기상이변(가뭄, 홍수, 더 강력해진 태풍 등등)들이 이러한 지구온난화 현상과 관련되어 있다는 식의 언론보도는 이런 인식의 증가에 기여한 주요 원인 가운데 하나이다. 그리고 지금 우리가 적절한 조치를 취하지 않는다면 21세기에 지구온난화 현상이 더욱 가속화될 것이며, 경우에 따라 이는 매우 심각한 재난을 일으킬 수 있다는 경고도 각종의 매체를 통해 심심찮게 접할 수 있다.

그러나 불과 50년 전만 해도 인간의 활동에 의해 지구가 점점 더워지고 있다는 생각은 지구과학계 내에서 매우 이단적이고 근거없는 주장으로 받아들여졌다. 그러던 상황이 바뀌어 지구온난화 이론이 과학계 내에서 점차 신뢰를 얻게 되고, 더 나아가 일반대중과 정치인들이 관심을 갖는 정책상의 쟁점으로까지 발전하게 된 데는 수많은 과학자와 정책결정가, 환경운동 집단 등의 기여가 있었다. 바꿔말해 지구온난화라는 아이디어 자체는 특정인에 의해 어느 한순간에 '발견'된 것이 아니라 100년이 넘는 오랜 시간을 거치면서 굴곡을 거쳐 형성되어 왔다는 것이다. 이 과정을 이해하기 위해 우리는 19세기 초로 거슬러올라가야 한다.
 

이론적 개념의 제시
 

19세기 초 프랑스의 과학자 조셉 푸리에는 '지구와 같은 행성의 평균 기온을 결정하는 요인은 무엇인가'라는 문제를 골똘히 생각했다. 그가 생각한 의문의 출발점은 이런 것이었다. 태양에서 빛이 내리쬐어 지구 표면이 가열될 때, 지구가 태양과 같은 온도에 이를 때까지 계속 뜨거워지지 않는 이유는 무엇인가? 이에 대한 푸리에의 답은 가열된 지구 표면이 눈에 보이지 않는 적외선 복사의 형태로 열에너지를 우주공간으로 내보내어 열평형을 이루고 있다는 것이었다. 그러나 그가 적외선 복사의 영향을 감안해 이론적으로 계산한 지구의 기온은 실제 지구의 현재 기온에 비해 현저하게 낮았다. 즉, 계산상으로 지구는 지금보다 훨씬 추운, 꽁꽁 언 행성이어야 한다는 결론을 얻었던 것이다. 푸리에는 계산상의 지구와 실제 지구 사이에 온도차이가 나는 이유를 따져 보았고, 지구의 대기가 그런 차이를 만들어낸다는 가설을 제시했다. 지구 대기가 지표면에서 나오는 열복사의 일부를 붙잡아 우주공간으로 나가지 못하게 막는 역할을 한다는 것이 그의 결론이었다. 이처럼 지구를 데워주는 대기의 영향은 나중에 '온실 효과'라는 이름으로 알려지게 된다.

그러나 푸리에의 이론은 이내 지구 대기가 적외선에 대해 '투명'하다(즉, 공기는 적외선을 흡수하지 않고 통과시킨다)는 반론에 부딪쳤다. 이러한 반론에 답한 인물이 영국의 물리학자 존 틴달이었다. 1859년에 그는 실험을 통해 공기의 주성분인 질소와 산소가 적외선에 대해 실제로 '투명'하다는 결론을 얻고 처음에는 푸리에의 가설을 포기하려 했다. 하지만 그가 우연히 실험한 석탄가스(메탄이 주성분인)는 적외선에 대해 '불투명'했다. 산업혁명의 주요 부산물 중 하나가 지구의 열평형에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀진 것이다. 틴달은 다른 기체들을 가지고 실험을 더 해보았고, 이산화탄소(CO₂) 역시 적외선을 흡수한다는 사실을 알아냈다. 이로부터 틴달은 대기중에 극히 소량 함유되어 있는 이산화탄소가 지표면에서 방출되는 적외선 복사를 흡수한 후 이를 다시 지표면으로 복사해 가열시킴으로써 지구의 온도를 높게 유지시킨다고 결론내렸다. 틴달은 아울러 대기 중에 포함된 수증기 역시 적외선을 흡수하는 '온실 기체'라는 사실을 알아냈다.

틴달의 연구결과는 스웨덴의 과학자 스반테 아레니우스의 관심을 끌었다. 그는 당시 과학자들 사이에서 뜨거운 논쟁을 일으키고 있던 선사시대의 빙하기 ― 북반구의 절반 이상이 1km 이상 두께의 얼음에 덮였던 ― 가 어떻게 시작되었는가 하는 문제에 답하려 애쓰고 있었다. 그는 대기 중의 이산화탄소가 그런 역할을 할 수 있다고 생각했다. 가령 화산 폭발이 대규모로 일어나 다량의 이산화탄소가 대기 중으로 방출됨으로써 이산화탄소의 비율이 조금 높아졌다고 가정해 보자. 이는 지구 온도를 조금 높일 것이고, 이 때문에 수면에서 증발하는 수증기의 양 또한 조금 더 많아질 것이다. 그런데 대기 중에 포함된 수증기 자체가 강력한 온실 기체이기 때문에 온도는 더욱 높아질 것이고, 대기는 더욱 습해질 것이며 다시 온도는 더욱 . . . 이런 식으로 반복되면서 지구는 더워질 것이다. 반면 화산 폭발이 일정 기간 멈추고 대기 중의 이산화탄소가 흙이나 바다 속에 녹아들게 되면 이산화탄소 비율이 낮아져 온도는 낮아질 것이다. 그런데 이는 증발하는 수증기의 양을 줄여 대기의 습도를 낮추고 그러면 다시 온도는 더욱 . . . 이런 식의 과정을 거쳐 지구는 빙하기로 접어들 것이다.

1896년에 아레니우스는 대기 중 이산화탄소의 양이 변화할 때 이런 식의 '되먹임(feedback)' 과정이 어떤 결과를 가져올 수 있는지를 직접 계산하려 했다. 그는 수 개월간에 걸친 손계산을 통해 위도에 따른 태양과 지구의 복사량과 수증기의 농도 변화를 끈기있게 계산했다. 이로부터 그는 어느 정도 확신을 가질 만하다고 생각한 결과를 얻었다. 그는 만약 대기 중 이산화탄소의 양이 절반으로 줄면 기온은 약 5℃ 떨어지고, 반대로 이산화탄소의 양이 두 배가 되면 기온은 5-6℃ 상승할 것으로 예측했다. 과연 이산화탄소의 양이 두 배로 증가하는 일이 생길 수 있을 것인가 하는 의문에 대해, 그는 동료 과학자인 아비드 회그봄의 견해를 빌어 인간의 산업 활동이 오랜 기간 동안 지속적으로 축적되면 그런 변화가 나타날 수도 있다고 보았다. 이를 통해 아레니우스는 과학계에 (인간의 활동에 따른) 지구온난화라는 이론적 개념을 제기한 첫 번째 인물이 되었다.
 

실제 가능성의 확인
 

그러나 아레니우스의 이론은 다른 과학자들에 의해 심각한 주목을 거의 받지 못했다. 여기에는 여러 가지 이유가 있었다. 먼저 과연 이산화탄소의 증가가 적외선 복사를 더 많이 가로막는지에 대해 의문이 제기되었다. 실제로 이산화탄소가 들어있는 튜브를 써서 실험을 해본 결과, 이산화탄소의 양을 두 배로 늘리거나 반으로 줄이거나 해도 흡수되는 적외선의 양은 거의 변화하지 않았다. 바꿔말해 아주 적은 양의 이산화탄소만 하지고도 스펙트럼상의 특정 대역이 거의 완전히 흡수되는 "포화" 현상이 나타났던 것이다. 그리고 대기 중 이산화탄소의 양이 과연 실제로 증가하는가 자체도 의문시되었다. 당시 바다에는 대기 중에 포함된 것보다 50배나 더 많은 이산화탄소가 녹아 있다는 사실이 알려져 있었는데, 과학자들은 설사 인간의 활동으로 대기 중 이산화탄소의 양이 증가한다 해도 이는 곧 바다 속으로 흡수되어 버릴 거라고 믿었다. 바다가 대기 중 이산화탄소의 양을 일정하게 유지시켜 주는 "평형자"의 역할을 한다는 것이 그들의 믿음이었다.

또한 아레니우스의 이론은 실제 기후계에 존재하는 수많은 변수들을 무시하고 그 작동을 매우 단순화시켜 이해했다는 비판을 받았다. 예컨대 대기 중 이산화탄소의 증가로 기온이 올라가 대기 중 습도가 높아지면 구름이 더 많이 만들어지게 되는데, 이 구름은 태양에서 오는 빛이 지표면에 도달하기 전에 곧장 우주공간으로 반사시키는 역할을 하므로 온도를 다시 낮추는 효과를 갖는다. 따라서 실제로는 지구가 전혀 더워지지 않을 거라는 반론이 가능했다. 이러한 반박들로 인해 아레니우스의 이론은 1950년대 이전까지 사실상 무시되다시피 했다. 1938년에 영국의 증기기술자 가이 스튜어트 캘린더가 대기 중 이산화탄소 농도의 변화에 관한 실제 자료에 근거해 아레니우스와 비슷한 주장을 펼쳤으나, 마찬가지의 이유로 이 역시 진지하게 받아들여지지 않았다.

변화의 조짐이 일기 시작한 것은 2차대전이 끝나고 냉전이 막 시작되던 1950년대부터였다. 2차대전 중에 적외선 추적장치와 같은 전쟁무기 개발을 위해 적외선 분광학이 크게 발전했는데, 여기서 개발된 최신의 측정장치들은 이산화탄소의 양과 적외선 흡수의 관계에 대해 과거와 다른 결과를 내놓았다. 지표면과 같은 1기압 환경에서는 이산화탄소 양의 증가가 흡수되는 적외선의 양에 별반 영향을 못미치지만, 공기가 차고 희박해지는 대기권 상층부에서는 이산화탄소 양의 증가가 적외선 복사를 더 많이 가로막을 수 있다는 것이었다. 1950년대 초에 록히드 항공사에서 적외선 감지장치를 이용하는 열추적 미사일을 개발하던 길버트 플래스는 이러한 결과를 디지털 컴퓨터 ― 역시 2차대전 중에 처음 개발된 ― 에 집어넣어 이산화탄소 양의 증가가 실제 기온 상승으로 이어질 수 있음을 보였다.

그러나 증가한 이산화탄소를 바다가 모두 흡수할 거라는 반론은 여전히 남아 있었다. 이에 대한 답변은 화학자인 한스 수에스와 해양학자 로저 레벨이 제공했다. 수에스는 탄소의 방사성 동위원소를 C₁₄를 추적해 대기 중에 있는 이산화탄소 중 얼마나 많은 양이 석탄 등 화석연료의 연소에서 나왔는지를 선구적으로 연구했다. 그러나 그는 처음에 자료의 한계로 인해 증가한 이산화탄소의 대부분이 바다 속에 흡수된다는 잘못된 결론을 얻었다. 이를 바로잡은 사람이 레벨이었다. 레벨은 바다 표면에서 기체가 얼마나 흡수되며 이러한 표면의 해수가 더 깊은 해수층과 어떻게 뒤섞이는가 하는 문제에 관심을 갖고 있었는데, 이 문제에 관한 그의 관심은 당시 대기 중 수소폭탄 실험에서 나온 방사성 낙진이 해수 속에 어떻게 뒤섞이는가 하는 문제와 뒤엉켜 있었다. 레벨은 대기 중에 새로 보태어진 이산화탄소 기체의 대부분이 10년 이내에 바다 속으로 흡수되긴 하지만, 해수 특유의 화학작용에 의해 흡수된 분자의 대부분이 다시 대기 중으로 방출된다는 사실을 발견했다. 결국 그는 바다 표면이 이전까지 믿어졌던 것에 비해 훨씬 적은 ― 과거 계산과 비교해 1/10도 안되는 ― 이산화탄소만을 흡수할 수 있다고 결론지었다.

이러한 새로운 연구성과들은 지구온난화를 하나의 현실적 가능성으로, 하나의 문제로 인식하게 만들었다. 이에 따라 레벨과 수에스는 1957-8년에 67개국이 참여해 마련된 국제지구관측년(International Geophysical Year, IGY) 프로그램의 일환으로 대기 중 이산화탄소의 양을 측정할 계획을 세웠다. 그들은 이 계획을 위해 찰스 킬링이라는 젊은 지구화학자를 고용했는데, 킬링은 대기 중 이산화탄소 양의 정밀한 측정 업무를 맡기에 적합한 특이한 기질의 소유자였다. 그는 값비싼 신형 장비를 구입해 이를 하와이의 마우나 로아 화산 꼭대기와 남극 깊숙이에 각각 설치함으로써 교란이 최대한 없는 상태에서의 이산화탄소 양을 정밀하게 측정하려 했다. 애초 레벨이 의도했던 것은 앞으로 대기 중 이산화탄소 양의 변화를 측정하는 데 필요한 기준값을 마련하는 것이었으나 킬링은 이를 훌쩍 뛰어넘었고, 불과 2년간의 측정을 통해 이산화탄소 양이 실제로 증가하고 있다는 결론을 이끌어냈다. 킬링의 측정 자료는 이내 '킬링 커브(Keeling curve)'라는 이름으로 불리게 되었고, 이후 이른바 온실 효과가 실제로 일어나고 있음을 보여주는 상징과도 같은 존재로 널리 알려지게 되었다. 지구온난화가 하나의 이론적 개념에서 현실적 가능성으로 탈바꿈한 것이 바로 이 때였다.
 

가능성에서 현재진행형의 사건으로
 

아울러 이 시기를 전후해 인간이 만든 기술이 자연 환경을 돌이킬 수 없이 변화시킬 수 있다는 인식이 생겨나기 시작했다. 냉전 초기에 미·소 양 진영에 의해 경쟁적으로 양산된 핵무기는 지구상의 모든 생명체를 멸종시킬 수도 있는 존재로 인식되었다. 도시의 매연과 자동차 배기가스는 "죽음의 스모그" 공포를 불러일으켰고, 레이첼 카슨의 {침묵의 봄}은 합성살충제가 야생 생태계를 위협할 수 있음을 고발했다. 이러한 상황을 보면서 사람들은 과거 광대한 자연에 비해 보잘것없다고 여겼던 인간의 활동이 지구 전체를 바꿔놓을 수도 있다는 사실을 깨닫게 되었고, 이는 화석연료의 연소가 기후를 변화시킬 수 있다는 인식을 갖는 데도 도움이 되었다.

한편, 빙하기 도래의 원인을 찾으려는 지구과학자들의 쉼없는 시도는 새로운 연구 수단을 통해 계속 진전되었다. 그들은 빙하와 만년설, 해저 퇴적물 속의 방사성 동위원소 추적을 통해 과거 지구의 기온과 대기 조성의 변화를 알아내려 시도했다. 이 과정에서 그들은 종전까지 적어도 수천 년 이상에 걸쳐 서서히 진행되는 것으로 이해되었던 대규모의 기후변화(가령 빙하기에서 간빙기로의 이전과 같은)가 수 세기, 심지어는 불과 수십 년, 수 년만에도 일어날 수 있다는 새로운 사실을 발견했다. 이와 같은 '급격한 기후변화'의 발견은 인간의 활동으로 인한 지구온난화 문제를 바라보는 시각을 크게 바꾸어 놓았다.

이러한 일련의 변화들은 과학자들이 지구온난화로 인해 제기되는 위협을 단순한 가능성이 아니라 점차 현실의 문제로 받아들이게 하는 데 영향을 미쳤다. 1970년대에 접어들면서 일부 과학자들은 직접 대통령에게 편지를 쓰거나 일반인을 위한 책을 집필하거나 하는 방법을 써서 정책결정자와 일반대중에게 지구온난화 문제의 잠재적 심각성을 알리려 하였다. 지구온난화 문제를 다루는 연구그룹과 학술회의들이 점점 더 많아졌고, 이런 자리는 기후변화 문제에 관한 더 많은 연구와 적절한 정책적 대응을 촉구하는 기회를 제공하기도 했다.

1980년대 들어 기후변화 문제는 정치의 영역으로 진입했다. 온실 효과로 인해 지구가 점점 더워지고 있다는 과학자들의 분석이 종종 <뉴욕 타임즈> 같은 주요 일간지의 1면을 장식했고, 지구온난화 문제에 대한 대중의 인식도 크게 높아졌다. 지구온난화 문제에 대해 즉각 정책적 대응을 시작해야 하느냐, 아니면 문제가 좀더 분명해질 때까지 기다려야 하느냐를 둘러싼 과학자, 정치인, 기업, 정부기구들간의 논쟁은 언론과 대중의 관심을 더욱 제고시키는 구실을 했다. 일례로 1981년에 실시된 설문조사에서는 미국 성인 중 38퍼센트가 온실 효과에 관해 들어본 적이 있다고 답했고, 대기 중 이산화탄소의 증가가 날씨 패턴의 변화에 심각한 영향을 미칠 거라는 답변이 거의 2/3를 차지했다. 이러한 수치는 1980년대를 거치면서 더욱 증가해 1989년에는 미국 성인의 79퍼센트가 온실 효과에 대해 들어본 적이 있다고 답할 정도로 지구온난화는 대중적인 주제가 되었다.

지구온난화 문제에 관한 국제적인 공동연구와 대응책 마련을 위해 1988년에는 기후변화에 관한 정부간 패널(International Panel on Climate Change, IPCC)이 구성되었다. IPCC는 과학자들 위주로 구성된 과거의 기구들과 달리, 수천 명에 달하는 각국 정부 대표와 과학자들이 함께 활동하는 기구로 만들어졌다. IPCC는 과학자들의 합의된 의견을 모아 1990년에 첫 번째 보고서를 발표했고, 1995년에는 기념비적인 것으로 평가된 두 번째 보고서를 내놓았다. IPCC의 입장이 점차 정교화되고 분명해지게 된 배경에는 1950년대 이후 줄곧 진화를 거듭해 온 디지털 컴퓨터와 이를 이용한 수치 모델링의 발전이 큰 역할을 했다. 1995년의 보고서에서 IPCC는 "증거들을 균형있게 고려할 때 인간은 지구의 기후에 식별가능한 영향을 미치고 있다"고 단언하면서, 21세기 중반쯤에 대기 중 이산화탄소의 양이 두 배가 되면 지구의 평균 기온은 1.5-4.5℃ 상승하게 될 것으로 내다보았다.

IPCC의 이와 같은 결론은 오늘날 소수의 회의론자들을 뺀 대다수의 기후과학자들에 의해 정설로 받아들여지고 있으며, 1992년의 리우 지구정상회의와 1997년의 교토 의정서 등 지구온난화 문제 해결을 위한 국제조약들의 근거로 활용되고 있다. 지구온난화가 이론적 개념에서 하나의 가능성을 넘어 현재진행중인 사건에 대한 이해로 자리잡게 된 것이다.
 
 
 
 

출전: <OK논구술.net> 2006년 1월호