제4장 대기, 기후, 및 오존 대기권(atmosphere)의 층상 구조 대류권(troposphere) 성층권(stratosphere)

성층구조

대류권과 성층권 대류권(troposphere) 성층권(stratosphere) 공기의 75%가 이곳에 적도 지방에서 17km, 극지방에서 8km 질소 78%, 산소 21%로 조성 수증기가 극지방에서는 적음(0.01%) 열대지방에서는 5%까지 혼합이 활발하고, 기후가 있음 성층권(stratosphere) 17-48km 수직 혼합이 일어나지 않는 안정한 층 Ozone(O3) 이 많음 – 자외선 흡수 차단 기능

성층권 오존 산소분자가 자외선(UV-C: 200-280nm)과 반응하여 생성 O2  O + O O + O2  O3 생성된 오존은 자외선(UV-B: 280-320nm)에 의해 다시 산소 분자로 O3  O2 + O O + O3  2O2 생성 = 파괴  오존 농도는 일정하게 유지 오존은 자외선을 99% 흡수하여 차단 자외선의 피해 미생물 사멸 피부암, 화상, 백내장 유발 수중생물에게도 피해 최근 감소하여 자외선 증가 문제가 발생

대류권 오존 오존은 산화력이 강하여 사람의 건강에 해로움 인간의 활동에 의해 증가되고 있음 성층권의 오존은 감소가 문제 대류권의 오존은 증가가 문제

지구 기후의 변화 기후 지구에 도달하는 태양의 복사에너지량의 장기적인 변화 지구 표면의 고르지 못한 가열 방출량 지구 자전축의 흔들림과 기울기의 변화 지구의 태양공전 궤적의 변화 지구 표면의 고르지 못한 가열 지구자전축이 기울어져 있어 계절적 변화 지축을 중심으로 한 지구의 자전 공기와 물의 특성 가열  증발  공기팽창  응결 해류 대기권의 화학적 구성 온실기체: 이산화탄소, 수증기, 오존, 메탄, 질소산화물, CFCs 등 기후

대류환

온실효과(Greenhouse Effect) 지구 대기가 지구로부터 외계로 방출되는 복사열을 흡수함으로써 지구의 온도가 높아지는 현상 온실기체: 가시광선은 통과시키고 적외선은 흡수하는 기체 태양의 복사에너지는 통과시키고 지구로부터 외계로 방출되는 적외선은 흡수하는 기체 수증기(1~5%), 이산화탄소(0.036%), 오존, 메탄, 질소산화물(N2O), CFCs(chlorofluorocarbons), CF4 등 인간활동에 의한 온실기체 농도 증가: 화석연료의 연소, 농업, 삼림벌채, CFCs의 사용

전자기파 스펙트럼

지구온난화(Global Warming) 지구는 점점 더워지고 있다 “요즘 겨울은 예전에 비해 춥지 않아” 지구의 대기는 태양으로부터 도달하는 단파의 복사에너지(주로 가시광선)는 잘 투과시키지만 지표면에서 반사되어 방출되는 장파의 복사에너지(주로 적외선)는 흡수하여 지표면의 온도를 보존하는 역할을 함(온실효과)  지구온난화 증거 북극권 북쪽의 9개 지점 지표온도가 1968년보다 약 5.5oC 상승 남극대륙의 평균 온도는 1947년보다 약 2oC 상승  9개의 빙산 중 5개가 1950년 이후 녹아 없어짐

대기 중 농도 단위 ppm = parts per million (백만 분률) = L/L ppb = parts per billion (십억 분률) = nL/L ppt = parts per trillion (일조분률) = pL/L

CO2 증가 화석연료의 연소(75%) 토지개간 및 기타 연소 석탄 자동차 공장 산업혁명 초기(18세기 중엽) 280ppm에서 1997년에는 364ppm으로 증가하였다.

온실가스의 농도 증가 CFCs Methane CH4 일산화 질소 N2O 냉장고 냉매 에어로졸 캔 산업용매 가축 내장에서 발생 늪지대나 습지 유기물의 불완전 연소 천연가스 생산시 일산화 질소 N2O 화석 연료 연소 질소 비료 분해 가축 분뇨나 질소로 오염된 지하수

과거 이산화탄소 농도 16만년 동안 190 – 290ppm을 유지 남극 빙하 내의 얼음 속 기포를 조사한 결과 이산화탄소 농도와 기온은 상당히 밀접한 상관

최근에 상승하고 있는 지구의 온도 2100년 이전에 2도 정도 상승할 것으로 예상됨.

지구온난화에 영향을 주는 요인들 태양의 복사에너지 의 변동 해양의 이산화탄소 흡수 및 방출 & 열 흡수 수증기량(또는 구름의 양)의 변화 극지방 빙하의 변화 빙하가 녹으면  더 많은 햇빛이 흡수되어 온난화(알베도현상) 대기오염: 에어로졸에 의해 낮에는 햇빛 차단 & 밤에는 열 방출 차단(야간 온난화) 이산화탄소 증가  광합성 증가 습지로부터 메탄 방출량 증가

지구온난화의 영향 식량 생산의 변화 물 분포 변화 – 일부지역 물 부족 삼림 조성과 위치 변화 생물다양성 감소 해수면 상승 극한 날씨의 빈도와 강도 증가 – 홍수, 가뭄, 태풍 인류의 건강을 위협 환경피난민을 증가  사회 불안 요인

지구온난화의 영향 - 식량생산의 변화 기온 1도 상승하면 기후대가 100-150km 이동 새로운 지역에 경작이 가능한가? 기후모델의 결과 세계 식량 생산의 10-70%가 감소할 것으로 예상 현재 농경지의 10-50%가 황폐

온난화 – 물 분포 물 분포의 변화가 예상된다. 일부지역은 가뭄으로 이주해야 함

삼림수목대의 이동 삼림 가장자리에서 수목대가 서서히 확장되면서 이동 0.9km/yr  100년에 90km 가능 많은 수목들이 이 속도를 따라가지 못하게 되고, 결국은 죽게 될 것임

지구온난화가 너도밤나무의 지리적분포에 미치게 될 영향

해수면 상승 2100년까지 해수면 48cm 상승 예상 해안지역에 경작지와 도시의 1/3이 밀집 많은 지역이 침수될 것임

지구온난화 감속을 위한 대책

온실기체 방출을 줄이기 위한 국제협약 리우 기후 협약 1992년 브라질 리오 데 자네이로에서 지구정상회담 개최 106개국이 기후 협약을 승인 선진국들이 2000년까지 온실가스의 배출량을 1990년 수준으로 낮출 것을 결의 그러나 대부분의 국가들이 이 약속을 지키지 않았다.

교토협약 1997년 12월 일본 교토에서 161개국 대표자 회의 지구온난화를 지연시키기 위한 협약을 맺기 위해 38개 선진국에서 2008년과 2012년 사이에 온실가스 방출을 1990년보다 5.2% 감축할 것을 결의 개발도상국 및 후진국에게 온실가스배출 억제를 요구하지 않는다. 선진국 전체에 온실가스 배출 총량을 설정한 후 각국에 일정량의 배출 쿼터 부여 기후학자들 주장 – 온실가스 60% 감축하여야 한다. 최근 미국에서 거부

오존감소 오존감소의 위협 – 자외선증가 오존감소의 원인은 CFC (chlorofluorocarbon)과 유사화합물들을 CFCs 라고 부른다. 이 가운데 CFC-11 (CCl3F), CFC-12(CCl2F2) 가 널리 쓰인다. Freons 이라 불리우는 유용한 기체 화학적으로 안정, 무독성, 타지 않는다. 냉매, 에어로졸 분무제, 전자제품 청소제, 의료기구 소독제

CFCs 의 반응 CFCs 는 대류권에서 분해되지 않고 서서히 10-20 년에 걸쳐 성층권으로 확산되어 간다. 성층권에서 자외선에의해 분해되어 반응성이 높은 염소원자를 만들어 낸다. 염소원자는 오존을 산소로 분해 촉진

남극의 ozone hole 남극상공의 오존이 감소하였다. 약 40-50%가 감소 남극 주변 자외선이 10-20% 증가하였다. 북극에서도 오존의 10-38%가 감소하였다.

오존층 보호 오존층이 1975년 수준으로 돌아가려면 50-60년 걸린다. 1950년 수준으로 돌아가는데 100-200년이 걸린다. 대체물질 개발 Hydrofluorocarbon HCFCs (예 CHClF2) Hydrofluorocarbon HFCs (CF3) 오존은 파괴하지 않지만 온실기체 냉매로 탄화 수소 사용하면 안전하다. 프로판, 부탄

CFCs 를 줄이기 위한 국제협약 몬트리올 의정서 (Montreal Protocol) 1987년 이후 1990년 런던, 1992년 코펜하겐에서 의정서 결의 채택 이후 CFCs 생산량이 1988년과 1995년 사이에 76%나 감소하였다. 냉장고 프레온 재사용 증가 그러나 밀수가 발생하고 있다. 일부 국가에서는 선진국의 기술장악을 위한 것이라고 비난하기도 한다.