인류를 구할 지구공학 (KISTI)

21세기 말에 접어든 인류는 점점 절박해지고 있습니다. 수십 년간 지속된 폭염과 가뭄으로 인해 비정상적인 흉년이 들었고, 점점 더 따뜻해지는 바다에서는 매년 더 적은 양의 물고기가 잡힙니다. 열대 지방에서는 수백만 명이 기근으로 고통받고 있고, 자원 전쟁으로 인해 수백만의 난민이 북쪽으로 피난을 가야만 했습니다. 상황이 점점 더 나빠지자 각국의 정부들은 지푸라기라도 잡는 심정으로 비상 계획을 세우기로 결정합니다.

우리 미래가 이처럼 암울한 시나리오대로 실현될지는 확실하지 않습니다. 하지만 전 세계의 지도자들이 기후 변화에 대해 효과적으로 대처하지 못하고 있다는 사실 때문에 불가능한건 아니죠. 그러므로 가까운 미래에는 급격히 높아지는 기후 변화의 속도를 늦추기 위해 "지구 공학"이라는 과격한 수단까지 동원해야 할지도 모릅니다. 그 규모가 엄청나게 커서 수 세기 동안 쌓여온 인간의 행동의 결과물을 되돌려버릴 수도 있고, 모든 상황을 악화시킬수도 있는 환경에 대한 간섭입니다.

지구 공학은 무엇인지, 또 그것을 선택할수도 있는지, 잘못되면 어떻게 되는지도 한 번 알아볼까요?
지구 공학적인 해결책에는 각양각색의 방식들이 존재합니다. 우주에 거대한 라이트 세일을 조립하여 쓴다는 계획부터,
소금으로 구름 씨앗을 만들거나 더 기상천외하게 철분을 바다에 살포하여 바다 내부를 비옥하게 함으로써 바다 속의 수조 개에 이르는 해조류 세포의 성장을 촉진하는 것까지 있습니다. 이 영상에서는 그 중에서 "성층권 에어로졸 살포"라는
우리 일생 도중에 그나마 볼 가능성이 있는 기술에 초점을 맞춰볼겁니다. 태양빛을 차단하기 위한 목적으로 성층권까지 올라가 대기 중에 물질을 살포한다는 참 어색한 말입니다.

 

태양빛 가리기
이산화탄소는 혼자서 지구의 온도를 높이지 않습니다. 지구상에 있는 거의 모든 에너지는 태양에서 전자기 방사선의 형태로 옵니다. 이 에너지의 약 71%는 지구의 표면과 대기에서 흡수됩니다. 이렇게 흡수된 에너지는 적외선의 형태로 다시 방출됩니다. 그리고 이산화탄소는 이 적외선을 가둬서 잠시 동안 대기 중에 머물게 하는 효과를 일으킵니다. 이 현상은 아침에 이불 안으로 파고들면 따뜻함을 느낄 수 있는 것에 비유할 수 있는데요. 정말 추운 방에서도 우리 몸은 적외선을 내뿜기 때문에 몸과 이불 사이에 끼인 공기가 적외선을 가둬서 따뜻하고 포근한 느낌을 느끼게 해주는 것입니다. 그러니 지구를 식히는 한 가지 방법은 에너지가 지구의 이불 밑에 갇히는 것을 막는 것이죠. 이는 실제로도 자연스럽게 일어나는 현상입니다.

지구에 도달하는 태양 방사선 중 약 29%는 빙하나 사막, 설원 또는 구름같은 밝은 표면에 부딪혀 우주로 다시 반사됩니다. 반사가 더 많이 일어나 에너지도 덜 남게 되니 그만큼 온난화도 덜해지게 됩니다. 자연에서도 영감을 얻을 수 있습니다. 구체적으로 살펴보면, 1991년에 일어난 피나투보 화산 폭발은 20세기에 벌어진 화산 폭발 중 그 규모가 두 번쩨로 컸습니다. 주변 환경이 대거 파괴되고 약 900여명의 사망자를 낸 것 외에도 과학자들은 이 폭발이 세계 기후에 끼친 강력한 영향에 주목했습니다. 화산 폭발이 일어나며 수백만 톤의 화산재와 가스가 성층권까지 분출되어 잠시 그 주변을 맴돌았습니다.

지구공학의 관점에서 흥미로운 것은 이산화황이라는 물질입니다. 냄새는 고약하지만 눈에 보이지 않는 기체죠. 대기권의 높은 곳에서 황산 방울로 이루어진 안개가 형성되었고 안개가 물과 결합하여 거대한 장막을 이루었습니다. 이 장막은 지구 표면에 도달하는 햇빛을 약 1% 감소시켰습니다. 지구의 평균 온도 또한 0.5℃ 감소했습니다. 이러한 냉각 효과가 멈추기까지는 3년이 걸렸습니다. 인류는 성층권에 황 입자를 직접 살포함으로써 이 과정을 따라 할 수 있습니다.

어떤 과학자들에 따르면, 이 방법은 예상 외로 쉬울 수 있으며 새로운 기술을 많이 개발하지 않아도 된다고 합니다. 한 연구에 따르면, 급속한 기후 변화 때문에 치르게 될 비용과 비교하면 이 방법은 상당히 저렴할 거라고 말합니다. 특수 제작한 비행기들로 이루어진 소규모 비행단이 1년에 한 번씩 적도를 따라 에어로졸을 분사하며 비행하면 전 세계에 에어로졸을 살포할 수 있습니다. 예측에 따르면, 연간 5~8 메가톤의 에어로졸을 살포하면 지구 온난화를 멈추게 하거나 늦출 정도의 충분한 햇빛을 반사할 수 있을거라고 합니다. 화석 연료에서 전환할 귀중한 시간을 버는 셈입니다.

안타깝게도, 이 방법에는 몇 가지 부작용이 있을 수 있습니다. 에어로졸 분사에는 다음과 같은 문제가 있습니다. 먼저 강우 패턴이 바뀌면 농업에 안좋은 영향을 끼쳐 기근을 발생시킬 수 있는데 최악의 경우에는 수십억 명의 사람들이 영향을 받을 수 있습니다. 또한 1991년 피나투보 화산 폭발 이후, 산성 물질과 물이 섞인 장막이 지표면을 식히기만 한 것이 아니라 성층권을 뜨겁게 달구었습니다. 나중에 알고보니, 산성 물질은 오존층에 좋지 않아 남극 대륙의 오존층 구멍이 역사상 가장 거대해졌습니다. 수십 년에 걸쳐서 황 입자를 주입하는 것은 이와 비슷한 결과를 초래할 수 있습니다. 과학자들은 이미 오존층에 좀 더 적은 영향을 주는 다른 결합물을 쓰자는 제안을 했으나 이것이 효과가 있는지 입증하기 위해서는 더 많은 실험과 연구가 이루어져야 합니다. 하지만 우리가 오존층을 손상시키지 않더라도 다른 위험요소들이 존재합니다.

정치인들과 산업계가 냉각 효과를 구실로 탄소 중립적인 경제로의 전환을 지연시킬 수도 있습니다. 지구공학이 지구 온난화를 늦춘다고 해도 인류는 계속해서 이산화탄소를 대기권에 추가하고 있습니다. 공기 중의 더 많은 이산화탄소는 바다가 더 많은 이산화탄소를 흡수하게 된다는 것을 의미하고 이는 바다를 더욱 산성화시키게 됩니다. 이는 이미 산호초와 같은 거대한 생태계에 치명적으로 다가오고 있습니다. 그리고 이러한 일이 계속될수록 효과는 더욱 심각해질 것입니다.

엎친 데 덮친 격으로 우리가 한번 거대한 양의 입자를 대기 중으로 주입하기 시작하면, 이를 한 번 멈췄을 때의 부작용으로 인해 오랜 시간동안 이를 계속해야 할지도 모릅니다. 이것이 의미하는 바는 만약 인류가 대기권에 이산화탄소를 풍부하게 만드는 동시에 태양 방사선을 막아 지구 온난화를 막는다면 우리는 시한 폭탄 위에 앉게 됩니다. 우리가 지구공학을 멈추자마자 자연의 순환은 다시 시작될 것이고 지구는 다시 뜨거워질 겁니다.

하지만 수십 년 동안 인공적으로 행성을 차갑게 만드는 동안 거대한 양의 이산화탄소를 계속 내뿜는다면 지구는 더더욱 빨리 뜨거워질겁니다. 오늘날 50년이 걸리는 기온 상승이 10년 만에 일어날 수 있다는 것이죠. 짧은 시간 동안의 급격한 온도 변화는 제 시간에 적응하는 게 불가능할 정도로 지구상의 모든 시스템을 망가뜨릴 것입니다. 

가장 최악의 시나리오는 극단적 기근과 생태계의 급격한 파괴일겁니다. 인류는 살아남을 수도 있습니다. 하지만 생존자들은 익숙치 않고 적대적인 세상에서 살아가게 될 것입니다. 최상의 시나리오는 세계가 마침내 급격한 기후 변화와 엄청난 위협을 완전히 이해하게 되면 지구공학은 우리에게 필요한 10년이나 20년의 시간을 벌어다 줄 수 있습니다. 우리의 경제 체제를 바꾸고 이산화탄소를 대기권 밖으로 밀어낼 시간입니다. 언젠가 또다른 영상에서 이야기할 기술을 통해서 말입니다.

결론
지구공학은 무서운 개념입니다. 기후 변화에 대한 해결책이 아니며 화석 연료 산업계에서는 화석 연료 시대의 종말을 늦추는 반가운 핑계일 수도 있습니다. 지난 수십 년 동안 지구공학에 대한 논란은 너무 커서 이를 더 잘 이해하기 위한 실험을 하는 과학자들을 막아왔습니다.

그러나 무조건적으로 지구공학을 반대하는 것은 미래를 멀리 내다보지 않는 실수입니다. 슬픈 현실은 우리가 이미 지구공학 실험을 하고 있다는 것입니다. 우리는 매년 400억톤의 이산화탄소가 배출되면 얼마나 빨리 세계가 변할지 실험하고 있습니다. 이 실험은 정말로 흥미진진해질겁니다. 우리가 지구공학을 꼭 이용하지 않아도 된다면 좋겠습니다. 하지만 만약에 미래에 우리가 이 기술을 사용해야 한다면 사용하기 위한 연구를 해두었어야 하겠죠.

우리는 준비해야 합니다. 아니면 당황한 인류가 실수로 자폭 버튼을 누를 수도 있습니다. 당신은 아마 지구공학을 위한 준비를 직접 할 필요는 없을 겁니다. 하지만 누가 알아요! 혹시 모르니 여러분의 과학 지식을 다듬어서 나쁠 건 없을 겁니다. Brilliant에 있는 우리 친구들이 과학 지식들을 다듬는 것을 도와줄 수 있습니다. Brilliant는 과학을 실용적인 방법으로 접근할 수 있도록 해주는 문제 해결 웹사이트이자 앱이며 60개 이상 제공되는 강좌에서는 수학, 논리, 공학 분야의 문제를 스스로 해결할 수 있는 도구를 제공해줍니다. 스토리텔링, 코드 작성과 직접 풀어보는 문제들을 통해 여러분들을 즐겁게 하고 몰입하게 해줍니다.

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