기후 변화의 원인

 

 

 

 

기후 변화의 원인 

 

기후변화는 주로 지구 대기의 온실가스 증가로 인해 발생합니다. 이러한 가스는 태양열을 가두어 온실 효과로 알려진 온난화 효과를 유발합니다. 일반적인 온실가스에는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N20) 및 불소화 가스가 포함됩니다. 이러한 가스는 열적외선 범위 내에서 방사선을 흡수하고 방출하여 지구 표면과 대기를 온난화시킵니다.

 

주로 화석 연료 연소, 삼림 벌채, 산업 공정등 인간 활동으로 인해 온실가스 농도가 증가하는 것은 기후 변화의 중요한 원인입니다. 그럼 온실가스 증가를 유발하는 원인에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

 

1. 화석 연료 연소

 

화석연료 연소란 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료를 연소시켜 발전, 운송, 산업공정, 난방 등 다양한 목적으로 에너지를 생산하는 과정을 말합니다. 화석연료는 수세기 동안 중요한 에너지원이었지만, 그 연소는 이산화탄소(C02)와 기타 온실 가스를 대기로 방출하여 기후 변화와 환경 악화에 영향을 미치는 요인이 되었습니다. 화석 연료 연소가 환경과 기후에 미치는 영향은 다음과 같습니다.

 

✅ 이산화탄소(CO2) 배출

• 화석 연료의 연소는 대기 중으로 많은 양의 이산화탄소를 방출합니다. 이산화탄소는 온실 효과를 강화하고 지구 대기의 열을 가두어 지구 온난화와 기후 변화를 일으키는 주요 온실 가스입니다.

✅ 대기 오염

• 화석 연료 연소는 이산화황(SO2), 질소 산화물(NOx), 입자상 물질(PM), 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함함 다양한 대기 오염 물질을 방출합니다. 이러한 오염 물질은 인간의 건강에 해로운 영향을 미쳐 호흡기 문제, 심혈관 질환, 천식과 같은 악화 상태를 유발할 수 있습니다.

✅ 미립자 물질

• 화석 연료 연소로 인해 배출되는 입자상 물질(PM)은 대기 오염에 영향을 미치고 공기 질을 저하시킬 수 있습니다. 입자상 물질(PM)은 폐 깊숙이 침투할 수 있고 심지어 혈류로 들어갈 수도 있어 건강에 위험을 초래할 수 있으며, 특히 어린이, 노인 등 건강 취약 계층에 더 피해가 갈 수 있습니다.

✅ 산성비

• 주로 대기에 오염 물질이 존재하기 때문에 평소보다 훨씬 저 산성이 강한 강수 유형입니다. 산성비의 주요 원인은 발전소, 산업시설, 차량에서 화석 연료를 태우는 등 인간 활동으로 인해 배출되는 이산화황(S02)과 질소산화물(NOx)입니다. 이산화황과 질소산화물이 대기로 방출되면 수증기, 산소 및 기타 화학 물질과 반응하여 황산과 질산을 형성하는데 이 산은 산성비, 눈, 안개, 또는 먼지로 땅에 떨어져 토양, 식물, 수생 생태계 및 기반시설을 손상시킬 수 있습니다.

✅ 해양 산성화

• 화석 연료 연소로 배출된 이산화탄소(CO2)의 일부가 해양에 흡수되어 해양 산성화로 이어집니다. 이산화탄소 수준이 증가하면 해수의 수소 이온 농도 지수(pH)가 낮아져 해양 생물 특히 산호초, 조개류 및 특정 플랑크톤 종과 같이 탄산칼슘 껍질이나 골격을 가진 유기체에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.

✅ 기타 온실가스

• 화석 연료 연소는 비록 적은 양이지만 이산화탄소(CO2) 배출 외에도 메탄(CH4) 및 아산화질소(N20)와 같은 다른 온실 가스를 배출합니다. 

 

2. 삼림 벌채

 

삼림 벌채란 농업, 도시화, 광업, 기반시설 개발 등 다른 토지 이용을 위한 길을 마련하기 위해 숲이나 나무를 영구적으로 제거하는 것을 의미합니다. 이는 생물다양성, 기후, 지역사회에 광범위한 영향을 미치는 중요한 환경 문제라 할 수 있습니다. 그럼 삼림 벌채로 인한 환경 변화에 대해 알아보겠습니다.

✅ 생물다양성 감소

• 숲은 다양한 동식물 조의 서식지이며, 그중 다수는 고유종이며 생존을 위해 숲 서식지에 의존합니다. 삼림 벌채는 서식지의 손실과 단편화로 이어져 생물 다양성의 손실과 종의 멸종을 초래합니다. 이는 중요한 생태학적 과정을 방해할 수 있으며 생태계에 연쇄적인 영향을 미칠 수 있습니다.

✅ 탄소 배출

• 숲은 광합성 과정을 통해 대기에서 이산화탄소(CO2)를 흡수하여 바이오매스(biomass)와 토양에 저장하는 탄소 흡수원 역할을 합니다. 숲을 벌채하거나 불태우면 저장된 탄소가 이산화탄소(CO2) 형태로 대기 중으로 다시 방출되어 온실가스 배출과 기후 변화에 영향을 미칩니다. 삼림 벌채는 전 세계 탄소 배출의 직접적 원인이며, 연간 총배출량의 상당 부분을 차지합니다.

✅ 기후 변화 초래

• 산림은 온도, 강수량, 습도와 같은 요인에 영향을 주어 지역 및 세계 기후를 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는  물의 순환을 유지하고, 토양을 안정화하며, 홍수 및 가뭄과 같은 기상 이변의 영향을 완하 하는 대 도움이 됩니다. 삼림벌채는 이러한 기능을 방해하여 기후의 변화를 초래하고 기후 관련 위험에 대한 지역 사회의 취약성을 증가시킵니다.

✅ 생태계 서비스(자연혜택) 손실

• 산림은 깨끗한 공기와 물, 토양 비옥도, 수분, 홍수 조절 등 인간 복지에 필수적인 광범위한 생태계 서비스(자연혜택)를 제공합니다. 삼림 벌채는 생태계 훼손으로 인한 지역 공동체, 특히 원주민과 전통적인 산림 의존 사회의 생계와 건강에 많은 영향을 미칩니다.

✅ 서식지 파괴

• 삼림 벌채는 수많은 동식물의 서식지를 파괴하여 많은 종을 멸종 위기에 빠뜨립니다. 이는 생태계를 분열시키고, 개체군을 감소시키며, 이동 경로를 방해하여 유전적 다양성과 회복력을 감소시킵니다.

✅ 삼림 벌채 원인

• 삼림 벌채는 목축, 콩 재배, 팜유 생산 등 농업확장, 벌목, 인프라 개발, 광업, 도시화 등 다양한 요인에 의해 발생합니다. 경제적 인센티브, 정책 실패, 취약한 거버넌스(governance), 토지 소유권 문제도 삼림 벌채의 원인이 됩니다.

 

3. 산업 공정

 

시멘트 생산 및 화학 제조와 같은 특정 산업 공정에서는 이산화탄소(CO2) 및 메탄과 같은 온실 가스를 배출합니다. 산업 공정은 온실 가스(GHG) 및 기타 오염물질 배출로 인해 기후 변화에 심각한 영향을 미칩니다. 산업 활동이 기후 변화에 미치는 영향은 다음과 같습니다.

 

✅ 온실가스 배출

• 산업 공정은 온실가스 배출, 특히 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)의 주요 배출원입니다. 에너지 생산, 난방, 운송을 위한 화석연료의 연소는 대기 중으로 이산화탄소(CO2)를 방출하여 온실 효과와 지구 온난화를 증가시킵니다. 또한 시멘트 생산, 화학 제조, 금속 제련과 같은 산업 활동에서는 화학반응의 부산물로 이산화탄소(CO2)가 배출됩니다. 

✅ 메탄(CH4) 및 아산화질소(N2O) 배출

• 특정 산업 공정에서는 이산화탄소(CO2) 보다 온난화 지수가 더 높은 강력한 온실가스인 메탄(CH4)과 아산화질(N2O)이 생성됩니다. 예를 들어 축산, 벼 재배 등 농업 활동에서는 메탄(CH4)이 배출되고 비료생산, 폐수 처리 등 산업 공정에서는 아산화질소(N2O)가 배출됩니다.

✅ 삼림벌채 및 토지 이용 변화

• 농업, 벌목, 도시화를 포함한 산업활동은 삼림 벌채와 토지 이용 변화에 기여하여 숲과 토양에 저장된 탄소를 대기 중으로 방출합니다. 삼림 벌채는 탄소 순환을 방해하고 생태계의 탄소 흡수 능력을 감소시키며 기후 변화를 악화시킵니다.

✅ 블랙 카본(검은 탄소) 및 에어로졸

• 산업 공정에서는 기후에 복잡한 영향을 미칠 수 있는 검은 탄소와 에어로졸을 배출합니다. 블랙 카본은 대기 중 햇빛을 흡수하여 대기를 가열함으로써 지구 온난화를 가속시킵니다. 또한 얼음과 눈 표면에 쌓이면 온난화 효과가 있어 반사율이 감소하고 녹는 소도가 빨라집니다. 에어로졸은 햇빛을 우주로 다시 산란시키고 구름 특성과 수명을 변경하여 지구의 복사 균형에 영향을 줍니다. 에어로졸은 구성 요소와 구름과의 상호 작용에 따라 대기를 식힐 수도 있고 따뜻하게 할 수도 있습니다.

✅ 피드백 루프

• 산업활동은 기후 변화를 증폭시키는 피드백 루프에 기여할 수 있습니다. 예를 들어 지구 온난화로 인해 만년설과 영구 동토층이 녹아 극지방에 저장된 메탄과 이산화탄소가 방출되어 대기 중 온실가스 농도가 더욱 증가합니다. 삼림 벌채와 토지 황폐화를 가속화하는 산업 공정은 지구의 탄소 흡수 능력을 감소시켜 피드백 루프를 악화시킬 수도 있습니다.

✅ 도시 열섬 효과

• 도시화와 산업화는 인구 밀도가 높은 지역이 주변 농촌 지역보다 더 높은 온도를 경험하는 도시 열섬을 만들 수 있습니다. 에너지 생산, 운송, 제조 등 산업 공정은 도시 지역의 열 발생과 대기 오염을 유발하여 도시 열섬 효과를 악화시키고 냉방을 위한 에너지 수요를 증가시킵니다.

 

4. 농업

 

농업은 온실가스 배출의 원인이자 기후 변화의 영향에 취약한 부문으로서 기후 변화에 중요한 역할을 합니다. 농업이 기후 변화에 영향은 다음과 같습니다.

 

✅ 온실가스 배출

• 농업 활동은 주로 메탄과 아산화질소와 같은 온실가스 배출의 주요 원인입니다. 가축 사육, 특히 소나 양과 같은 반추동물은 장 내 발효와 분뇨 관리를 통해 메탄을 생성합니다. 또한 농업에서는 합성 비료와 유기 폐기물을 사용하면 질산화 및 탈질화와 같은 미생물 과정을 통해 아산화질소가 배출됩니다.

✅ 토지 이용 변화 및 삼림 벌채

• 농업은 특히 열대 지역에서 삼림 벌채와 토지 이용 변화의 주요 원인입니다. 가축 방목을 위한 목초지와 식량 및 바이오 연료 생산을 위한 농경지를 포함하여 농업 확장을 위해 산림이 개간되었습니다. 삼림 벌채는 나무와 토양에 저장된 탄소를 대기로 방출하여 온실가스 배출과 기후 변화에 영향을 미칩니다.

✅ 토양 탄소 손실

• 경작, 단일 경작, 토양 황폐화 등 집약적인 농업 관행은 토양 유기 탄소 손실을 초래할 수 있습니다. 토양 탄소는 토양이 교란되거나 분해될 때 이산화탄소로 대기 중으로 방출됩니다. 토양 탄소 손실은 농업용 토양의 탄소 격리 능력을 감소시키고 기후 변화에 영향을 미칩니다.

✅ 벼 재배

• 벼 재배는 침수 논의 혐기성 조건으로 인해 메탄을 생성하는 미생물 활동을 촉진하는 중요한 메탄 배출원입니다. 벼 재배 중에 침수된 토양에서 메탄이 방출되어 온실가스 배출에 영향을 미칩니다.

✅ 질소 비료 사용

• 농업에 합성 질소 비료를 적용하면 질산화 및 탈질화와 같은 과정을 통해 아산화질소가 배출이 됩니다. 아산화질소는 이산화탄소보다 온난화 지수가 더 높은 강력한 온실가스입니다.

✅ 물 사용 및 관개

• 농업은 특히 건조 및 반건조 지역의 관개(우량을 조정하여 인공적으로 농지에 물을 끌어 들이는 것)를 위한 담수 자원의 주요 소비자입니다. 물 집약적인 관개 관행은 물 부족, 생태계 악화, 양수 및 분배를 위한 에너지 소비로 이어질 수 있으며 간접적으로 온실가스 배출의 원인이라 할 수 있습니다.

✅ 기후 변화에 대한 취약성

• 농업은 온도 변화, 강수 패턴, 기상 이변, 성장 계절의 변화 등 기후 변화의 영향에 매우 취약합니다. 기후 변동성과 가뭄, 홍수, 폭염, 폭풍과 같은 기상이변은 농업 생산을 방해하고 작물 수확량을 감소시키며 식량 안보를 위협할 수 있습니다.

 

5. 토지 이용 변화

 

토지 이용 변화는 삼림 벌채, 도시화, 농업, 인프라 개발 등 토지 피복이나 토지 관리 관행의 변경을 의미합니다. 이러한 변화는 다양한 메커니즘을 통해 기후 변화에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다.

 

✅ 삼림 벌채 및 산림 황폐화

• 삼림 벌채, 즉 산림을 농업이나 도시 개발 등 다른 토지 이용으로 전환하면 나무와 토양에 저장된 탄소가 이산화탄소배출 형태로 대기 중으로 방출됩니다. 벌목, 선택적 수확, 토지 정리로 인해 산림의 질과 생물 다양성이 손실되는 산림 황폐화도 탄소 배출에 원인이 됩니다. 숲은 광합성을 통해 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 탄소 흡수원 역할을 합니다. 삼림 벌채와 산림 황폐화는 생태계의 탄소 격리 능력을 감소시키고 온실가스 배출을 증가시켜 기후 변화를 악화시킵니다.

✅ 탄소 격리 손실

• 숲, 습지, 초원과 같은 자연 생태계는 대기에서 이산화탄소를 격리하고 이를 바이오매스와 토야에 저장하는데 중요한 역할을 합니다. 자연 생태계가 농업이나 도시 토지로 전환되는 토지 이용 변화는 탄소를 격리하고 기후 변화를 완화하는 경관의 능력을 감소시킵니다. 토양 탄소는 삼림 벌채, 토양 침식, 집약적 농업 등 토지 이용 변화로 인한 손실에 특히 취약합니다.

✅ 알베도 효과

• 토지 피복의 변화는 지구 표면 반사율, 즉 알베도를 변경하여 태양 복사의 흡수 및 반사에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 숲이 우거진 지역을 농경지나 도시와 같은 인위적 공간으로 전환하면 지구 표면에 흡수되는 태양 복사량의 양이 증가하여 국지적인 온난화를 초래할 수 있습니다. 이러한 알베도 효과는 지역 기후 패턴에 영향을 미치고 기온과 강수량의 변화에 영향을 미칠 수 있습니다.

✅ 지표면 특성의 변화

• 토지 이용 변화는 표면 거칠기, 수분 함량 및 열 교환 과정을 변화시켜 지역의 국지적 기후 패턴에 영향을 미칩니다. 도시화와 불투수성 표면의 확장은 증발산량과 물의 침투를 감소시켜 지역 온도, 습도, 강수 패턴의 변화를 가져옵니다. 지표면 특성의 변화는 대기 순환 패턴과 기상 시스템에도 영향을 미쳐 기후 변동성과 극한 현상에 영향을 줄 수 있습니다.

✅ 생태계 서비스 손실

• 토지 이용 변화는 생태계를 저하시키고 탄소 격리, 수질 규제, 토양 비옥도, 생물 다양성 보존, 서식지 제공과 같은 생태계 서비스 제공을 감소시킬 수 있습니다. 자연 생태계의 악화와 생물 다양성의 손실은 기후 변화 영향에 대한 경관의 회복력을 악화시켜 홍수, 가뭄, 산불과 같은 환경 위험에 대한 취약성을 증가시킵니다.

 

6. 폐기물 관리

 

폐기물 관리 관행은 기후 변화에 직간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 폐기물 관리가 기후 변화에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 알아보겠습니다.

 

✅ 매립지의 온실가스 배출

• 매립지는 주로 메탄과 이산화탄소와 같은 온실가스 배출의 중요한 원인입니다. 매립지에 쌓인 유기성 폐기물은 혐기성 분해를 거쳐 부산물로 메탄을 생성합니다. 메탄은 이산화탄소보다 더 강력한 온실가스입니다. 따라서 매립지에서 배출되는 메탄은 온실효과와 기후변화를 증가시키는 데 기여합니다. 메탄 포집 및 매립가스 회수 시스템과 같은 적절한 매립지 관리 관행은 에너지 생산을 위해 메탄을 포집하고 활용함으로써 매립지에서 발생하는 메탄 배출을  완화할 수 있습니다.

✅ 폐기물 소각

• 폐기물 소각 또는 에너지 회수를 위한 폐기물 연소도 온실가스가 배출이 됩니다. 연소된 폐기물은 이산화탄소뿐만 아니라 질소산화물(NOx), 입자상 물질(PM)과 같은 기타 대기 오염물질을 배출합니다. 현대 폐기물 에너지화 시설에는 대기오염을 최소화하기 위한 배출 제어 기술이 탑재되어 있지만 매립지에 비해 낮은 수준이기는 하지만 여전히 이산화탄소를 배출합니다. 그러나 폐기물 소각이 전력 생산에서 석탄이나 천연가스를 대체한다면 화석 연로 기반 에너지 생산으로 인한 배출을 상쇄할 수도 있습니다.

✅ 매립지의 탄소 격리

• 매립지는 메탄을 배출하는 동시에 폐기물 형태로 탄소를 격리합니다. 매립지에 쌓인 유기 폐기물에는 매립 셀에 일시적으로 저장되는 탄소가 포함되어 있습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 유기 폐기물은 혐기성 분해를 거쳐 메탄을 방출합니다. 따라서 매립지는 탄소원이자 흡수원 역할을 하며 순효과는 폐기물 구성, 관리 관행, 매립지 설계와 같은 요인에 따라 달라집니다.

✅ 폐기물 감소 및 재활용

• 폐기물 감소, 재활용 및 퇴비화는 처녀 자원 추출, 에너지 집약적 제조 공정 및 폐기물 처리와 관련된 온실가스 배출의 필요성을 줄여 기후 변화를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 종이, 유리, 플라스택, 금속 등의 재활용 재료는 원자재에서 새로운 재료를 생산하는 것에 비해 에너지를 절약하고 배출량을 줄입니다. 유기 폐기물을 퇴비화하면 매립지가 아닌 메탄 배출을 줄이고, 토양에서 탄소를 격리할 수 있는 귀중한 토양 개량제인 퇴비를 생산할 수 있습니다.

✅ 순환 경제 및 자원 효율성

• 재료 감소, 재사용, 재활용을 강조하는 순환 경제 모델로 전환하면 폐기물 발생을 최소화하고 자원을 보존하며 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 내구성, 수리성, 재활용성을 고려하여 제품을 설계하고 생산자 책임 확대(EPR) 제도를 구현하면 자원 효율성을 높이고 폐기물 관리로 인한 환경 영향을 줄일 수 있습니다.

 

7. 합성 화학물질의 사용

 

합성 화학물질의 사용은 주로 온실가스 배출뿐만 아니라 대기 화학 및 복사 강제력에 대한 영향을 통해 기후에 영향을 미칠 수 있습니다.  합성 화학 물질의 사용이 기후에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아보겠습니다.

 

✅ 온실가스 배출

• 산업 공정, 농업, 소비재에 사용되는 일부 합성 화학물질은 온실가스 배출에 영향을 줄 수 있습니다. 수소불화탄소(HFC), 과불화탄소(PFC), 육불화황(SF6)과 같이 냉매, 용제 및 발포제로 사용되는 특정 불소화 가스는 지구 온난화 지수(GWP)가 높습니다. 이러한 가스가 대기로 방출되면 열을 가두어 온실 효과를 강화하여 지구 온난화와 기후 변화를 일으킬 수 있습니다.

✅ 산업 배출물

• 산업 공정에서 합성 화학 물질을 생산하고 사용하면 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실가스가 부산물로 배출될 수 있습니다. 화학 제조, 석유 정제, 석유화학 산업은 이산화탄소 배출의 중요한 원인이며, 메탄과 아산화질소는 비료생산, 폐수 처리, 에너지용 화석 연료 연소 등 다양한 화학 공정에서 배출될 수 있습니다.

✅ 오존층 파괴

• 염화불화탄소, 수소염화불화탄소, 할론과 같은 일부 합성 화학물질은 오존층 파고 물질(ODS)입니다. 오존층 파괴 물질은 온실가스는 아니지만 성층권의 오존 농도에 영향을 주어 기후에 간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 오존 고갈은 대기 순환 패턴과 기후 역학을 변화시켜 기온과 강수량 패턴을 변화시킬 수 있습니다. 오존층 파고 물질을 단계적으로 폐지하기 위한 국제 조약인 몬트리올 의정서는 이러한 물질의 대기 존재량을 줄이고 기후에 미치는 영향을 완하 하는 데 성공했습니다.

✅ 에어로졸 형성

• 산업 공정 및 소비자 제품에 사용되는 합성 화학 물질은 대기 중 에어로졸 형성에 기여할 수 있습니다. 에어로졸은 공기 중에 부유하는 작은 입자로 햇빛을 산란하거나 흡수하여 지구의 복사 균형과 기후에 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 에어로졸은 햇빛을 다시 우주로 반사하여 냉가 효과를 갖는 반면, 다른 에어로졸은 햇빛을 흡수하거나 구름 응결 핵 역할을 하여 온난화 효과를 갖습니다. 산업 자원, 운송 및 바이오매스 연소로 인한 에어로졸 배출은 지역 및 글로벌 기후 패턴에 영향을 미칠 수 있습니다.

✅ 2차 오염물질

• 일부 합성 화학물질은 다른 대기 성분과 반응하여 기후와 대기 질에 영향을 미치는 2차 오염물질을 형성할 수 있습니다. 산업 공정과 차량 배기가스에서 배출되는 휘발성 유기 화합물(VOC)은 대기 중에서 광화학 반응을 거쳐 지표 오존(O3)과 2차 유기 에어로졸을 형성하여 대기 오염과 지역 기후 변화에 영향을 줄 수 있습니다.