지구는 왜 15 ℃일까?

담요의 원리

빠져나가는 열을 늦추면

햇빛은 대부분 가시광선이라 온실가스에 거의 흡수되지 않고 땅까지 내려와요. 데워진 땅은 2장에서 배운 대로 적외선을 내보내요. 이 적외선을 대기 속 온실가스가 흡수하고, 다시 사방으로 내보내요. 그중 일부는 땅으로 되돌아와요.

그러면 땅은 햇빛에 더해 대기가 돌려보낸 적외선까지 받아요. 받는 양이 늘었으니, 내보내는 양이 같아지려면 땅의 온도가 더 높아져야 해요. 이것이 자연적 온실효과예요. ?

탐구 정리대기의 적외선 흡수율이 0%일 때 지표는 −18 ℃, 약 77%일 때 15 ℃예요. 흡수율이 높을수록 땅으로 돌아오는 적외선이 늘고, 땅은 더 높은 온도에서 균형을 이뤄요.

온실효과 자체는 나쁜 것이 아니에요. 생명이 살 수 있는 온도를 만들어 주는 조건이에요. 이름은 비닐하우스에서 왔지만 원리는 조금 달라요. ?

밤을 지키는 온실가스

햇빛이 0이 되는 시간

5장의 질문으로 돌아가 볼까요? 해가 지면 들어오는 햇빛은 0이에요. 땅은 계속 적외선을 내보내니 식어 가요. 그런데 지구는 왜 달처럼 −170 ℃로 얼어붙지 않을까요?

탐구 정리하늘이 땅으로 돌려보내는 적외선이 많을수록 밤사이 덜 식어요. 이 모형에서 12시간 뒤 건조한 사막은 해 질 녘보다 약 29 ℃, 습한 밤은 약 18 ℃, 구름 낀 밤은 약 11 ℃ 내려가요.

온실가스가 없다면 땅이 내보낸 적외선은 그대로 우주로 빠져나가, 밤새 기온이 뚝뚝 떨어져요. 온실가스가 있으면 일부가 되돌아와 조금만 식어요. 실제로 수증기가 적은 사막은 낮엔 뜨겁지만 밤엔 기온이 크게 떨어지고, 구름 낀 밤은 맑은 밤보다 덜 추워요.

33 ℃는 누가 만들까?

가장 큰 몫과 손잡이

33 ℃의 담요를 어떤 기체가 가장 크게 만들고 있을까요? 과학자들은 복사 모형에서 기체를 하나씩 빼 보며 몫을 계산했어요. ?

탐구 정리지금 온실효과의 약 75%는 수증기와 구름이 만들어요. 하지만 이산화탄소를 두 배로 늘리면, 이산화탄소만의 효과(약 +1.2 ℃)에 수증기 증가가 더해져 약 +2 ℃가 돼요. 이산화탄소가 기온을 움직이고, 수증기가 그 효과를 키워요.

정답은 수증기와 구름이에요. 합치면 약 75%, 이산화탄소는 약 20%예요. 그런데 수증기는 스스로 늘지 못해요. 공기가 따뜻해야 더 많이 품을 수 있고, 남는 수증기는 며칠 만에 비나 눈으로 내려요.

그래서 이산화탄소는 기온을 정하는 손잡이, 수증기는 그 기온을 따라가며 효과를 키우는 증폭기예요. 이산화탄소처럼 오래 머무는 온실가스를 모두 빼면, 수증기도 따라 줄어 지구는 얼음 행성이 된다는 계산 결과도 있어요. 그렇다면 이 손잡이를 사람이 돌리고 있다면 어떻게 될까요?