늘어난 온실가스는 어떻게 지구를 데울까?

부딪쳐서 나눠 준다

흡수 → 충돌 → 공기 전체가 빨라져요

이산화탄소가 적외선을 흡수하면 떨려요. 그리고 그 에너지를 빛으로 다시 내놓기 전에, 먼저 옆의 질소나 산소와 부딪쳐 넘겨줘요. 빛을 다시 내는 데 걸리는 시간보다 부딪치는 간격이 수만 배 짧기 때문이에요. ?

탐구 정리적외선을 흡수한 이산화탄소는 대부분 빛을 다시 내기 전에 이웃 분자와 부딪쳐 에너지를 넘겨줘요. 그 결과 질소·산소까지 빨라져, 공기 전체의 평균 운동에너지 곧 온도가 올라요.

빨라진 질소는 또 다른 분자와 부딪치고, 그렇게 공기 전체가 빨라져요. 2장에서 배웠듯 분자가 빨라진다는 것은 온도가 오른다는 뜻이에요. 반대로 내보낼 때도 이산화탄소가 창구예요. 빨라진 질소가 이산화탄소와 부딪치면, 이산화탄소가 그 에너지를 적외선으로 사방에 내보내요. 일부는 우주로, 일부는 다시 땅으로 돌아와요.

빠져나가는 높이

이미 흡수하고 있는데, 더 늘면?

이산화탄소는 산업화 이전에도 이미 적외선을 흡수하고 있었어요. 더 늘어나도 차이가 있을까요? ?

땅에서 나온 적외선은 위로 올라가며 흡수와 재방출을 수없이 되풀이하다가, 공기가 충분히 옅어지는 높이에 이르러서야 우주로 빠져나가요. 그 높이는 평균 약 5 km, 온도는 약 −18 ℃예요. 5장에서 계산한 바로 그 온도예요.

탐구 정리이산화탄소를 두 배로 늘리면 빠져나가는 높이가 약 150 m 올라가고, 우주로 나가는 적외선이 약 3.7 W/m² 줄어요. 지표가 데워져 새 높이의 온도가 다시 −18 ℃가 되면 균형이 돌아와요. 되먹임까지 넣으면 약 3 ℃ 따뜻해진 뒤예요.

이산화탄소가 늘면 빠져나가는 높이가 더 올라가요. 이 높이는 여전히 대류권(땅에서 약 12 km까지) 안이라서, 높은 곳일수록 춥고, 차가운 곳은 적외선을 덜 내보내요. 그래서 우주로 나가는 에너지가 들어오는 양보다 적어져요. 지구에 에너지가 쌓여 땅과 공기가 따뜻해지고, 새 높이의 온도가 다시 −18 ℃가 될 때까지 기온이 올라요.

3장의 에너지 균형이 새로운, 더 따뜻한 온도에서 다시 맞춰지는 거예요. 이것이 인위적 온실효과예요.

두꺼워진 담요

지금 지구에서 일어나는 일

이산화탄소는 산업화 이전 약 280 ppm에서 2025년 약 427 ppm으로 늘었어요. 담요가 두꺼워지면서 나가는 에너지가 들어오는 에너지보다 적어졌고, 그 차이만큼 지구에 열이 쌓이고 있어요. 인공위성과 바다 관측으로도 이 차이가 확인돼요. ?

열이 쌓여 지구가 따뜻해지면, 2장에서 봤듯 지구가 내보내는 적외선도 다시 늘어나요. 나가는 에너지가 들어오는 에너지와 같아질 때까지 온도가 오르고, 그때 더 따뜻한 온도에서 새 균형이 맞춰져요.

쌓인 에너지의 약 90%는 바다로 들어가요. 바다는 열을 아주 많이 담을 수 있어서 기온은 천천히 따라 올라요. 그래서 지금도 지구는 새 균형을 향해 데워지는 중이에요. 그래도 지구 평균 온도는 1장에서 본 것처럼 산업화 이전보다 약 1.3 ℃ 올랐어요.

그런데 이산화탄소가 늘어난 게 정말 사람 때문일까요? 다른 원인은 없을까요? 10장에서 증거를 하나씩 찾아봐요.