지구는 왜 점점 더워질까?
온실효과의 원리
햇빛은 들어오는데 지구는 왜 식지 않을까요? 질소와 산소는 적외선을 못 잡는데, 공기는 왜 데워질까요? 클릭할 때마다 움직이는 슬라이드로 온실효과의 원리를 한 단계씩 따라가 봅니다.
움직이는 슬라이드
이렇게 보세요
- 화면을 누르거나 → 키를 누르면 다음 장면으로 넘어가요. 휴대폰은 화면 왼쪽을 탭하면 이전 장면이에요.
- 슬라이드 아래 설명 자막이 강연자의 말을 대신해요. ‘설명’ 버튼으로 끄고 켤 수 있어요.
- 슬라이드의 목차 버튼이나 아래 노트의 ‘이 장 슬라이드로 보기’로 원하는 장에 바로 갈 수 있어요.
강연 영상은 준비 중입니다. 영상이 올라오면 이 페이지에서 함께 볼 수 있어요.
이 슬라이드로 강의하기
학교·동아리·기관 강의는 물론 유료 강의에도 무료로 쓸 수 있어요. 강의할 때는 이 웹사이트의 슬라이드 페이지를 열어서 사용해 주세요.
- 새 창에서 크게 보기로 슬라이드를 열어요. 인터넷 연결이 필요하고, 크롬·엣지를 권장해요.
- 아래 막대의 발표자 화면을 누르면 설명 메모, 다음 클릭 내용, 경과 시간이 나오는 창이 따로 열려요.
- 원래 창은 프로젝터 화면으로 옮기고 F 키로 전체화면을 켜요. 두 창은 함께 넘어가고, 클리커나 → 키로 넘길 수 있어요.
지구온난화란 무엇일까?
지구온난화는 지구 전체의 평균기온이 오랜 기간에 걸쳐 높아지는 현상입니다. 오늘 하루가 덥거나 우리 동네만 더운 것과는 다릅니다. 육지의 기온과 바다 표면 온도를 모은 지구 평균을 산업화 이전(1850~1900년 평균)과 비교합니다.
지난 2천 년 가까이 지구의 기온은 작은 폭에서만 오르내렸지만, 최근 150여 년 사이 빠르게 올랐습니다. 최근 10년(2016~2025년) 평균은 산업화 이전보다 약 1.3°C 높습니다.
온도가 있는 물체는 왜 빛을 낼까?
온도는 물질을 이루는 입자가 얼마나 활발하게 움직이는지를 나타냅니다. 입자 안의 전하가 흔들리면 전자기파, 곧 빛이 나옵니다. 그래서 온도가 있는 모든 물체는 빛(복사에너지)을 냅니다.
뜨거울수록 더 빨리 흔들려 더 짧은 파장의 빛을 더 많이 냅니다. 사람이나 지구처럼 미지근한 물체는 눈에 보이지 않는 적외선을 내고, 열화상 카메라로 볼 수 있습니다.
햇빛은 지구에서 어떻게 될까?
표면이 약 5,500°C인 태양은 가시광선 부근이 가장 센 빛을 내고, 자외선과 근적외선도 함께 보냅니다. 지구에 온 햇빛의 약 30%는 구름·공기·땅에서 반사되고, 약 70%는 대기와 땅·바다에 흡수됩니다.
데워진 지구는 적외선을 우주로 내보냅니다. 우주에는 공기가 없어 빛(복사)으로만 열을 내보낼 수 있습니다. 들어오는 햇빛과 나가는 적외선이 같아지면 온도가 유지되는데, 이것이 에너지 균형입니다.
가장 더운 때는 왜 오후일까?
햇빛은 정오 무렵 가장 세지만, 하루 중 기온이 가장 높은 때는 보통 오후 2~3시입니다. 정오가 지나도 한동안은 들어오는 에너지가 나가는 에너지보다 많아서 땅과 공기가 계속 데워지기 때문입니다.
들어오는 에너지와 나가는 에너지가 같아지는 순간 기온이 가장 높아지고, 그 뒤로는 나가는 쪽이 많아져 기온이 내려갑니다. 앞에서 본 에너지 균형이 하루 안에서도 작동합니다.
대기가 없었다면 지구는 몇 도일까?
지구와 태양까지의 거리가 거의 같은 달은 낮에는 100°C 넘게 뜨겁고 밤에는 −170°C 아래로 식습니다. 지구가 받는 햇빛과 반사율만으로 계산하면, 대기가 없는 지구의 평균기온은 약 −18°C입니다. 실제 지구의 평균기온은 약 15°C입니다.
낮 동안 대기는 방패 역할도 합니다. 오존층이 자외선을 흡수하고, 구름과 공기가 햇빛 일부를 반사·흡수하며, 바람과 해류가 열을 고르게 옮깁니다. 그렇다면 밤에는 왜 달처럼 얼어붙지 않을까요?
질소와 산소는 왜 적외선을 못 잡을까?
사실 대부분의 기체는 적외선을 흡수합니다. 1856년 유니스 푸트와 1859년 존 틴들의 실험이 이산화탄소와 수증기가 열을 붙잡는다는 것을 보여 주었습니다. 그런데 대기의 99% 이상을 차지하는 질소·산소·아르곤은 적외선을 거의 흡수하지 못합니다.
질소(N₂)와 산소(O₂)는 같은 원자 두 개로 이루어져, 진동해도 전하가 한쪽으로 치우치지 않습니다. 반면 이산화탄소·수증기·메탄처럼 원자 세 개 이상으로 된 분자는 진동할 때 전하가 치우쳐 적외선과 에너지를 주고받습니다. 이런 기체를 온실가스라고 합니다.
지구는 왜 밤에도 얼지 않을까?
온실가스는 땅이 내보내는 적외선을 흡수했다가 사방으로 다시 내보냅니다. 그중 일부가 땅으로 돌아와 지구를 담요처럼 덮어 줍니다. 덕분에 −18°C였을 지구가 약 15°C를 유지합니다. 이 약 33°C의 차이가 자연적 온실효과입니다.
담요는 특히 밤에 중요합니다. 햇빛이 없는 밤에도 온실가스가 적외선을 붙잡아 기온이 급격히 떨어지지 않게 합니다. 33°C 가운데 가장 큰 몫은 수증기가 맡고, 이산화탄소는 수증기의 양까지 좌우하는 조절 손잡이 역할을 합니다.
7대 온실가스는 왜 정했을까?
국제사회는 교토의정서에서 이산화탄소(CO₂)·메탄(CH₄)·아산화질소(N₂O)·수소불화탄소(HFCs)·과불화탄소(PFCs)·육불화황(SF₆) 6종을 감축 대상으로 정했고, 이후 삼불화질소(NF₃)가 더해졌습니다. 사람이 직접 배출하고, 대기에 오래 남으며, 측정하고 관리할 수 있는 기체들입니다.
같은 양이라도 온난화 효과는 기체마다 다르며, 이산화탄소를 기준으로 한 값을 지구온난화지수(GWP)라고 합니다. 그래도 배출량이 압도적으로 많은 이산화탄소가 전체 온실가스 배출(2019년, 이산화탄소 환산)의 약 4분의 3을 차지합니다.
질소·산소까지 데워지는 이유는?
이산화탄소 분자가 적외선을 흡수하면, 그 에너지를 다시 빛으로 내보내기 전에 주변의 질소·산소 분자와 수없이 부딪히며 운동에너지로 나눠 줍니다. 그래서 적외선을 직접 잡지 못하는 질소와 산소까지 빨라지고, 공기 전체의 온도가 오릅니다.
온실가스가 늘면 지구가 우주로 열을 내보내는 높이가 더 높고 차가운 곳으로 올라가, 같은 온도에서는 열이 덜 빠져나갑니다. 다시 균형을 맞추려면 지표와 아래쪽 대기가 더 데워져야 합니다. 사람이 늘린 온실가스가 담요를 두껍게 만드는 셈입니다.
정말 사람 때문일까?
태양 활동은 1980년대 이후 오히려 줄었지만 기온은 계속 올랐습니다. 대기 중 이산화탄소는 화석연료에서 나온 탄소의 특징(동위원소 비율)을 띠며 늘고 있습니다.
인공위성 관측(UAH, 1979~2025년)에서 아래쪽 대기인 대류권은 10년에 약 +0.16°C 따뜻해졌고, 위쪽 성층권은 10년에 약 −0.25°C 식었습니다. 태양이 원인이라면 둘 다 따뜻해져야 합니다. 아래는 데워지고 위는 식는 모습은 온실가스가 남긴 지문입니다.
온실가스를 어떻게 줄일까?
대기의 탄소를 욕조의 물에 비유하면, 들어오는 물(배출)이 빠져나가는 물(흡수)보다 많아 수위가 계속 오르는 상태입니다. 탄소중립은 배출을 줄이고 흡수를 늘려 둘을 같게 만드는 것입니다.
전기를 재생에너지로 만들고, 수송을 전기화하고, 산업 공정과 반도체 공정의 온실가스를 줄이고, 메탄과 냉매 누출을 막습니다. 숲·바다·토양, 그리고 미세조류처럼 탄소를 흡수하는 쪽도 함께 키워야 합니다.
핵심만 다시 정리하면
에너지 균형 — 지구는 햇빛을 받은 만큼 적외선으로 내보내며 온도를 유지합니다. 대기가 없다면 지구의 평균기온은 약 −18°C입니다.
자연적 온실효과 — 수증기·이산화탄소 같은 온실가스가 지표의 적외선을 흡수했다가 다시 내보내, 지구 평균기온을 약 15°C로 지켜 줍니다. 특히 밤에 그 역할이 큽니다.
인위적 온실효과 — 사람이 늘린 온실가스가 적외선을 더 많이 붙잡고, 그 에너지가 충돌로 질소·산소에 전해져 공기 전체가 데워집니다. 위성 관측의 ‘대류권은 따뜻해지고 성층권은 식는’ 지문이 그 증거입니다.
해법 — 배출을 줄이고 흡수를 늘려, 들어오고 나가는 탄소의 균형(탄소중립)을 맞춥니다.
참고 자료
- Met Office · HadCRUT5 ↗ — 1850년 이후 지구 평균기온 변화
- NOAA · 마우나로아 이산화탄소 관측 ↗ — 대기 중 CO₂ 농도 변화
- UAH · 위성 대기 온도 v6.1 ↗ — 대류권과 성층권의 온도 변화
- IPCC AR6 제3실무그룹 보고서 ↗ — 온실가스 배출 비중
- SILSO · 태양 흑점 수 ↗ — 태양 활동 변화
