[월드투데이 권성준 기자] 2021년 여름 지구촌을 강타한 키워드는 폭염이었다.

지난 5월부터 전 세계 곳곳에 걸쳐 이상 고온이 나타났고 7월에는 50도를 넘기는 기온을 기록하며 역대 제일 더운 7월을 기록했다.

과학계는 이상 고온의 원인으로 지구 온난화를 지목했고 지구 온난화의 주범인 탄소를 감축해야 한다고 목소리를 높였다.

이런 시대상을 반영하듯 2021년 노벨 물리학상은 탄소가 지구 온난화의 원인임을 밝혀낸 과학자 마나베 슈쿠로와 클라우스 하셀만에게 수여됐다.

지구가 생명체가 살아가기 적합한 온도를 지니는 가장 큰 이유는 태양이다. 태양은 지구에서 발생하는 열 현상 대부분의 에너지원이 된다.

태양의 복사 에너지는 지구를 따듯하게 만들어 준다. 그래서 태양이 떠있는 낮 동안은 지구의 기온이 상승한다. 하지만 태양을 등진 밤에는 사정이 다르다.

밤에는 지구를 데워줄 열원이 없기 때문에 지구는 차갑게 식기 시작한다. 우주 공간의 온도는 영하 270도 정도이기 때문에 빠르게 식어버려야 한다.

실제로 화성의 낮 기온은 지구랑 비슷하지만 밤에는 영하 140도까지 식어버린다. 지구는 화성처럼 급격하게 식지는 않는다. 화성과 지구의 차이점은 대기에 있다.

지구는 화성보다 대기 밀도가 높다. 지표면이 식으면서 방출한 열에너지는 대기에 흡수되고 대기는 지표면보다 천천히 식어 열이 빠져나가는 속도를 늦춘다. 이런 현상을 온실 효과라고 한다.

모든 대기 중의 기체들이 온실 효과를 일으키지만 특히 이산화탄소, 메테인, 수증기 등이 온실 효과에 기여하는 바가 크다고 알려져 있다.

온실 효과는 생명체가 생존하는데 꼭 필요한 효과다. 하지만 현대에는 온실 효과가 과도하게 벌어지는 현상이 생명체의 존속을 위태롭게 만들고 있다.

특히 인간이 문명을 발달 시키면서 증가하게 된 탄소가 문제가 됐다. 탄소는 이산화탄소, 메테인 등의 기체 분자를 형성한다. 탄소의 증가는 온실 효과를 과도하게 만들었다.

대기 중의 탄소가 증가해 지구가 필요 이상으로 더 따듯하게 됐고 탄소 증가와 함께 매년 기온이 상승했다. 이 현상을 지구 온난화라고 부른다.

온실 효과를 발견한 과학자는 마나베 슈쿠로였다. 그는 먼저 대기 중에 수증기 층이 있다고 가정한 모형을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산해 지구가 차갑게 식지 않는 이유를 밝혀냈다.

수증기뿐만 아니라 산소나 이산화탄소와 같은 다른 기체도 계산이 가능하고 대기 중의 기체 농도가 증가하면 지구의 기온이 증가한다는 결과도 도출했다.

대기의 대다수를 차지하는 질소와 산소 기체는 온실 효과가 미미했지만 이산화탄소는 농도가 두 배 증가하면 지구의 기온이 2.3도 증가했다.

인간의 활동이 이산화탄소를 증가시켜 지구 온난화를 일으킨다는 사실은 클라우스 하셀만이 밝혀냈다.

기상 현상을 분석하는 연구는 어렵다고 알려져 있다. 대기는 작은 초기 효과가 큰 결과를 만들어낸다는 카오스 이론이 적용되기 때문에 믿을만한 이론을 만들어내기 어렵다고 한다.

하셀만은 아인슈타인의 브라운 운동에 영감을 받아 대기 현상에서 자연적으로 발생하는 변화와 외부의 자극에 의해 유발되는 변화를 구분하는 이론을 만들었다.

그는 1900년대부터 측정한 대기 이산화탄소 농도와 함께 자연 현상에 의한 농도 계산과 자연 현상과 인간 활동을 합친 농도 계산을 제시했다. 자연 현상으로는 화산 활동이나 태양 복사의 변화 등이 있다.

인간의 활동과 자연 현상을 합친 계산은 실제 이산화탄소 농도와 유사한 경향을 보였지만 자연 현상에 의한 계산 수치는 현재와 가까워질수록 이산화탄소 농도와 차이를 보였다.

인간의 활동이 대기 이산화탄소 농도를 증가시킨 다는 것은 명백한 과학적 사실임이 밝혀졌고 최근 150년간 지구의 기온이 1도 상승한 원인으로 생각된다.

19세기부터 중반부터 대기 이산화탄소 농도는 40%가량 증가했다. 수 십만 년의 지구 역사에서 이 정도로 이산화탄소가 많았던 적이 없다.

하셀만과 마나베에게 노벨상을 수상하면서 노벨 재단에서는 "우리는 더 이상 모른다고 말할 수 없습니다, 기후 모델은 분명합니다"라며 지구가 뜨거워지고 있는 것과 온실가스가 증가하는 것이 사실이라고 밝혔다.

이어 지구 온난화가 자연적인 현상으로 설명되지 않으며 인간의 온실가스 방출이 기온 상승의 원인이라고 강조했다.