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지구는 어떤 퍼즐로 구성되어 있을까?

지구는 여러 개의 퍼즐 조각이 유기적으로 결합하여 하나의 거대한 그림을 완성하는 복잡한 시스템입니다. 과학자들은 이 시스템을 구성하는 각 권역이 서로 어떤 관계를 맺고 있으며, 인간의 활동이 지구에 어떤 변화를 일으키는지 끊임없이 탐구합니다. 그중 암석권은 지구의 가장 바깥쪽을 감싸는 단단한 층으로, 지각과 맨틀의 상부를 포함합니다. 이곳은 산맥과 해저 협곡, 광물과 화석에 이르기까지 지구의 물리적 토대를 형성하며, 여러 개의 거대한 판으로 나뉘어 끊임없이 생성되고 수렴하며 지형을 변화시킵니다. 지구 표면의 약 70%를 덮고 있는 수권은 우리 행성을 '푸른 별'이라 부르게 만드는 핵심적인 요소입니다. 지구상에는 약 14억 세제곱킬로미터에 달하는 방대한 양의 물이 존재하며, 그중 대부분인 97%는 거대한 바다를 이룹니다. 나머지 3%의 담수 중에서도 상당 부분은 빙하나 얼음의 형태로 존재하는데, 이를 별도로 빙권이라 구분하기도 합니다. 수권은 단순히 물이 고여 있는 곳이 아니라, 지구 전체의 온도를 조절하고 생명체가 살아갈 수 있는 환경을 제공하는 생명의 근원으로서 중요한 역할을 수행합니다. 지구를 둘러싸고 있는 얇은 기체층인 대기권은 질소와 산소를 주성분으로 하며, 고도에 따른 특성에 따라 다섯 개의 층으로 나뉩니다. 우리가 숨 쉬는 대류권에는 전체 대기의 80%가 밀집해 있으며, 그 위로는 자외선을 차단하는 오존층이 있는 성층권이 펼쳐집니다. 대기권은 태양으로부터 오는 유해한 에너지를 막아주고 지구의 온도를 적절하게 유지하는 보호막 역할을 합니다. 또한 기상 현상을 통해 수권과 상호작용하며 지구 시스템의 에너지를 순환시키는 통로가 되어 생명체가 안전하게 서식할 수 있는 기반을 마련해 줍니다. 생물권은 지구에 서식하는 모든 생명체를 포함하며, 이들은 지구 시스템 전반에 걸쳐 깊숙이 관여하고 있습니다. 특히 인간은 생물권의 일원으로서 지구 환경에 막대한 영향을 미치고 있으며, 이에 따라 과학자들은 자연적인 변화와 인위적인 변화를 동시에 주목하고 있습니다. 대표적인 사례로 하와이 마우나로아에서 진행되는 대기 중 이산화탄소 농도 측정은 인간 활동이 대기 조성에 미치는 영향을 보여주는 중요한 지표입니다. 생물권은 다른 권역으로부터 자원을 얻는 동시에, 그들의 상태를 변화시키며 지구라는 시스템의 역동성을 더합니다. 지구의 각 권역은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 서로 긴밀하게 연결되어 끊임없이 물질과 에너지를 주고받습니다. 수권의 물이 증발하여 대기권의 구름이 되고, 다시 비가 되어 암석권을 변화시키거나 생물권의 갈증을 해소하는 순환 과정이 그 증거입니다. 화산 폭발과 같은 지각 활동 역시 대기와 해양, 그리고 생태계에 연쇄적인 영향을 미치며 지구의 모습을 재구성합니다. 따라서 지구라는 거대한 퍼즐을 온전히 이해하기 위해서는 각 분야 과학자들의 협력을 통해 권역 간의 복잡한 상호작용을 통합적으로 연구하는 자세가 필수적입니다.

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지구환경과학

[강연] 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 과학의 즐거움을 나누는 대표적인 프로그램입니다. 올해는 '과학자의 꿈과 도전, 과학의 탐험'이라는 주제로 미지의 세계를 탐구하는 과학자들의 생생한 목소리를 담았습니다. 과학은 단순히 지식을 배우는 것이 아니라, 아직 밝혀지지 않은 자연의 신비를 찾아가는 흥미진진한 여정입니다. 이번 강연은 청소년들에게 과학적 호기심을 자극하고 미래의 탐험가로 성장할 수 있는 영감을 제공합니다. 안진호 교수는 남극 빙하 속 공기방울을 통해 과거의 기후를 추적합니다. 빙하는 눈이 쌓여 만들어지며 그 사이의 공기를 가두는데, 이는 수십만 년 전의 대기 성분을 고스란히 간직한 타임머신과 같습니다. 특히 80만 년 동안의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 현재의 급격한 기후 변화가 인위적인 요인에 의한 것임을 입증합니다. 블루아이스 연구를 통해 100만 년 이상의 기록을 찾는 도전은 지구의 미래를 예측하는 핵심 열쇠가 됩니다. 유종희 교수는 눈에 보이지 않는 유령 입자인 중성미자를 통해 우주의 기원을 탐색합니다. 중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않고 우주를 통과하기 때문에, 별의 내부나 초신성 폭발의 비밀을 직접적으로 전달해 줍니다. 일본의 슈퍼카미오칸데나 남극의 아이스큐브 같은 거대 검출기는 이 미세한 신호를 포착하여 우주에 왜 반물질보다 물질이 더 많은지, 즉 우리가 존재하게 된 근본적인 이유를 밝히고자 노력하고 있습니다. 김장수 교수는 저글링이라는 유희적 활동 속에 숨겨진 수학적 질서를 소개합니다. 조합론은 이산적인 대상의 개수를 세고 구조를 파악하는 학문으로, 저글링의 공을 던지는 순서와 높이를 수열로 나타내어 분석할 수 있습니다. '사이트스왑'이라는 체계를 통해 가능한 저글링 패턴을 예측하고, 공의 개수가 수열의 평균과 같다는 사실을 증명하는 과정은 수학이 추상적인 기호를 넘어 실제 현상을 설명하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 이유경 박사는 북극의 생태계 변화를 통해 기후 위기의 현장을 고발합니다. 다산과학기지를 중심으로 드론과 인공지능, DNA 분석 기술을 활용하여 북극 식물의 종 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 온난화로 인해 빙하가 사라지고 북극곰의 사냥 환경이 바뀌는 현실 속에서, 과학적 탐험은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 멸종 위기종을 보존하고 지구 환경을 지키기 위한 실천적인 데이터를 구축하는 숭고한 작업이 됩니다. 과학 탐험의 진정한 묘미는 세상에서 아무도 모르는 진리를 처음으로 발견하는 순간의 희열에 있습니다. 패널 대담에서 과학자들은 탐험이 항상 계획대로 흘러가지는 않지만, 그 과정에서 마주하는 의외의 발견들이 연구의 원동력이 된다고 강조했습니다. 수학적 난제를 해결했을 때의 포만감이나 극한의 환경에서 새로운 데이터를 얻었을 때의 감동은 과학자만이 누릴 수 있는 특권이며, 이는 공동 연구라는 협력을 통해 더욱 빛을 발합니다. 마지막으로 강연은 미래의 과학 꿈나무들에게 유행을 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾으라는 메시지를 전합니다. 입시 위주의 공부에서 벗어나 질문을 던지고 스스로 답을 찾아가는 과정이 곧 과학의 시작입니다. 실패를 두려워하지 않고 미지의 세계로 발을 내딛는 용기가 있다면, 누구나 자신만의 신대륙을 발견하는 탐험가가 될 수 있습니다. 이번 강연이 청소년들에게 과학이라는 넓은 바다로 나아가는 나침반이 되기를 기대합니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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물리학
지구환경과학
천문학
수학

[인터뷰] 안진호_빙하에 숨겨진 공기 방울｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험"

서울대학교 지구환경과학부 안진호 교수는 빙하와 온실가스를 통해 지구의 과거와 현재를 연구합니다. 남극과 그린란드의 빙하, 동토의 얼음, 심지어 도심의 공기까지 분석하며 온실가스의 이동 경로를 추적합니다. 특히 빙하 속 공기방울은 눈이 쌓일 당시의 대기 성분을 그대로 간직한 타임캡슐과 같습니다. 연구진은 이 공기를 추출해 과거의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 기후 변화의 원인과 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 2018-19 시즌 남극 라센 빙원 탐사에서는 푸른 빛을 띠는 고대 빙하를 시추했습니다. 이곳은 깊은 곳의 빙하가 표면으로 노출된 지역으로, 약 만 년에서 이만 년 전의 기록을 담고 있습니다. 연구진은 빙하기에서 간빙기로 넘어가는 시기의 기온 상승 폭을 측정하고, 빙하 표층에서 온실가스가 새롭게 생성되는 원인을 분석했습니다. 이러한 현장 연구는 과거의 기후 시스템을 복원하고 미래 변화를 예측하는 데 필수적인 기초 자료가 됩니다. 최근 연구에서는 빙하 내부에서 일어나는 예상치 못한 화학 반응을 발견했습니다. 얼음 속 온실가스가 햇빛이나 자외선의 영향으로 생성되거나 소멸하는 현상을 포착한 것입니다. 이러한 발견은 단순히 지구의 과거를 아는 것을 넘어, 얼음으로 이루어진 외계 행성에서 일어나는 현상을 해석하는 실마리가 됩니다. 연구팀은 실험실에서 이를 재현하며 우주 과학으로 연구 지평을 넓히고 있으며, 이는 미래의 새로운 탐험 영역이 될 것입니다. 남극과 북극의 빙하는 지형적 특성에 따라 큰 차이를 보입니다. 대륙인 남극은 적설량이 적어 최대 80만 년 이상의 오래된 빙하가 보존되어 있지만, 바다 위 그린란드의 빙하는 상대적으로 젊고 먼지가 많습니다. 남극 빙하의 약 10%는 압축된 공기방울로 이루어져 있어, 얼음이 녹을 때 고압의 공기가 톡톡 터져 나오는 독특한 현상을 관찰할 수 있습니다. 이러한 물리적 특성은 빙하가 단순한 얼음 덩어리가 아닌 살아있는 기록임을 보여줍니다. 극지 탐험은 영하 50도에 달하는 극한의 환경과 싸우는 과정입니다. 철저한 계획을 세워도 기상 조건에 따라 현장에서 유연하게 대처해야 하며, 이러한 의외성이 오히려 새로운 발견의 기회가 되기도 합니다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 학생들에게는 특정 분야에 매몰되기보다 물리, 화학, 인문학 등 다양한 학문을 융합하는 사고의 폭이 필요합니다. 자신이 즐거워하는 일을 찾아 끊임없이 탐구할 때 비로소 창의적인 영감을 얻을 수 있기 때문입니다.

안진호

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지구환경과학

[연구뭐하지?] 최첨단 기술의 집약체, 위성자료로 보는 원격탐사 기상학_이상무 교수 | 서울대학교 “위성기상 실험실”

위성기상학은 인공위성이 관측한 자료를 기상 및 기후 과학에 활용하는 학문으로, 현대 지구과학의 핵심적인 분야입니다. 이 학문은 크게 세 가지 세부 영역으로 나뉘는데, 첫째는 빛이 매질에 반응하여 위성에 도달하는 물리적 과정을 연구하는 복사 전달 분야입니다. 둘째는 관측된 빛에너지를 유의미한 지구환경 변수로 복원하는 원격 탐사 분야이며, 마지막으로 이렇게 얻어진 변수들을 분석하여 실제 기상 현상을 파악하는 응용 분야가 존재합니다. 이러한 체계적인 접근을 통해 우리는 직접 가보기 어려운 지구 곳곳의 상태를 정밀하게 진단할 수 있습니다. 최근 위성기상학 연구는 강수량, 북극 해빙의 변화, 해수면 바람장과 같은 핵심적인 지구환경 변수를 정밀하게 복원하는 데 집중하고 있습니다. 특히 복사 전달 모델은 지표나 대기에서 방출된 빛이 위성에 도달하는 과정을 이해하는 핵심 도구로 활용됩니다. 이를 통해 대기의 온도와 습도를 파악하는 알고리즘을 개발하고 검증하며, 전 지구적인 에너지 순환과 수문학적 순환을 분석합니다. 이러한 연구 데이터는 기후 변화의 시그널을 조기에 포착하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 기초 자료를 제공하는 역할을 합니다. 인공위성은 24시간 내내 지구 궤도를 돌며 방대한 데이터를 수집하며, 이는 현대 기상 서비스의 중추적인 역할을 담당합니다. 우리가 매일 아침 확인하는 일기 예보는 물론, 태풍이나 홍수 같은 자연재해를 예방하고 인류의 생명을 보호하는 데 위성 자료가 결정적으로 기여하고 있습니다. 또한 장기간 축적된 위성 데이터는 단순한 기상 현상을 넘어 지구 온난화와 같은 거시적인 기후 변화의 흐름을 과학적으로 증명해 줍니다. 최첨단 기술의 집약체인 위성 자료는 이제 세상을 바라보고 이해하는 새로운 눈이 되어주고 있습니다. 지구는 물리, 화학, 생명 요소가 복합적으로 얽혀 있는 유기적인 시스템이기에 위성기상학은 다양한 학문과의 협업이 필수적입니다. 해양학에서는 해수면 바람장의 세기를 통해 대기와 해양 사이의 에너지 및 물질 교환을 연구하며, 지질학이나 국방, 통신 분야에서도 위성 자료를 활발히 활용하고 있습니다. 따라서 연구자는 자신의 전공 분야에만 매몰되지 않고 수학, 물리학, 사회과학 등 인접 학문에 대한 폭폭한 관심을 가져야 합니다. 이러한 융합적 사고와 타 분야와의 공감 능력은 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 중요한 열쇠가 됩니다. 위성기상학 연구를 위해서는 학부 과정에서 수학과 물리학 같은 기초 과학 지식을 탄탄히 쌓는 것이 무엇보다 중요합니다. 복잡한 물리 법칙과 방대한 계산량을 다루어야 하기에, 이론적 토대가 견고할수록 대학원 과정에서 깊이 있는 연구와 창의적인 아이디어 도출이 가능해집니다. 무엇보다 중요한 것은 새로운 지식을 습득하려는 의지와 복잡한 수식을 두려워하지 않는 마음가짐입니다. '하지 않는 것이지 하지 못하는 것이 아니다'라는 신념으로 꾸준히 노력한다면, 데이터 너머에 숨겨진 지구의 진리를 발견하는 값진 성취감을 맛볼 수 있을 것입니다.

이상무

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[연구뭐하지?] 지구를 구하는 사람들_박록진 교수 | 서울대학교 "대기화학모델링 연구실"

대기 화학 모델링 연구는 인간 활동이 지구 환경에 미치는 영향을 과학적으로 규명하는 중요한 학문입니다. 자동차 배기가스나 이산화탄소 배출과 같은 인간의 활동이 대기 조성을 어떻게 변화시키고, 이것이 다시 기후 변화와 같은 형태로 우리에게 어떤 영향을 주는지 탐구합니다. 연구자들은 대기 오염과 기후 위기라는 전 지구적 문제를 해결하기 위한 정책적 방향성을 제시하며, 지구를 구한다는 사명감을 가지고 연구에 임하고 있습니다. 이 연구실의 핵심 도구는 '대기 화학 모델링'입니다. 대기 중에서 일어나는 복잡한 물리·화학적 현상들을 컴퓨터 언어로 구현하여 가상의 환경에서 실험을 진행하는 방식입니다. 대기 화학 모델링은 연구자가 원하는 조건에 맞춰 무한한 가상 실험을 가능하게 한다는 점에서 매우 매력적입니다. 학생들은 이를 통해 위성 및 지상 관측 자료와 모델 데이터를 능숙하게 다루는 법을 익히며, 실제 대기 현상을 정교하게 재현해내는 전문가로 성장하게 됩니다. 대기 과학은 자연을 대상으로 하는 자연과학인 동시에, 방대한 데이터를 다루는 데이터 사이언스이자 인간에 대한 이해가 필요한 종합 과학입니다. 대기에는 국경이 없기 때문에 특정 지역에 한정된 연구가 아니라 전 세계 학자들과의 긴밀한 협업이 필수적입니다. 공기의 흐름은 끊임없이 순환하며 지구 전체를 연결하므로, 대기 과학은 지역적인 한계를 넘어선 국제적인 학문으로서의 성격을 강하게 띠고 있습니다. 구체적인 연구 주제로는 메탄과 이산화탄소의 배출 및 흡수 기작 규명이 있습니다. 특히 메탄은 기후 변화와 오존 생성에 중요한 역할을 하지만, 정확한 발생원과 배출량을 파악하기 어려운 미지의 영역이 많습니다. 연구자들은 자신이 계산한 배출량을 모델에 적용했을 때 실제 관측값과 일치하는 순간 큰 성취감을 느낍니다. 탄소 중립과 넷제로가 화두인 시대에 이러한 연구는 지속 가능한 미래를 위한 핵심적인 동력이 됩니다. 대학원 과정은 단순히 지식을 습득하는 단계를 넘어 독창적인 연구자로 거듭나는 통과의례입니다. 학생들은 선배들과 중첩되지 않는 자신만의 고유한 연구 주제를 개척하며 세계적인 전문가로 성장할 기회를 얻습니다. 또한, 연구실 내 '먼네(Monthly Nature)'와 같은 문화를 통해 최신 학술 동향을 공유하고 사회적 이슈에도 관심을 가집니다. 이는 자연과학이 우리 삶과 밀접하게 연결되어 있음을 깨닫고 더 나은 사회를 만드는 데 기여하기 위함입니다.

박록진

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[인터뷰] 박정재 _ 대멸종이 일어날 가능성은? | 2022 카오스강연 '진화'

지리학은 사회과학과 인문학, 자연과학을 아우르는 종합적인 학문입니다. 그중에서도 고기후학과 생물지리학은 과거의 기후 변화가 식생에 어떤 영향을 미쳤는지 탐구하며, 지구의 역사를 재구성하는 중요한 역할을 합니다. 우리가 과거의 환경 변화를 정확히 이해해야 하는 이유는 단순히 지적 호기심 때문이 아닙니다. 과거의 데이터를 통해 현재 급격히 진행되는 환경 변화에 대처할 실질적인 방안을 마련할 수 있기 때문입니다. 과거의 정보는 미래 지구의 지속 가능성을 높이는 핵심 열쇠가 됩니다. 현재 인류는 과거에 발생했던 다섯 번의 대멸종에 비견될 만한 심각한 위기에 직면해 있습니다. 거대한 운석 충돌과 같은 자연적 격변은 아니더라도, 인간에 의한 서식지 교란과 종 다양성 감소는 생태계의 안전을 위협하고 있습니다. 만약 우리가 지금의 상황을 방치한다면, 지구 생태계는 돌이킬 수 없는 멸종 사태를 맞이할 수도 있습니다. 이러한 우려는 단순한 추측이 아니라, 현재의 멸종률 증가 수치가 보여주는 명백한 경고라고 할 수 있으며 우리는 이 문제를 결코 간과해서는 안 됩니다. 인류세라는 용어는 과학적 정의 측면에서 논란이 있지만, 사회적으로는 매우 중요한 의미를 지닙니다. 인류가 농경을 시작한 홀로세 초기와 시기적으로 겹친다는 학술적 비판도 존재하지만, 이 단어는 대중에게 환경 파괴에 대한 경각심을 일깨우는 데 효과적입니다. 인간의 활동이 지구 생태계에 미치는 영향력을 직관적으로 전달함으로써, 환경 교란을 완화하기 위한 대책을 강구하게 만드는 힘이 있습니다. 이는 현대의 학술적 정의를 넘어 미래 세대가 인류세를 더 명확히 이해하는 밑거름이 될 것입니다. 지구온난화라는 거대한 문제를 해결하기 위해서는 개인의 절제를 넘어 국가와 기업 단위의 변화가 필수적입니다. 하지만 개개인의 노력이 무의미한 것은 아닙니다. 뜻을 같이하는 사람들이 모여 기후 위기에 대한 의식을 공유하고 행동할 때, 그 에너지는 정치와 경제 시스템을 움직이는 강력한 힘이 됩니다. 환경을 고려하지 않는 기업의 제품을 거부하거나 정책에 목소리를 내는 행위가 하나의 사회적 밈으로 자리 잡는다면, 대중의 인지 변화를 통해 지구온난화를 해결할 수 있는 새로운 길이 열릴 것입니다. 약 18,000년 전부터 12,000년 전 사이, 지구는 급격한 온난화와 인간의 간섭으로 인해 북아메리카의 대형 초식 포유류들이 대거 멸종하는 사건을 겪었습니다. 이 시기의 상황은 현재 우리가 마주한 기후 변화 및 생태계 위기와 놀라울 정도로 유사합니다. 과거의 멸종 사례를 면밀히 분석하면 현재의 종 다양성 감소 문제를 해결할 소중한 힌트를 얻을 수 있습니다. 과거를 들여다보는 일은 단순히 지나간 시간을 기록하는 것이 아니라, 인류와 지구 생태계의 공존을 위한 가장 지혜로운 준비 과정입니다.

박정재

카오스재단석학인터뷰

생명과학
지구환경과학

[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 미래 by 장동선, 오혜연ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

인공지능 기술은 인간의 지능을 모사하며 비약적으로 발전하고 있습니다. 최근 주목받는 'DALL-E(달리)'와 같은 멀티모달 모델은 언어와 시각 정보를 동시에 처리하며 인간의 사고방식에 한 걸음 더 다가섰습니다. 사용자가 문장으로 묘사하면 인공지능이 이를 정교한 이미지로 구현하는 기술은 단순한 편리함을 넘어 예술과 기술의 경계를 허물고 있습니다. 이러한 발전은 우리 삶을 더욱 풍요롭게 만들 잠재력을 지니고 있지만, 동시에 기술이 나아가야 할 올바른 방향에 대한 깊은 고민을 안겨주기도 합니다. 하지만 인공지능의 화려한 발전 뒤에는 데이터의 편향성이라는 어두운 그림자가 존재합니다. 특정 지역이나 문화권에 치우친 학습 데이터는 인공지능이 성별, 인종, 직업에 대해 고정관념을 갖게 만드는 원인이 됩니다. 예를 들어 결혼식이나 특정 직업군을 묘사할 때 서구 중심적이거나 성차별적인 결과물을 내놓는 현상은 기술의 공정성에 의문을 제기합니다. 이는 단순히 기술적 오류를 넘어 사법 시스템이나 채용 등 실생활의 중요한 결정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서 매우 심각한 문제입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 포용적인 인공지능 시스템 구축에 힘쓰고 있습니다. 기술의 한계와 목적을 명시하는 '모델 카드(Model Card)'를 도입하여 사용자가 편향성을 인지하도록 돕고, 소외된 지역의 데이터를 적극적으로 수집하여 학습에 반영하는 노력이 이어지고 있습니다. 또한 정확도뿐만 아니라 공정성 지표를 함께 고려하여 특정 집단에 대해 성능이 저하되지 않도록 모델을 설계합니다. 기술적 보완과 더불어 사회적 합의를 통해 인공지능이 인류 전체를 위한 도구로 거듭나도록 만드는 것이 우리의 과제입니다. 뇌과학의 관점에서 볼 때, 인간의 뇌는 본질적으로 생존을 위한 '미래 예측 머신'입니다. 5억 년 전 최초의 뇌가 등장한 이래로 생명체는 외부 환경의 변화를 감지하고 능동적으로 대응하기 위해 신경계를 발달시켜 왔습니다. 과거의 경험을 바탕으로 미래를 예측하는 능력은 위험을 피하고 자원을 확보하는 데 필수적인 요소였습니다. 인공지능이 데이터를 통해 패턴을 학습하듯, 우리의 뇌도 끊임없이 정보를 처리하며 내일의 생존 확률을 높이기 위해 작동합니다. 이러한 예측 능력은 인류 문명을 지탱하는 근간이 되었습니다. 과거 멜서스(Malthus)는 인구 증가 속도를 식량 생산이 따라가지 못해 인류가 파멸할 것이라 경고했지만, 과학 기술의 혁신은 그 예측을 뒤엎었습니다. 하지만 오늘날 우리는 기후 위기라는 더 거대한 도전에 직면해 있습니다. 급격한 기온 상승과 생태계 파괴는 인류의 거주 가능 영역을 좁히고 있으며, 이는 질병과 분쟁의 씨앗이 되고 있습니다. 이제는 단순히 기술적 효율성을 높이는 것을 넘어, 지구라는 한정된 환경 안에서 어떻게 지속 가능한 삶을 영위할 것인가에 대한 근본적인 해답을 찾아야 할 때입니다. 인류가 위기를 극복해 온 핵심 동력은 개별적인 뇌의 성능 향상이 아니라 '뇌와 뇌의 연결'에 있었습니다. 구석기 시대와 비교해 생물학적 뇌 구조는 큰 차이가 없지만, 지식과 정보를 공유하는 속도는 비약적으로 빨라졌습니다. 타인의 행동을 공감하고 뇌파가 동기화되는 '뉴럴 커플링(Neural Coupling)' 현상은 우리가 집단 지성을 발휘할 수 있게 하는 생물학적 토대입니다. 폐쇄적인 사회보다 자유로운 소통이 일어나는 곳에서 혁신이 탄생하듯, 서로의 지혜를 나누는 연결의 힘이야말로 기후 위기와 같은 전 지구적 난제를 해결할 열쇠입니다. 결국 인공지능과 뇌과학이 지향하는 종착지는 인류의 지속 가능한 미래입니다. 인공지능의 편향성을 극복하고 포용성을 확보하는 노력과, 뇌의 연결성을 통해 집단 지성을 극대화하는 과정은 서로 맞닿아 있습니다. 우리는 각자 독립된 개인이지만, 동시에 타인 및 환경과 끊임없이 상호작용하며 변화하는 존재입니다. 기술이 주는 혜택이 특정 계층에 머물지 않고 모두에게 공정하게 돌아갈 때, 그리고 우리가 서로의 존재를 인정하며 연대할 때 비로소 인류는 닥쳐올 위기를 기회로 바꾸며 진보할 수 있을 것입니다.

오혜연, 장동선

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

뇌인지과학
융합

[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 기후 by 박록진, 김백민 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

기후 변화는 이제 먼 미래의 경고가 아닌 현실의 위기로 다가왔습니다. 1880년 산업혁명 이후 지구의 평균 기온은 이미 1.1도 상승했으며, 한반도는 이보다 높은 2도 가까운 상승 폭을 기록하고 있습니다. 이러한 지구 온난화는 단순히 숫자의 변화에 그치지 않고 전 지구적인 폭염, 가뭄, 집중호우와 같은 극단적인 기상 현상을 빈번하게 야기합니다. 북극의 빙하가 녹아내리고 해수면이 상승하는 현상은 생태계 전반의 위기를 초래하며 인류의 생존을 위협하고 있습니다. 우리는 현재 지구 곳곳에서 발생하는 기후 재난을 통해 변화의 시급성을 체감하고 있습니다. 파리 협정의 핵심 목표인 탄소 중립은 인위적인 탄소 배출량과 자연적인 흡수량이 균형을 이루는 상태를 의미합니다. 우리가 배출한 이산화탄소는 숲의 광합성과 해양의 용해 작용을 통해 자연적으로 흡수되는데, 현재는 배출량이 자연의 흡수 능력을 크게 초과하여 대기 중 농도가 계속 높아지고 있습니다. 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해서는 전력 생산과 운송 수단 등 주요 배출원의 에너지 구조를 근본적으로 전환하여 자연의 흡수 범위 안으로 배출량을 줄여야 합니다. 이는 단순히 배출을 줄이는 것을 넘어 지구 시스템의 순환 원리를 회복하는 과정입니다. 자연의 탄소 흡수 능력은 고정된 것이 아니라 기후 변화와 밀접하게 상호작용하며 변합니다. 최근 빈번해진 대형 산불은 그동안 나무가 흡수했던 탄소를 다시 대기로 방출하는 악순환을 만들고 있으며, 해수 온도의 상승은 바다의 탄소 용해도를 낮추어 흡수 효율을 떨어뜨립니다. 또한 이산화탄소보다 지구 온난화 지수가 25배나 높은 메테인 기체의 농도 증가는 기후 위기를 더욱 가속화하는 요인이 됩니다. 따라서 자연의 흡수 기작에 대한 정밀한 과학적 이해와 감시가 탄소 중립 전략의 필수적인 토대가 되어야 하며, 이를 위해 위성 관측과 같은 첨단 기술의 활용이 중요해지고 있습니다. 기후 위기에 대응하는 과정에서 우리는 탄소 감축뿐만 아니라 변화하는 환경에 적응하는 지혜도 함께 갖추어야 합니다. 지구 온도가 6도 이상 상승하여 인류가 멸종할 것이라는 극단적인 공포에 매몰되기보다는, 과학적 근거에 기반한 합리적인 대응책을 마련하는 것이 중요합니다. 현재의 기술 발전 속도와 국제적인 협력을 고려할 때, 우리는 온도 상승 폭을 관리 가능한 수준으로 억제할 수 있는 시간을 아직 확보하고 있습니다. 비관론에 빠져 포기하기보다는 우리가 처한 상황을 정확히 인식하고, 지속 가능한 성장을 위한 구체적이고 실현 가능한 경로를 설계해야 할 때입니다. 경제 성장과 탄소 배출 사이의 연결고리를 끊어내는 '탈동조화'는 지속 가능한 미래를 위한 핵심 과제입니다. 과거에는 GDP가 높아질수록 탄소 배출도 늘어나는 것이 당연시되었으나, 최근 선진국들을 중심으로 기술 혁신을 통해 경제 성장을 유지하면서도 배출량을 줄이는 사례가 나타나고 있습니다. 기업들은 탄소 발자국을 투명하게 공개하고 친환경 공정을 도입하며 생존을 위한 변화를 꾀하고 있습니다. 소비자 역시 탄소 배출이 적은 제품을 선택함으로써 시장의 흐름을 바꾸는 중요한 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 개인의 선택이 모여 기업과 국가의 변화를 이끌어내는 동력이 됩니다. 에너지 전환의 성공은 단순히 재생 에너지 발전소를 많이 짓는 것에 그치지 않고, 이를 뒷받침하는 효율적인 에너지 인프라 구축에 달려 있습니다. 기상 조건에 따라 발전량이 변하는 태양광이나 풍력 에너지의 특성을 고려할 때, 남는 전력을 저장하고 필요한 곳으로 보내주는 지능형 전력망 확충이 필수적입니다. 또한 수소 에너지, 탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS) 등 다양한 창의적 대안들을 검토하고 실용화해야 합니다. 에너지의 생산부터 소비까지 전 과정에서의 효율화와 인프라의 혁신은 기후 위기 극복을 위한 가장 강력한 수단이 될 것이며, 이는 국가 경쟁력과도 직결되는 문제입니다. 기후 위기는 인류에게 커다란 도전이지만, 동시에 새로운 문명으로 도약할 수 있는 기회이기도 합니다. 우리는 인공위성을 활용한 정밀 관측과 고도화된 모델링을 통해 미래 기후를 예측하고 최선의 대응 경로를 찾아가고 있습니다. 개인의 절제와 기업의 혁신, 그리고 국가의 현명한 정책이 조화를 이룰 때 우리는 비로소 지속 가능한 지구를 후손에게 물려줄 수 있습니다. 인류는 언제나 위기 속에서 답을 찾아왔으며, 이번에도 과학적 근거와 연대의 힘을 바탕으로 지구와 공존하는 새로운 길을 개척해 나갈 것입니다. 우리의 작은 실천과 창의적인 사고가 모여 결국 지구를 위한 올바른 답을 완성할 것입니다.

김백민, 박록진

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

지구환경과학

[인터뷰] 곽명해_생물다양성을 유지하려면? / Bend the Curve를 위해 다 같이 노력 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

식물 분류학은 과학의 역사와 궤를 같이하는 유서 깊은 학문입니다. 전통적으로는 식물을 관찰하여 이름을 붙이고 학명을 부여하며, 그 형태적 특징을 기술하는 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 현대의 식물 분류학은 단순히 이름 찾기에 그치지 않습니다. 과거 지역 간 교류가 적어 발생했던 명칭의 혼선을 방대한 데이터를 통해 재정의하고 정리하는 작업을 진행합니다. 최근에는 유전자 분석과 유전체 연구를 도입하여 식물 간의 유연관계를 밝히고, 과거 기후 변화에 따른 종의 이동 경로를 추적하는 등 정밀한 과학적 탐구를 이어가고 있습니다. 생물 다양성은 인간의 모든 활동 및 과학 기술과 긴밀하게 연결된 포괄적인 개념입니다. 자동차의 연비를 개선하거나 화석 연료를 대체할 에너지를 개발하는 공학적 노력 또한 넓은 의미에서는 생물 다양성을 유지하기 위한 활동이라 할 수 있습니다. 학자들은 현재 지구의 생태계가 처한 상황을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 가장 효율적인 보전 방향을 제시하는 역할을 합니다. 이러한 평가는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어, 인류가 자연과 어떻게 공존해야 하는지에 대한 실질적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 멸종한 종을 되살리는 기술은 머지않은 미래에 실현될 가능성이 있는 흥미로운 분야입니다. 복제양 돌리의 사례처럼 특정 기술을 활용해 개체를 복원하려는 시도가 논의되고 있으나, 완전히 사라진 종을 무기물로부터 창조하는 것은 여전히 현대 과학의 거대한 과제입니다. 다만 특정 지역에서 사라진 종을 복원하는 사업은 현재도 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라의 따오기나 반달가슴곰 복원 사례처럼, 인접 국가에서 유전적으로 가까운 개체군을 도입하여 생태계의 일원으로 다시 정착시키기 위한 체계적인 복원 프로그램이 운영되고 있습니다. 성공적인 생물 복원을 위해 가장 필수적인 전제 조건은 안정적인 서식지의 확보입니다. 생물이 스스로 살아갈 수 있는 환경을 조성하기 위해서는 지리적 요건뿐만 아니라 먹이망과 은신처 등 복합적인 생태적 요소가 고려되어야 합니다. 이 과정에는 종을 정확히 식별하는 분류학자부터 유전적 다양성을 분석하는 분자생물학자, 그리고 장기적인 변화를 관찰하는 모니터링 전문가까지 다양한 분야의 협력이 필요합니다. 최종적인 목표은 인간의 인위적인 도움 없이도 생물들이 자연 속에서 스스로 개체군을 유지하며 살아갈 수 있는 자생력을 갖추게 하는 것입니다. 2019년 생물 다양성 과학기구(IPBES)의 보고서에 따르면, 지구의 생물 다양성을 저해하는 주요 요인인 토지 이용 변화, 남획, 침입 외래종 등은 대부분 인간의 활동에서 비롯되었습니다. 지구가 탄생한 이래 환경과 생물은 끊임없이 상호작용하며 변화해 왔지만, 현재의 급격한 멸종 속도를 늦추는 것은 인류에게 주어진 시급한 과제입니다. 최근 국제 사회에서 강조되는 '밴드 더 커브(Bend the Curve)'는 이러한 감소 곡선을 완만하게 만들자는 의지를 담고 있습니다. 우리가 자연을 위해 조금씩 양보하고 노력한다면, 미래 지구의 변화 양상은 분명 달라질 것입니다.

곽명해

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 식물과 기후변화 _ 박연일, 강호정, 김광형, 김상규 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 10강 카오스 콘서트 | 10강

식물은 정적인 존재처럼 보이지만, 사실 화학 물질이라는 정교한 언어를 통해 주변 세계와 끊임없이 소통하고 있습니다. 꽃향기는 단순히 인간의 코를 즐겁게 하기 위함이 아니라, 나비나 벌 같은 화분 매개자를 유혹하거나 자신을 갉아먹는 적을 물리치기 위한 전략적 메시지입니다. 카페인이나 니코틴 같은 물질 역시 식물이 스스로를 보호하기 위해 만들어낸 독성 물질의 일종입니다. 이러한 화학적 상호작용을 연구하는 화학 생태학은 식물이 자연이라는 거대한 네트워크 속에서 어떻게 관계를 맺고 생존해 나가는지를 해독하는 중요한 열쇠가 됩니다. 식물의 광합성은 지구 생명 역사의 근간을 이루는 가장 혁명적인 사건 중 하나입니다. 약 30억 년 전 남세균의 출현으로 시작된 산소 방출은 대기 성분을 완전히 바꾸어 놓았으며, 이는 에너지 효율이 높은 진핵생물과 다세포 생물이 등장할 수 있는 토대가 되었습니다. 하지만 산소의 등장은 당시 산소에 적응하지 못한 수많은 미생물에게는 대참사이기도 했습니다. 오늘날 식물은 엽록소와 루비스코 같은 정교한 단백질 복합체를 통해 태양 에너지를 유기물로 전환하며, 지구 탄소 순환의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 상승하면서 식물의 생리적 반응에도 변화가 나타나고 있습니다. 흔히 이산화탄소가 많아지면 식물이 더 잘 자랄 것이라 기대하지만, 실제로는 키가 크기보다는 전분과 같은 당분 함량만 높아지는 일종의 '당뇨병' 상태에 빠지기 쉽습니다. 특히 습지 생태계에서는 높아진 이산화탄소 농도로 인해 메탄과 같은 온실가스 배출이 오히려 증가하는 부작용이 관찰되기도 합니다. 이는 단순히 나무를 많이 심는 것보다, 탄소가 땅속 유기물로 얼마나 안정적으로 저장될 수 있는지를 이해하는 것이 기후 위기 대응에 더 중요함을 시사합니다. 농업은 기후 변화의 최전선에서 가장 먼저 타격을 받는 분야이며, 이는 사회 전반으로 번지는 '방아쇠 효과'를 유발할 수 있습니다. 역사적으로 기후 변화로 인한 농업 생산성 저하는 기근과 전염병을 넘어 전쟁과 국가의 멸망으로 이어지는 연쇄적인 비극을 초래해 왔습니다. 아일랜드 대기근이나 프랑스 대혁명 같은 역사적 사건들은 이상 기후가 인류 문명의 존립을 어떻게 위협하는지 잘 보여줍니다. 따라서 현대의 농업은 단순한 생산 증대를 넘어, 기후 변화에 적응하고 탄소 배출을 완화하는 '기후 스마트 농업'으로의 전환이 절실한 시점입니다. 현재 지구는 과거 다섯 차례의 대멸종에 버금가는 생물 다양성 위기에 직면해 있습니다. 기온 상승 속도가 생물들의 적응 능력을 앞지르면서 수많은 종이 사라지고 있으며, 이는 생태계 서비스의 붕괴로 이어집니다. 특히 꿀벌과 같은 화분 매개자의 감소는 식물의 번식과 인류의 식량 안보에 직접적인 위협이 됩니다. 자연이라는 실험실이 사라지기 전에 우리는 우리 주변의 생태계가 어떻게 구성되어 있고 어떤 변화를 겪고 있는지 더 정밀하게 관찰하고 기록해야 합니다. 자연을 아는 것이 보호의 첫걸음이기 때문입니다. 인류는 과학 기술을 통해 기후 위기를 극복할 수 있다는 낙관론과 시스템의 한계로 인해 멸망을 피할 수 없다는 비관론 사이에서 치열하게 논쟁하고 있습니다. 탄소 포집 기술이나 신재생 에너지의 발전은 희망적인 신호를 주지만, 자본주의 경제 체제 아래에서의 무분별한 개발과 자국 우선주의는 전 지구적 공조를 어렵게 만듭니다. 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거두기 위해서는 생태계의 복잡한 메커니즘에 대한 깊은 이해와 더불어, 인류 전체의 위기의식 공유와 행동 변화가 반드시 뒷받침되어야 합니다. 식물행성이라는 이름 아래 진행된 탐구는 결국 인간이 지구라는 거대한 생태계의 일원임을 다시금 깨닫게 해줍니다. 식물의 언어를 이해하고, 광합성의 신비를 풀며, 기후 변화에 대응하는 모든 노력은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 과정입니다. 자연을 단순히 이용의 대상으로 보지 않고, 함께 공존해야 할 파트너로 인식할 때 비로소 우리는 기후 위기라는 거대한 파도를 넘을 수 있을 것입니다. 작은 곤충의 이름 하나를 아는 것에서 시작되는 관심이 모여 지구의 푸른 생명력을 지키는 거대한 힘이 되기를 기대합니다.

강호정, 김광형, 김상규, 박연일

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 강호정_땅속 미생물이 인간이 배출하는 CO2의 5배 이상 배출한다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

흙 속 미생물과 기후 변화를 연구하는 생태학의 세계에서 가장 주목받는 식물 중 하나는 '스파그넘'이라 불리는 물이끼입니다. 이 식물은 화려한 꽃도 없고 성장 속도도 매우 느리지만, 죽은 뒤에도 잘 썩지 않고 땅속에 층층이 쌓이는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 주로 춥고 축축한 북미나 시베리아 지역에 분포하며, 광합성을 통해 흡수한 탄소를 장기간 저장하는 중요한 역할을 수행합니다. 기후 변화 대응의 핵심인 탄소 저장고로서 물이끼의 가치는 매우 높습니다. 지표면의 극히 일부만을 차지하는 습지는 지구 생태계의 거대한 스펀지와 같습니다. 비가 많이 올 때는 물을 머금어 홍수를 예방하고, 가뭄 시에는 저장했던 물을 조금씩 내보내 피해를 줄이는 조절 능력을 발휘합니다. 또한 수많은 동식물이 서식하는 생물 다양성의 보고이자, 전 지구적인 탄소 저장고로서 인류 문명사적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 철새들이 긴 여정 중에 쉬어가는 기착지 역할까지 수행하며 지구의 생명력을 유지하는 데 기여하고 있습니다. 기후 변화로 인한 온도 상승은 땅속 미생물의 호흡을 가쁘게 만들어 탄소 분해를 가속화합니다. 이는 대기 중으로 더 많은 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래하며, 강수량 변화에 따른 미생물 구성의 변화는 환경에 또 다른 연쇄 반응을 일으킵니다. 특히 미생물이 매년 내뿜는 이산화탄소의 양은 인류가 화석 연료를 태워 발생하는 양의 5배가 넘습니다. 메탄이나 아산화질소 같은 강력한 온실기체 발생에도 핵심적인 역할을 하기에 미생물 연구는 기후 위기 해결의 열쇠가 됩니다. 생태학은 실험실 안의 분석을 넘어 자연 그 자체를 연구 대상으로 삼는 학문입니다. 연구자들은 야외 조사지에서 장기간 생태계의 변화를 관찰하고, 때로는 인위적으로 온도를 높이거나 이산화탄소를 살포하여 미래 환경을 모사하는 조작 실험을 수행합니다. 현장 조사와 실험실 분석, 그리고 방대한 데이터를 처리하기 위한 통계학적 방법론이 결합된 융합적인 성격을 띱니다. 이러한 다각적인 접근을 통해 우리는 기후 변화가 생태계 전반에 미치는 영향을 보다 정밀하게 예측할 수 있습니다. 우리가 눈으로 보는 식물의 모습은 빙산의 일각에 불과하며, 땅속에는 그만큼 거대한 뿌리 시스템이 존재합니다. 뿌리는 단순히 식물을 지지하고 영양분을 흡수하는 것을 넘어, 주변 미생물 및 다른 식물들과 복잡한 네트워크를 형성합니다. 최근 연구에 따르면 나무들은 균류를 매개로 화학적 정보를 주고받으며 서로 소통하고 자원을 공유합니다. 겉으로 보이는 초록빛 잎사귀만큼이나 보이지 않는 땅속에서 일어나는 역동적인 상호작용에 주목할 때 식물의 진면목을 이해할 수 있습니다.

강호정

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 김광형_2050년 식량위기가 과장이 아닌 이유? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물병생태학은 식물병을 생태학적 관점에서 접근하여 기후변화에 따른 병원균의 동태와 생태계 내 다른 생물들과의 상호작용을 연구하는 학문입니다. 특히 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 벼는 식량 안보와 직결되는 중요한 작물로, 기후변화에 대응하기 위한 연구의 핵심 대상이 됩니다. 기후 서비스는 이러한 기후 정보를 농업과 수자원 등 다양한 분야의 의사결정에 활용할 수 있도록 지원하며, 특히 기후변화에 취약한 개발도상국의 농업 체계를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 과거의 기후변화는 비교적 완만하게 진행되어 농업 체계가 그 속도에 맞춰 적응할 여유가 있었으나, 산업혁명 이후의 변화는 그 속도가 너무 빨라 현재의 기술력으로 대응하기에 한계가 있습니다. 기후변화는 더 이상 50년이나 100년 뒤의 먼 미래 이야기가 아니라, 지금 당장 우리 삶에 영향을 미치고 있는 현실적인 위협입니다. 아열대 작물 재배와 같은 긍정적인 측면도 일부 존재하지만, 급격한 환경 변화로 인한 부정적인 영향이 훨씬 크기 때문에 우리는 기후변화의 당사자라는 인식을 가지고 적극적으로 대응해야 합니다. 농업이 기후변화와 만났을 때 발생하는 '방아쇠 효과'는 매우 치명적입니다. 작은 사건이 연쇄적인 반응을 일으켜 거대한 결과를 초래하듯, 농업의 타격은 기근과 전염병을 넘어 경제 위기와 국가의 존립을 흔드는 전쟁으로까지 이어질 수 있습니다. 역사를 되짚어 보더라도 기후변화로 인한 농업의 붕괴가 문명의 멸망으로 이어진 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 따라서 농업을 지키는 것은 단순히 먹거리를 확보하는 차원을 넘어, 우리 사회의 안정과 지속 가능성을 유지하기 위한 가장 기본적인 방어선을 구축하는 일과 같습니다. 기후변화로 인해 식물은 병해충에 의한 생물적 스트레스와 가뭄, 폭염 같은 비생물적 스트레스를 동시에 겪게 됩니다. 이러한 복합적인 스트레스 상황에서 식물이 나타내는 저항 메커니즘은 단일 스트레스 상황과는 전혀 다른 양상을 보일 수 있어 정밀한 연구가 필요합니다. 이상기후가 빈번해짐에 따라 식물의 대응 능력을 파악하고 이를 강화하는 방법을 찾는 것은 미래 농업의 핵심 과제입니다. 식물이 환경 변화에 어떻게 대처하는지, 그리고 어떤 상황에서 더 취약해지는지를 밝혀내는 연구는 기후 위기 시대의 농업을 지탱하는 과학적 토대가 됩니다. 2050년 90억 명에 달할 인구를 부양하기 위해서는 현재보다 약 70% 이상의 식량 생산 증대가 필요하지만, 기존의 기술로는 이를 달성하기 어렵습니다. 이에 대한 현실적인 대안으로 주목받는 것이 GMO입니다. GMO를 통해 병해충 저항성을 높이거나 열악한 환경에서도 잘 자라는 작물을 개발함으로써 소실되는 식량을 줄이고 생산성을 극대화할 수 있습니다. GMO에 대한 막연한 불안감보다는 인슐린 생산처럼 이미 우리 삶에 기여하고 있는 과학적 사례들을 바탕으로, 장기적인 생태계 영향을 면밀히 검토하며 식량 위기를 해결할 도구로 활용해야 합니다.

김광형

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 김기중_인간처럼 개성이 뚜렷한 나무들!?! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라본 식물은 단순한 생명체 이상의 의미를 지닙니다. 아프리카의 척박한 환경에서 살아가는 바오밥나무를 관찰하다 보면, 나무마다 각기 다른 개성이 뚜렷하다는 사실을 깨닫게 됩니다. 이는 마치 인간이 저마다 다른 성격과 특징을 가진 것과 같습니다. 생텍쥐페리의 소설 속 바오밥나무가 우리에게 친숙한 것처럼, 식물은 우리 곁에서 고유한 생명력을 뽐내며 존재합니다. 식물을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 인간의 지적 탐구 영역을 넓히는 과정이며, 알면 알수록 더 많은 궁금증을 자아내는 식물만의 독특한 매력에 빠져들게 합니다. 식물의 진화 과정에서 나타나는 변화는 인류의 기술 혁신과 닮아 있습니다. 라이트 형제의 초기 비행기가 오늘날의 거대한 항공기로 발전했듯, 식물 역시 작은 변화의 시도를 통해 거대한 진화의 물줄기를 만들어냈습니다. 특히 이동성이 없는 식물은 기후 변화에 매우 민감하게 반응하며 생존을 위한 혁신을 거듭합니다. 최근 한반도 남쪽의 식물들이 북상하거나 난대성 식물이 내륙에서 발견되는 현상은 기후 변화에 적응하려는 식물들의 치열한 노력을 보여줍니다. 이러한 적응 과정은 식물이 지구상에서 번성할 수 있었던 핵심적인 이유이자 진화의 원동력이 됩니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 식물 세포의 탄생은 매우 흥미로운 과정을 거쳤음을 알 수 있습니다. 초기 지구 환경에서 초기 진핵 세포에 세균이 들어와 미토콘드리아가 형성된 동물성 세포가 먼저 등장했고, 이후 광합성을 하는 남세균이 공생하며 식물성 세포가 만들어졌습니다. 이는 식물이 에너지를 스스로 생산하기 이전에 이미 환경 속의 유기물을 이용하는 생명체들이 존재했음을 시사합니다. 이러한 세포 수준의 공생과 변화는 식물이 광합성이라는 강력한 생존 전략을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 복잡한 생태계의 기초를 닦는 중요한 전환점이 되었습니다. 식물이 물속에서 육지로 진화하기 이전부터 이미 암수의 구분이 존재했다는 사실은 놀랍습니다. 조류 조상에서 시작된 이러한 생식 과정은 육상으로 이동하며 더욱 정교해졌습니다. 또한, 단세포에서 군체를 이루고 다세포 생물로 진화하는 과정에서 식물은 세포 간의 네트워크를 형성하며 구조적 완성을 이루었습니다. 특히 세균으로부터 전수받은 능력을 바탕으로 만들어진 세포벽은 식물 진화의 신의 한 수였습니다. 셀룰로스로 이루어진 세포벽은 외부 환경으로부터 세포를 보호하고 삼투압에 저항하며 식물이 육상 환경에 성공적으로 안착할 수 있도록 도왔습니다. 현재 지구상에는 약 40만 종의 육상 식물이 존재하며, 이들의 역사는 끊임없는 혁신과 적응의 연속이었습니다. 아널드 토인비가 인류 역사를 '도전과 응전'으로 정의했듯이, 식물의 6억 년 진화사 역시 새로운 환경에 대한 도전과 그에 따른 혁신적인 응전의 기록입니다. 끊임없이 새로운 기술을 개발해 생존하는 기업처럼, 식물 또한 변화하는 지구 환경에 맞춰 자신을 혁신해온 종만이 번성할 수 있었습니다. 식물의 진화 역사를 혁신과 적응의 관점에서 바라보는 것은 생명의 신비를 이해하는 동시에, 우리 삶과 사회가 나아가야 할 방향에 대해서도 깊은 통찰을 제공합니다.

김기중

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 인류가 초래한 기후 변화, 예측 가능했는가? _by손석우｜2022 서울대 자연과학 공개강연 '과학 동행' | 2부 ②

지구환경과학은 땅과 바다, 그리고 하늘에서 일어나는 모든 자연 현상을 탐구하는 학문입니다. 특히 매일의 날씨와 기후 변화는 현대 사회에서 가장 중요한 연구 주제로 꼽힙니다. 이러한 흐름 속에서 2021년 노벨 물리학상은 기후 연구의 중요성을 전 세계에 알리는 역사적인 계기가 되었습니다. 세 분의 수상자 중 마나베 슈쿠로 박사와 클라우스 하셀만 박사는 평생을 기상학 연구에 헌신해온 인물들로, 복잡한 기후 시스템을 물리적으로 규명한 공로를 인정받아 영예를 안았습니다. 기상학에 대한 인류의 관심은 고대 그리스 아리스토텔레스의 '메테오롤로지카'에서 시작되었습니다. 이후 19세기 수학자 푸리에는 지구가 왜 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지하는지 정량적으로 계산하기 시작했습니다. 그는 태양 에너지와 복사 에너지의 균형만으로는 현재의 온난한 기온을 설명할 수 없다는 사실을 발견했습니다. 푸리에는 지구에서 빠져나가는 에너지를 붙잡는 '무언가'가 존재할 것이라는 가설을 세웠고, 이는 훗날 온실 효과라는 개념의 기초가 되었습니다. 푸리에가 예견한 '무언가'의 정체는 화학자 틴들에 의해 밝혀졌습니다. 그는 실험을 통해 대기의 대부분을 차지하는 질소와 산소가 아닌, 아주 적은 양의 이산화탄소와 수증기가 적외선을 흡수한다는 사실을 확인했습니다. 이어 아레니우스 박사는 이산화탄소 농도가 2배 증가할 때 지구 기온이 약 6도 정도 상승할 것이라는 정량적 예측을 내놓았습니다. 비록 당시에는 빙하기를 이해하려는 목적이었으나, 이는 온실 기체가 기후를 결정하는 핵심 요소임을 입증한 선구적인 연구였습니다. 마나베 슈쿠로 박사는 이전의 단순한 에너지 균형 모델을 획기적으로 개선했습니다. 그는 복사 에너지뿐만 아니라 공기의 대류와 수증기의 잠열 방출을 복합적으로 고려한 기후 모델을 개발했습니다. 1967년 발표된 그의 연구는 이산화탄소 증가 시 지표면 온도는 상승하고 성층권 온도는 하강한다는 온실 효과의 특성을 명확히 증명했습니다. 특히 그는 40여 년 전에 이미 북극 지역에서 가장 강한 온난화가 나타날 것임을 예측했는데, 이는 오늘날 우리가 목격하고 있는 현실과 놀라울 정도로 일치합니다. 클라우스 하셀만 박사는 날씨와 기후의 상관관계를 이론적으로 규명하고, 기후 변화의 원인을 탐지하는 '기후 지문법'을 제안했습니다. 이는 현재 나타나는 기후 변화가 자연적인 변동인지, 아니면 인류의 활동에 의한 것인지를 통계적으로 구분하는 방법론입니다. 그의 연구 덕분에 과학자들은 지난 100여 년간의 기온 상승이 화산 폭발이나 태양 활동 같은 자연적 요인이 아닌, 인간이 배출한 온실 기체 때문라는 사실을 명백하게 입증할 수 있게 되었습니다. 최신 IPCC 보고서는 지구 온난화가 인간에 의한 것임이 '명백하다'는 표현으로 단정 짓고 있습니다. 산업화 이전 대비 지구 평균 기온은 이미 약 1.09도 상승했으며, 이로 인해 전례 없는 기상 이변이 속출하고 있습니다. 미래 기후 시나리오에 따르면, 우리가 탄소 중립을 달성하더라도 과거의 기온으로 완전히 돌아가는 것은 불가능에 가깝습니다. 하지만 2050년까지 탄소 중립에 성공한다면 기온 상승 폭을 1.5도 이내로 억제하여 최악의 재앙은 막을 수 있다는 희망적인 분석도 공존합니다. 기후 변화 연구는 단순한 지적 호기심에서 시작되어 이제는 인류의 생존이 걸린 절박한 과제가 되었습니다. 노벨상 수상자들은 입을 모아 과학적 근거에 기반한 빠른 행동을 촉구하고 있습니다. 문제가 닥친 후에야 대응하는 것이 아니라, 이미 확보된 과학적 데이터를 바탕으로 지금 당장 변화를 만들어내야 한다는 것입니다. 기후 위기는 더 이상 남의 이야기가 아닌 우리 모두의 이야기이며, 다음 세대를 위해 우리가 반드시 관심을 가지고 해결해야 할 시대적 사명입니다.

손석우

카오스재단서울대자연과학공개강연

지구환경과학

[인터뷰] 손석우_날씨는 기분 기후는 성품 ㅣ 지금 오존층은 더 이상 파괴되고 있지 않다?

날씨와 기후의 차이는 흔히 기분과 성품에 비유되곤 합니다. 내일의 기분을 맞히기는 매우 어렵지만, 한 사람의 성품을 깊이 이해하면 그의 장기적인 행동 양식을 어느 정도 예측할 수 있는 것과 같은 이치입니다. 최근에는 인공지능과 슈퍼컴퓨터 기술의 비약적인 발전 덕분에 기후 예측의 정확도가 점진적으로 향상되고 있습니다. 특히 천리안 위성 데이터 해석이나 예보 데이터 보정에 인공지능 기술이 적극적으로 활용되면서, 과거에는 놓쳤던 미세한 기상 변화까지 포착하여 미래 기후를 더욱 정밀하게 내다볼 수 있게 되었습니다. 지구 온난화로 인한 해수면 온도 상승은 태풍의 발생과 강도에 결정적인 영향을 미칩니다. 따뜻해진 바다는 태풍에 더 많은 수증기를 공급하여 그 위력을 강화하며, 제트기류의 북상으로 인해 태풍이 과거보다 더 높은 위도까지 진입할 수 있는 환경을 조성합니다. 이는 단순히 태풍의 물리적 위력이 강해지는 것을 넘어, 실제로 인간 사회에 막대한 피해를 주는 상륙 태풍의 수가 늘어날 수 있음을 의미합니다. 따라서 기후 변화에 따른 태풍의 경로 변화와 그로 인한 잠재적 피해 규모에 대한 정량적인 연구가 그 어느 때보다 절실한 시점입니다. 기후 위기의 본질은 단순히 평균 기온이 서서히 오르는 것이 아니라, 기후 변동성이 극심해지는 데 있습니다. 기록적인 폭우가 쏟아졌던 해 바로 다음에 장마라고 부르기 민망할 정도의 가뭄이 찾아오는 식의 양극단적인 기상 이변이 빈번해지는 것이 특징입니다. 이러한 변동성은 산불 발생 조건에도 큰 영향을 미치는데, 폭염과 가뭄이 겹치며 바짝 마른 지표면은 작은 불씨만으로도 대형 화재로 이어지기 쉽습니다. 결국 홍수와 가뭄, 폭염과 산불이라는 서로 상반된 재해들이 기후 변화라는 하나의 뿌리에서 비롯되어 우리 일상을 위협하고 있습니다. 국제 사회는 몬트리올 의정서를 통해 오존층 파괴 문제를 성공적으로 해결해 온 경험이 있습니다. 이제는 파리 기후 협정을 통해 지구 온난화를 억제하기 위한 새로운 도전에 직면해 있습니다. 산업화 이전 대비 기온 상승 폭을 1.5도 이내로 제한하려는 이 협정은 각국의 탄소 중립 선언과 구체적인 이행 계획을 포함하고 있습니다. 특히 저개발 국가에 대한 경제적 보상 방안까지 마련되어 있어 과거 교토 의정서보다 훨씬 진일보한 체계를 갖추었습니다. 이러한 국제적 약속이 실질적인 성과로 이어지기 위해서는 전 지구적인 감시와 협력이 필수적입니다. 대한민국이 진정한 기후 선진국으로 거듭나기 위해서는 독자적인 탄소 감시 시스템과 기후 모델 확보가 시급합니다. 현재는 해외 모델을 수정하여 사용하는 경향이 크지만, IT 강국이라는 이름에 걸맞게 우리만의 기술로 탄소 배출을 정밀하게 관측하고 예측할 수 있는 시스템을 구축해야 합니다. 기후 변화를 단순한 현상이 아닌 '기후 위기'라는 실존적 위협으로 인식하는 패러다임의 전환도 필요합니다. 정확한 과학적 정보를 바탕으로 개인이 문제를 이해하고 공동체가 함께 대응해 나갈 때, 비로소 지속 가능한 미래를 위한 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있을 것입니다.

손석우

카오스재단서울대자연과학공개강연

지구환경과학

[강연] 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학동행'2 by정현석, 손석우 l 서울대학교&카오스재단 | 2부

자연과학은 우리가 발을 딛고 있는 이 세계의 본질을 탐구하는 여정입니다. 2022년 UN이 지정한 '세계 기초과학의 해'를 맞아 진행된 이번 논의는 '과학과의 동행'이라는 주제 아래 기초과학의 가치를 재조명합니다. 미지의 영역을 향해 끊임없이 질문을 던지는 과정 자체가 인류에게 가장 소중한 가치가 됩니다. 이러한 탐구는 당장의 경제적 이득을 목적으로 하지 않더라도, 결국 인간의 본성에 부합하며 인류 전체에 유익한 결과를 가져다주는 밑거름이 됩니다. 우리가 아는 것보다 모르는 것이 훨씬 더 많다는 사실을 인정하는 데서 진정한 과학적 진보가 시작됩니다. 양자역학은 현대 물리학에서 가장 비직관적이면서도 매혹적인 분야로 꼽힙니다. 빛이 입자인지 파동인지에 대한 오랜 논쟁은 양자역학의 탄생과 함께 새로운 국면을 맞이했습니다. 단일 광자는 반거울을 통과할 때 어느 한 경로를 선택하는 입자처럼 행동하면서도, 관측되지 않을 때는 두 경로를 동시에 지나는 파동처럼 간섭 현상을 일으킵니다. 이러한 '양자 중첩' 상태는 우리가 일상에서 경험하는 논리적 범주를 뛰어넘습니다. 관측하는 순간 상태가 결정되는 이 기묘한 현상은 미시 세계의 기본 원리이며, 우리가 보지 않을 때 자연이 어떻게 행동하는지에 대한 심오한 통찰을 제공합니다. 양자 중첩의 개념을 여러 입자로 확장하면 '양자 얽힘'이라는 더욱 놀라운 현상에 도달합니다. 멀리 떨어져 있는 두 입자가 서로의 상태를 즉각적으로 결정하는 이 현상은 아인슈타인이 '유령 같은 원거리 작용'이라 부르며 의구심을 표했을 만큼 파격적이었습니다. 그러나 벨의 부등식 실험을 통해 국소적 실재론의 한계가 증명되면서, 우리는 이제 우주가 근본적으로 서로 얽혀 있다는 사실을 받아들이게 되었습니다. 이는 단순히 물리적 현상을 넘어 우리의 세계관을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 이러한 양자적 상관관계는 현대 정보 기술의 패러다임을 바꿀 핵심 자원으로 주목받고 있습니다. 양자 기술을 현실에 구현하기 위한 과학자들의 노력은 '결어긋남'과의 전쟁이라 할 수 있습니다. 거시 세계의 물체는 외부 환경과 끊임없이 상호작용하며 양자적 특성을 쉽게 잃어버리기 때문입니다. 이를 극복하기 위해 온도를 극도로 낮추거나 우주 공간을 활용하는 등 다양한 시도가 이어지고 있습니다. 0과 1의 중첩을 이용하는 '큐비트' 기반의 양자 컴퓨터와 도청이 불가능한 양자 암호 통신은 이미 실험실을 넘어 실용화의 단계로 나아가고 있습니다. 비록 완벽한 양자 컴퓨터의 시대까지는 시간이 필요하겠지만, 잡음이 존재하는 현재의 기술 수준에서도 고전 컴퓨터가 풀지 못하는 난제들을 해결하려는 도전은 계속됩니다. 기후 변화는 이제 단순한 변화를 넘어 인류의 생존을 위협하는 '기후 위기'의 시대로 접어들었습니다. 2021년 노벨 물리학상이 기후 과학자들에게 수여된 것은 이 분야가 정통 물리학의 중요한 한 축임을 전 세계에 공표한 사건이었습니다. 기후에 대한 탐구는 19세기 푸리에의 에너지 균형 연구와 틴들의 온실 기체 발견에서 시작되어 아레니우스의 정량적 분석으로 이어졌습니다. 이들은 지구가 왜 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지하는지, 그리고 이산화탄소 농도가 기온에 어떤 영향을 미치는지에 대한 과학적 토대를 마련했습니다. 이러한 선구적인 연구들은 현대 기후 모델링의 출발점이 되었습니다. 현대 기후 과학은 정교한 컴퓨터 모델을 통해 지구의 미래를 예측합니다. 마나베 박사가 개발한 기후 모델은 대류와 복사 에너지의 상호작용을 물리 법칙으로 구현하여 온실 효과를 증명해 냈습니다. 또한 하셀만 박사가 제안한 '지문법'은 최근의 급격한 온난화가 자연적인 변동이 아닌 인류의 활동에 의한 것임을 통계적으로 명백히 규명했습니다. 현재 북극의 빙하가 녹고 기상 이변이 속출하는 현상은 수십 년 전 과학자들이 모델을 통해 예견했던 결과와 놀라울 정도로 일치합니다. 이는 기후 위기가 막연한 추측이 아니라 엄밀한 과학적 근거에 기반한 현실임을 시사합니다. 과학은 불확실한 미지의 영역을 확실한 지식의 영역으로 옮겨오는 인류의 가장 강력한 도구입니다. 양자 세계의 비밀을 파헤쳐 기술의 한계를 돌파하고, 기후 모델을 통해 지구의 위기를 진단하는 과정은 모두 미래 세대와의 지속 가능한 동행을 위한 노력입니다. 이제는 과학적 발견을 넘어 실천적인 행동이 필요한 시점입니다. 탄소 중립을 향한 국가적 대응과 더불어, 과학의 본질을 이해하고 그 가치를 공유하는 공동체의 노력이 뒷받침되어야 합니다. 과학자들의 끊임없는 질문과 도전이 계속되는 한, 우리는 더 나은 미래를 향한 희망의 실마리를 놓지 않을 것입니다.

손석우, 정현석

카오스재단서울대자연과학공개강연

물리학
지구환경과학

[인터뷰] 국종성_낯선 지구 : 다시는 예전의 지구로 돌아갈 수 없다!

기후변화 연구는 단순히 데이터를 분석하는 즐거움을 넘어 이제는 우리 사회가 직면한 가장 중대한 도전 과제가 되었습니다. 25년 넘게 기후를 연구해 온 학자로서 초기에는 가설이 증명될 때 느끼는 학문적 카타르시스와 전율에 집중했다면, 이제는 연구자로서의 사회적 책임감을 깊이 통감하고 있습니다. 대중과 소통하며 기후 위기의 심각성을 알리는 과정에서, 개인적인 연구의 재미와 사회적 필요성 사이의 균형을 맞추는 것이 얼마나 중요한지 깨닫게 된 것입니다. 최근 기후학계에서 주목하는 화두 중 하나는 바로 '기후 임계점'입니다. 이는 지구온난화가 진행되면서 기후가 서서히 변하다가 특정 지점에 도달하면 걷잡을 수 없이 급격하게 변화하는 현상을 의미합니다. 임계점을 넘어선 이후의 기후가 어떤 방향으로 흐를지는 현재의 과학적 지식으로도 정확히 예측하기 어렵습니다. 영화 속 장면처럼 갑작스러운 빙하기가 찾아오거나 울창한 숲이 순식간에 사막으로 변하는 등, 지구가 전혀 다른 환경으로 변모할 수 있다는 사실은 우리에게 큰 경각심을 줍니다. 이산화탄소 증가가 지구에 미치는 영향은 단순히 온실효과에 그치지 않습니다. 식물은 이산화탄소 농도가 높아지면 기공을 적게 열어 수분 증발을 억제하는데, 이는 지면의 온도를 조절하는 증발산 작용을 방해하여 온도를 더욱 높이는 결과를 초래합니다. 이러한 복합적인 기후 시스템을 연구하기 위해 과학자들은 가상의 지구인 '기후 모형'을 활용합니다. 실제 지구를 대상으로 함부로 실험할 수 없기에, 정교한 수학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미래 기후를 예측하고 대응책을 마련하는 것입니다. 우리가 탄소 중립을 실현하여 대기 중 농도를 낮춘다 하더라도 지구가 과거의 안정적인 상태를 회복할 것이라는 보장은 없습니다. 최근의 학술적 성과들은 지구가 원래의 궤도가 아닌 전혀 새로운 환경적 평형 상태로 진입할 가능성을 경고하고 있습니다. 이는 현재 우리가 산정하는 기후 대응 비용에 미래의 영구적인 손실분까지 포함해야 한다는 경제적, 윤리적 함의를 담고 있습니다. 기후변화가 남기는 흔적은 인류의 예상보다 훨씬 깊고 오래 지속될 수 있음을 잊지 말아야 합니다. 과학 연구는 단거리 경주가 아닌 마라톤과 같습니다. 젊은 연구자들이 처음의 열정을 잃지 않고 꾸준히 나아가기 위해서는 체력 관리와 마음의 여유가 필수적입니다. 밤을 새워 연구에 매진하는 것보다 규칙적인 운동과 다양한 활동을 통해 창의성을 유지하는 것이 장기적으로 더 큰 성과를 내는 비결입니다. 조급함을 버리고 작은 성공들을 쌓아가며 자신만의 페이스를 유지할 때, 비로소 기후 위기라는 거대한 장벽을 넘을 수 있는 혁신적인 해답을 찾고 지속 가능한 연구를 이어갈 수 있을 것입니다.

국종성

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 기후학자가 노벨물리학상을 수상한 이유? by 국종성 ㅣ 고등과학원(KIAS) x 카오스재단 2021 '노벨상 해설강연' | 2강

기후 연구는 단순히 대기와 해양의 물리적 현상을 관찰하는 지구과학의 영역을 넘어, 이제는 식물의 호흡과 같은 생태적 요소까지 고려하는 거대한 융합 학문으로 진화했습니다. 우리가 살고 있는 지구에 대한 깊은 호기심과 관심을 가진 사람이라면 누구나 이 여정에 동참할 수 있습니다. 특히 현대 기후학은 다양한 학문적 배경을 가진 이들이 모여 복잡한 지구 시스템을 다각도로 분석하는 융합적 사고를 요구합니다. 이러한 통합적 접근은 기후 변화라는 인류 공동의 과제를 해결하는 데 필수적인 토대가 되며, 미래의 기후학자들에게 가장 필요한 덕목이기도 합니다. 소중한 지구를 대상으로 직접적인 실험을 할 수 없기에, 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 가상의 지구인 '기후 모형'을 만듭니다. 이는 지구의 물리적 과정을 정교한 수학적 방정식으로 표현하여 미래의 변화를 진단하는 도구입니다. 전 지구를 격자로 쪼개어 수천만 개의 미분 방정식을 푸는 이 과정에는 엄청난 성능의 슈퍼컴퓨터가 동원됩니다. 10만 줄 이상의 복잡한 코드로 이루어진 기후 모형은 인류가 지구 시스템을 이해하고 미래의 기후 위기에 대비하기 위해 수십 년간 개발해 온 정교한 과학적 산물이자, 미래를 내다보는 창과 같습니다. 2021년 노벨 물리학상이 기후학자들에게 수여된 사건은 과학계에 큰 영감을 주었습니다. 이는 기후 시스템이 물리학적으로 매우 정교한 복잡계임을 인정함과 동시에, 기후 위기가 인류가 직면한 가장 시급하고 거대한 위협이라는 강력한 메시지를 담고 있습니다. 노벨 재단은 지구 온난화를 물리적으로 모델링하고 그 변동성을 정량화하여 신뢰할 수 있는 예측을 가능하게 한 공로를 높이 평가했습니다. 이는 기후학이 현대 물리학의 중요한 한 축으로서 인류의 생존과 직결된 학문임을 공표한 것이며, 우리가 당장 실천해야 할 과제임을 일깨워주는 상징적인 사건입니다. 슈쿠로 마나베 교수는 1960년대에 이미 세계 최초로 3차원 대기 대순환 모형을 개발하며 현대 기후 예측의 기틀을 마련했습니다. 그는 이산화탄소 농도가 2배 증가할 때 지표 온도가 약 2.4℃ 상승할 것이라는 놀라운 예측을 내놓았는데, 이는 수십 년 뒤의 현대적 관측치와도 매우 유사합니다. 특히 이산화탄소 증가 시 성층권 온도가 하락할 것이라는 그의 통찰은 훗날 실제 관측을 통해 증명되었습니다. 이는 기후 변화가 태양 활동의 변화가 아닌, 인간 활동에 의한 온실가스 배출 때문임을 밝히는 결정적인 과학적 근거가 되어 회의론자들의 주장을 잠재웠습니다. 클라우스 하셀만 교수는 무질서해 보이는 날씨의 변동 속에서 어떻게 장기적인 기후 예측이 가능한지에 대한 해답을 제시했습니다. 그는 대기의 빠른 변화가 해양과 같은 느린 시스템에 축적되는 과정을 수학적으로 증명하며 기후 예측의 토대를 마련했습니다. 이는 아인슈타인의 브라운 운동 개념을 기후 연구에 적용한 혁신적인 시도였습니다. 해양과 대기가 서로 시그널을 주고받으며 엘니뇨와 같은 거대한 기후 흐름을 만들어내는 과정을 이해하게 됨으로써, 인류는 무작위적인 날씨의 소음 속에서도 기후라는 거대한 질서의 방향성을 읽어낼 수 있게 되었습니다. 하셀만 교수의 또 다른 위대한 업적은 기후 변화의 원인을 규명하는 '최적 지문법'을 개발한 것입니다. 이는 관측된 기후 패턴 중에서 인간 활동에 의한 영향을 정밀하게 찾아내는 기술입니다. 최근 빈번해진 이상 기후가 단순한 자연적 변동인지, 아니면 인위적인 온난화 때문인지를 과학적으로 판별할 수 있게 된 것입니다. 이러한 연구는 기후 변화의 확률적 위험성을 정량화하여 정책 결정자들이 방파제 높이를 조절하거나 탄소 중립 전략을 세우는 데 실질적인 데이터를 제공합니다. 즉, 과학이 사회적 의사결정에 기여할 수 있는 강력한 도구를 마련해 준 셈입니다. 노벨상 수상은 기후 연구의 끝이 아니라 인류에게 주어진 새로운 숙제의 시작을 의미합니다. 우리는 여전히 지구 시스템의 임계점이 어디인지, 탄소 중립 이후 지구가 과거의 상태로 회복될 수 있는지에 대해 명확한 답을 찾고 있습니다. 급격한 기후 변화에 따른 생태계의 반응과 지구가 받는 지속적인 기후 스트레스는 우리가 앞으로 풀어야 할 거대한 수수께끼입니다. 기후학자들이 닦아놓은 과학적 토대 위에서, 이제는 전 인류가 지혜를 모아 지구의 지속 가능한 미래를 위한 실천적인 해답을 찾아나가야 합니다. 이번 수상은 그 여정을 독려하는 인류의 응원과도 같습니다.

국종성

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

지구환경과학

[인터뷰] 박선영_ 물리, 화학, 빅데이터 처리 등등. 대기화학 하시면 다 알려드립니다! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

지구시스템과학의 세계는 알면 알수록 시야가 확장되는 매력적인 분야입니다. 해양학에서 시작해 화학해양학을 거쳐 대기화학으로 연구 범위를 넓혀가는 과정은 자연스러운 호기심의 발로였습니다. 특히 바닷물 속에 녹아 있는 미량 기체를 분석하던 경험은 대기 중 성분에 대한 관심으로 이어졌습니다. 데이터 하나를 얻기 위해 무거운 물을 직접 펌프질하던 고된 과정은 더 가볍고 역동적인 대기 성분을 연구하게 된 계기가 되기도 했습니다. 이러한 우연한 계기들이 모여 지구의 미래를 탐구하는 과학자의 길을 걷게 하며, 열정적인 탐구 정신을 유지하게 만드는 원동력이 됩니다. 과학자에게 가장 필요한 덕목 중 하나는 기존의 지식에 안주하지 않고 끊임없이 의심하는 유연한 사고입니다. 애덤 그랜트의 저서 『싱크 어게인』에서 강조하듯, 과학자처럼 사고한다는 것은 가설을 세우고 데이터를 통해 이를 검증하며 오류의 가능성을 열어두는 것을 의미합니다. 이미 확립된 이론이나 선배 연구자들의 결과물에서 자유로워지는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 하지만 사고의 유연성을 바탕으로 '다시 생각하기'를 실천할 때, 우리는 비로소 진정한 과학적 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있으며, 이는 모든 연구자가 지녀야 할 태도이기도 합니다. 대기화학은 공기 중에 오래 머물며 전 지구적 기후와 오존층에 영향을 미치는 성분들을 주로 다룹니다. 이를 제대로 이해하기 위해서는 물리적 역학을 통해 대기의 움직임을 파악하고, 화학적 지식으로 성분의 생성과 소멸 과정을 추적해야 합니다. 최근에는 미생물과의 상관관계나 빅데이터 처리, 정밀 센서 개발 등 다양한 학문적 융합이 요구되고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 지역적인 환경 문제를 넘어 지구 전체의 대기 환경 변화를 예측하고 대응하는 데 필수적인 기초가 되며, 연구자들에게 폭넓은 학문적 시야와 전문성을 요구합니다. 제주 고산 관측소는 동아시아 대기 환경을 감시하는 중요한 거점입니다. 이곳에서는 프레온 가스를 포함한 다양한 할로겐 화합물과 온실기체를 정밀하게 분석하여 이들의 이동과 변화를 추적합니다. 특히 2010년 몬트리올 의정서에 의해 전 세계적으로 사용이 금지된 프레온 가스의 배출량이 최근 다시 증가했다는 사실을 밝혀낸 것은 큰 성과였습니다. 과학자들은 끈질긴 관측과 분석을 통해 이러한 불법 배출의 근원지가 동아시아 지역임을 규명하며 국제적인 환경 규제의 이행을 촉구하고 지구 대기를 보호하기 위한 파수꾼 역할을 수행하고 있습니다. 우리가 연구하는 오존층 파괴 물질들은 대부분 강력한 온실기체이기도 합니다. 따라서 이들을 규제하는 것은 오존층 회복뿐만 아니라 지구 온난화로 인한 이상 기후 현상을 억제하는 데도 결정적인 역할을 합니다. 실제로 국제 협약을 통한 지속적인 노력이 이산화탄소에 비견될 만큼의 복사 강제력 감소 효과를 거두었다는 연구 결과도 존재합니다. 앞으로는 지상 관측을 넘어 인공위성과 항공기를 활용한 입체적인 연구를 통해, 지구 대기를 보호하기 위한 긴 호흡의 여정을 성실하게 이어 나가야 할 것입니다. 이는 미래 세대를 위한 과학자의 사명이기도 합니다.

박선영

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[연구뭐하지] 홍태경 교수_연세대학교 '지진학및지구물리학연구실' | 서울 한복판에 600m 구멍을 뚫고 있는 이유! 지진으로 이런 것까지..?

연세대학교 지진학 및 지구물리학 연구실은 스스로를 '고독한 승부사들의 집합소'라 정의합니다. 눈에 보이지 않는 지구 내부의 현상을 과학적 근거로 증명하고 사람들을 설득하는 과정이 외롭고 치열하기 때문입니다. 이곳의 연구는 단순히 지진을 관측하는 데 그치지 않고, 지진계를 활용해 경제 활동을 분석하거나 태풍을 감지하는 등 그 경계를 끊임없이 확장하고 있습니다. 지진계 하나로 세상의 모든 진동을 읽어내려는 이들의 시도는 현대 과학의 새로운 가능성을 열어주고 있습니다. 최근 연구실은 머신러닝 기술을 도입하여 미소 지진을 정밀하게 탐지하는 데 주력하고 있습니다. 지진파에서 P파와 S파를 구분해내고 이를 통해 지진의 발생 위치와 규모를 정확히 파악하는 과정입니다. 특히 인구 밀집도가 높은 서울 지역을 대상으로 강한 지진이 발생했을 때의 피해 규모와 지반 운동을 예측하는 연구도 병행하고 있습니다. 이는 대도시의 안전을 확보하고 잠재적인 지진 재해에 대비하기 위한 필수적인 기초 자료가 됩니다. 도심 지역은 자동차와 지하철 등 인간 활동으로 인한 소음이 심해 미소 지진을 관측하기가 매우 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 연구실은 연세대학교 부지 지하 300m와 600m 깊이에 시추공 지진계를 설치하는 대규모 공사를 진행 중입니다. 지표면의 잡음이 최소화되는 깊은 땅속에 관측소를 구축함으로써 수도권의 지진 활동을 더욱 정밀하게 감시할 수 있게 됩니다. 이러한 심부 관측 사례는 세계적으로도 드물어 학계의 큰 관심을 받고 있습니다. 지진학의 영역은 지각 변동을 넘어 기상 현상과 외계 행성 탐사까지 뻗어 나갑니다. 태풍이 이동하며 발생하는 지진 잡음을 분석하면 태풍의 강도와 경로를 추적할 수 있으며, 남극의 빙하가 녹으며 발생하는 진동을 통해 기후 변화를 연구하기도 합니다. 나아가 화성에 설치된 지진계 자료를 분석하여 그곳의 바람이나 폭풍 같은 환경 정보를 얻는 것도 가능합니다. 지진파라는 도구는 지구를 넘어 우주의 신비를 풀어나가는 강력한 열쇠가 되고 있습니다. 지진학은 제2차 세계대전 당시 잠수함 탐지 기술에서 시작되어 핵실험 감시와 자원 탐사를 거치며 비약적으로 발전해 왔습니다. 수학과 물리를 기반으로 지구의 물리적 거동을 해석하는 이 학문은 이제 인간의 안전과 편의를 위한 실용적인 학문으로 거듭나고 있습니다. 연구실은 지진학의 지평을 넓히는 것을 소명으로 삼고, 미래의 연구자들이 이 넓은 무대에서 마음껏 역량을 발휘하기를 기대합니다. 보이지 않는 진동 속에서 진실을 찾는 여정은 계속될 것입니다.

홍태경

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지구환경과학

[연구뭐하지] 강호정 교수_연세대학교 '생태공학연구실' | 미생물과 기후변화의 관계..?! 다양한 사람들이 다양한 미생물을 연구하는 곳

연세대학교 생태공학연구실은 기후 변화로 인해 급격히 변화하는 전 지구적 생태계를 연구하며, 이러한 변화가 생태계에 어떤 생물학적 피드백을 주는지 탐구하는 것을 핵심 목표로 삼고 있습니다. 연구원들은 각자 숲, 습지, 북극, 도시 생태계 등 서로 다른 환경을 대상으로 연구를 수행하며, 개별적인 연구 결과들을 하나로 합쳐 전 지구적 탄소 순환이 어떻게 변화하고 있는지 파악합니다. 기후 위기의 시대에 탄소의 흐름을 정확히 이해하는 것은 환경 변화에 대응할 수 있는 과학적 근거를 마련하는 매우 중요한 과정이라고 할 수 있습니다. 연구실의 주요 관심사 중 하나는 이산화탄소보다 강력한 온실효과를 일으키는 메탄입니다. 산림 토양이 메탄을 흡수하는 능력을 실측하고 추정하는 연구를 통해 전 지구적 산림의 역할을 규명하는 데 집중하고 있습니다. 또한, 갯벌에 침입 식물이 유입되었을 때 발생하는 메탄의 양을 측정하거나, 도시 공원의 미생물 분포가 지역별로 어떻게 다른지 분석하는 등 우리 주변의 다양한 생태계를 면밀히 조사합니다. 이러한 현장 중심의 연구는 기후 변화의 메커니즘을 구체적으로 이해하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 데이터를 제공합니다. 지구상에는 우주의 별보다 많은 수의 미생물이 존재하며, 이들은 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스를 생성하거나 제거하는 결정적인 역할을 수행합니다. 연구실은 북극의 영구동토층이 녹을 때 발생하는 기체의 변화를 예측하기 위해 알래스카와 노르웨이 등지에서 직접 샘플을 채취하고 실험을 수행합니다. 또한 '블루 카본'의 거대한 저장소인 맹그로브 숲과 습지의 탄소 저장 안정성을 연구하며, 미생물의 활성을 조절하여 기후 변화를 억제할 수 있는 해답을 찾고 있습니다. 이는 인류의 생존과 직결된 생태학적 과제를 해결하는 과정입니다. 이곳은 '다양성을 엮는 곳'이라는 철학 아래, 환경공학뿐만 아니라 생물학, 화학, 사회학 등 다양한 학문적 배경을 가진 인재들이 모여 협력하고 있습니다. 지금까지 13개국 출신의 연구자들이 거쳐 갔을 정도로 국제적이고 개방적인 연구 환경을 자랑하며, 구성원들의 다양한 경험은 연구의 깊이를 더해줍니다. 연구실 문화 또한 매우 민주적이고 평등하여, 교수와 학생이 격의 없이 소통하며 자유롭게 의견을 나눌 수 있는 분위기가 형성되어 있습니다. 이러한 인적 다양성은 복잡한 생태계 문제를 다각도에서 바라보고 창의적인 해결책을 도출하는 강력한 원동력이 됩니다. 기후 변화와 지구 환경에 깊은 호기심을 가진 많은 학생이 현실적인 불안감으로 인해 꿈을 주저하곤 합니다. 하지만 대학원은 자신의 잠재력을 극대화하고 본래 가졌던 학문적 열정을 실현할 수 있는 소중한 기회의 장입니다. 자신이 즐거움을 느끼고 남다른 강점이 있는 분야를 찾아 끈기 있게 도전한다면, 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 전문가로 성장할 수 있을 것입니다. 생태공학연구실은 앞으로도 전 지구적 생태계의 미생물 반응을 이해하고 기후 변화의 부정적 영향을 줄이기 위한 연구를 지속하며, 미래를 이끌어갈 연구자들과 함께 성장해 나갈 것입니다.

강호정

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생명과학

[연구뭐하지] 김상우 교수_서울대학교 '기후환경실험실' | 작다고 무시할 수 없는 초미세먼지, 에어로졸

대기 중에 부유하는 초미세먼지, 즉 에어로졸은 단순히 공기 질을 악화시키는 오염 물질에 그치지 않습니다. 이들은 태양 빛을 산란하거나 흡수함으로써 온실기체와 마찬가지로 지구의 온도를 높이기도 하고, 반대로 냉각시키는 역할도 수행하며 기후 변화에 직접적인 영향을 미칩니다. 서울대학교 기후환경실험실은 이러한 에어로졸의 광학적, 물리적, 화학적 특성을 정밀하게 관측하고 모델링하여 지구 복사 수지에 미치는 영향을 심도 있게 분석하고 있습니다. 환경과 기후라는 거시적이고 미시적인 영역을 아우르는 연구를 통해 대기 환경의 변화를 과학적으로 규명하고자 노력합니다. 연구실 구성원들은 자신들의 공간을 '사바나'라고 부릅니다. 이는 사바나 초원에 다양한 동물이 공존하듯, 환경부터 기후까지 폭넓은 분야를 연구하는 인재들이 모여 있기 때문입니다. 이들은 지상 관측뿐만 아니라 선박, 항공기, 위성 자료를 통합적으로 활용하여 에어로졸의 거동을 입체적으로 분석합니다. 특히 위성 자료를 보다 정확한 변수로 변환하는 알고리즘을 직접 개발하거나, 관측 데이터를 바탕으로 정교한 모델링을 수행하여 대기 오염 물질이 향후 기후 변화에 어떤 파급 효과를 가져올지 예측하는 데 주력하고 있습니다. 이러한 다각적인 접근은 대기 과학의 복잡성을 이해하는 핵심이 됩니다. 최근에는 북극 지방의 구름 변화와 에어로졸의 상관관계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 극지방의 수증기량이 미세하게 변하더라도 에어로졸의 영향으로 인해 갑작스럽게 구름이 생성되는 등 대기 현상은 매우 복잡하게 얽혀 있습니다. 이러한 변동성은 기상 예보를 어렵게 만드는 요인이 되기도 하지만, 연구자들은 이를 과학적으로 규명하는 과정에서 경외감을 느끼며 연구에 매진합니다. 작은 입자가 거대한 대기 흐름과 구름 형성에 기여하고, 이것이 다시 동아시아 기후에까지 영향을 미치는 과정은 현대 기후 과학이 해결해야 할 매우 중요하고도 흥미로운 과제 중 하나입니다. 우리나라는 지리적으로 세계 최대 배출원인 중국의 인접 지역에 위치하여 장거리 수송되는 에어로졸의 영향을 크게 받습니다. 청정 지역으로 알려진 제주 고산의 에어로졸 농도가 때때로 서울과 비슷한 수준을 보이는 것은 이러한 외부 유입의 영향력을 잘 보여주는 사례입니다. 이에 따라 제주 고산은 유엔환경계획(UNEP)의 '대기 갈색 연무(ABC)' 프로젝트에서 동북아시아의 중요한 슈퍼 관측소로 지정되어 10년 넘게 모니터링을 이어오고 있습니다. 이곳에서 축적된 장기 관측 자료는 현재 몰디브 관측소의 자료와 더불어 국제적인 환경 정책을 수립하는 데 있어 매우 중요한 지표로 활용되고 있습니다. 기후 환경 연구의 길은 20여 년 전 제주 고산에서 열린 대규모 국제 공동 캠페인에서 시작되었습니다. 당시 세계 각국의 과학자들과 교류하며 에어로졸이 대기질을 넘어 기후 변화에 미치는 막대한 영향력에 매료된 것이 연구의 원동력이 되었습니다. 이후 미국 해양대기청(NOAA)과의 공동 연구를 통해 전 지구적인 에어로졸 감시 체계를 경험하며 학문적 토대를 더욱 공고히 할 수 있었습니다. 끊임없이 새로운 질문이 쏟아지는 대기 과학 분야에서, 연구자들은 정밀한 관측과 분석을 통해 인류가 직면한 기후 위기를 해결할 실마리를 찾기 위해 오늘도 연구실의 불을 밝히며 데이터 속에 숨겨진 진실을 탐구하고 있습니다.

김상우2

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지구환경과학

[연구뭐하지] 손석우 교수_서울대학교 '날씨/기후역학실험실' | 날씨를 결정하는 현상들을 밝혀내고 싶다면?

서울대학교 지구환경과학부의 날씨/기후역학실험실은 고기압, 저기압, 제트기류 등 날씨를 결정하는 다양한 기상 인자들을 연구합니다. 특히 '원격 상관'이라는 현상에 주목하는데, 이는 물리적으로 멀리 떨어진 지역의 기상 현상이 특정 지역의 날씨와 기후에 지대한 영향을 미치는 것을 의미합니다. 대표적인 예로 적도 동태평양의 엘니뇨가 동아시아 기후에 미치는 영향을 들 수 있습니다. 연구실은 이러한 원격 상관이 기후 변화에 따라 어떻게 변하는지, 그리고 중고위도와 성층권-대류권 사이에서 어떤 상호작용이 일어나는지를 심도 있게 분석하며 미래의 기후를 예측하고자 노력하고 있습니다. 이곳은 구성원들의 성격과 연구 주제가 매우 다양하여 기후라는 큰 틀 안에서 각기 다른 관심사를 가진 학생들이 모여 다채로운 연구를 수행하고 있습니다. 교수님이 제시하는 가이드라인 안에서 선후배 간의 격식 없는 토론과 상호 존중이 이루어지는 분위기는 학생들이 자기 주도적으로 연구에 몰입할 수 있는 든든한 토양이 되어줍니다. 이러한 수평적인 문화 덕분에 학생들은 자신의 아이디어를 자유롭게 제안하고 검증하며 학문적 성장을 이뤄냅니다. 또한, 연구실은 학생들이 능동적으로 자신의 연구를 설계하고 만들어갈 수 있는 환경을 제공하는 데 중점을 둡니다. 연구의 범위는 이름만큼이나 방대합니다. 공간적으로는 적도에서 극지방까지, 고도로는 지표면에서 성층권에 이르는 고층 대기까지 아우릅니다. 여름철 폭염이나 겨울철 한파와 같은 계절적 변동성뿐만 아니라, 비행기가 운항하는 고도인 성층권의 역학적 특성도 주요 연구 대상입니다. 최근에는 미세먼지와 같은 환경 문제도 다루고 있습니다. 중국에서 유입되는 미세먼지의 경로를 추적하거나, 적도 지역의 기상 현상이 한반도의 대기 질에 어떤 영향을 주는지 다양한 스케일에서 분석하며 기후 시스템의 복잡한 연결 고리를 이해하는 데 주력하고 있습니다. 학문적 열정 못지않게 연구실의 공동체 문화도 활기차게 운영됩니다. 2년에 한 번씩 열리는 연말 송년회는 단순한 모임을 넘어 파트너를 동반하는 파티 형식으로 진행되어 교수님 가족과 지인들이 함께 어우러지는 축제의 장이 됩니다. 파티가 열리지 않는 격년에는 다 같이 공연을 관람하는 등 정서적 교류를 나누며 연구로 쌓인 피로를 해소합니다. 이러한 유연하고 즐거운 분위기는 연구실 구성원들 사이의 유대감을 강화하며, 자유로운 질문과 토론이 일상화된 수평적인 연구 문화를 유지하는 원동력이 됩니다. 기후와 날씨는 매우 넓은 학문적 영역이기에, 연구자를 꿈꾸는 학생들에게는 무엇보다 호기심과 끈기가 요구됩니다. 석사와 박사 과정이라는 긴 호흡의 여정을 견디기 위해서는 한자리에 오래 앉아 탐구할 수 있는 인내심과 자기 주도적인 태도가 중요하기 때문입니다. 또한, 너무 이른 시기에 세부 전공을 확정 짓기보다는 시야를 넓게 가지고 다양한 가능성을 열어두는 자세가 필요합니다. 충분한 정보를 바탕으로 본인에게 가장 잘 맞는 연구 주제를 찾아 나갈 때, 비로소 기후 과학이라는 거대한 바다에서 자신만의 항로를 성공적으로 개척할 수 있을 것입니다.

손석우

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지구환경과학

[석학인터뷰] 나한나_ 해양탐사, 우주탐사만큼 어렵다 | 2021 서울대 자연과학대 공개강연 '불확실한 세계, 그래서 과학'

바다 탐구는 예기치 못한 안전사고의 위험이 늘 도사리고 있는 험난한 작업이지만, 동시에 인간의 손길이 닿지 않은 미지의 세계를 마주할 수 있는 매력적인 과정입니다. 육지의 경계를 넘어 망망대해로 나아가면 지명조차 없는 신비로운 장소들을 만날 수 있으며, 이는 연구자들에게 경이로운 경험을 선사합니다. 이러한 탐험의 즐거움은 자연과학의 틀 안에서 해양을 전공으로 선택하게 만드는 결정적인 계기가 되기도 합니다. 직접 배를 타고 바다를 누비며 얻는 현장 경험은 단순한 이론적 지식을 넘어선 특별한 가치를 지니며 지속적인 연구의 원동력이 됩니다. 지난 150년 동안 해양 탐사 기술은 인류의 지평을 넓히며 비약적인 발전을 거듭해 왔습니다. 과거에는 상상하기 힘들었던 먼바다와 깊은 심해까지 정밀하게 관측할 수 있게 되었으며, 무인 관측 장비와 인공위성을 활용해 전 지구적인 데이터를 실시간으로 수집하고 있습니다. 특히 위성 기술은 해수면 온도와 바람의 흐름, 그리고 식물플랑크톤의 분포를 파악하여 바다의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 해줍니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 바다를 이해하는 방식을 근본적으로 변화시켰으며, 더 넓고 깊은 시야로 지구 환경의 변화를 추적할 수 있게 합니다. 수천 미터 깊이의 심해를 관측하는 일은 여전히 거대한 물리적 장벽에 가로막혀 있는 도전적인 분야입니다. 엄청난 수압을 견딜 수 있는 특수 장비를 개발해야 할 뿐만 아니라, 수천 미터에 달하는 케이블을 연결하거나 장비를 안전하게 회수하는 과정에서도 고도의 정밀함이 요구됩니다. 깊은 바다 속은 빛이 전혀 닿지 않는 암흑의 공간이며 전파 통신이 원활하지 않아 음향 신호에 전적으로 의존해야 하는 한계가 존재합니다. 보이지 않는 상태에서 데이터를 수집하고 분석해야 하는 이러한 극한의 환경은 해양 과학자들이 반드시 극복해야 할 숙명이자 끊임없는 탐구의 대상이 되고 있습니다. 해빙은 대기 온도가 급격히 낮아지면서 바닷물이 얼어붙어 형성되는 얼음으로, 민물과는 확연히 다른 독특한 물리적 특성을 지니고 있습니다. 바닷물이 얼음으로 변하는 과정에서 자신이 품고 있던 염분을 외부로 배출하는 성질이 있는데, 이로 인해 해빙 자체는 짜지 않지만 주변의 바닷물은 염분 농도가 높아져 밀도가 커지게 됩니다. 이러한 현상은 해수의 수직적 이동을 유발하며 전 지구적인 해류 순환을 조절하는 중요한 메커니즘으로 작용합니다. 해빙의 형성과 소멸 과정은 바다와 대기가 에너지를 주고받으며 상호작용하는 역동적인 지구 시스템의 단면을 잘 보여주는 사례입니다. 해양 생태계의 변화는 기후 위기를 실감하게 하는 강력한 지표가 되며, 특히 산호초의 소멸은 해양 산성화의 심각성을 여실히 보여줍니다. 물리학적 관점에서는 이러한 변화를 수치 모델로 시뮬레이션하여 해류의 흐름과 온도의 변화를 다각도로 예측하는 데 집중하고 있습니다. 아직 명확한 발생 원인이 밝혀지지 않은 해양 현상들이 여전히 많기에, 과학자들은 다양한 시나리오를 설정하여 바다의 미래를 탐구하고 있습니다. 이러한 지속적인 연구와 데이터 수집은 변화하는 지구 환경에 능동적으로 대응하기 위한 필수적인 열쇠가 될 것이며, 우리 모두가 그 답을 찾아가는 과정에 있습니다.

나한나

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

올해 과학책 10권 핵심은? - [KAOS X] APCTP 2020 올해의 과학도서 선정 기념 방송 'Book Show'

코로나19라는 유례없는 팬데믹 상황 속에서 과학 도서는 우리에게 단순한 지식 전달 이상의 의미를 갖게 되었습니다. 외부 활동이 제한된 시기에 많은 이들이 책을 통해 세상과 소통하며, 과학적 사고를 바탕으로 현재의 위기를 이해하려 노력했습니다. 이러한 흐름은 과학이 전문가들만의 전유물이 아니라, 시민들이 갖추어야 할 필수적인 교양으로 자리 잡고 있음을 보여줍니다. 과학 문화를 확산시키려는 노력은 결국 우리 사회의 합리성을 높이는 밑거름이 됩니다. 최근 출판 시장의 경향을 살펴보면 과학과 인문학의 경계가 점차 모호해지고 있음을 알 수 있습니다. 과거에는 두 분야가 서로 독립된 영역으로 여겨졌으나, 이제는 인간과 세상을 온전히 이해하기 위해 과학적 배경지식이 필수적이라는 인식이 확산되었습니다. 과학자들은 인문학적 시선으로 자신의 연구를 돌아보고, 인문학자들은 과학적 데이터를 바탕으로 사회 현상을 분석합니다. 이러한 융합적 시도는 독자들에게 더욱 풍성하고 깊이 있는 통찰을 제공하며 과학의 외연을 넓히고 있습니다. 새로운 과학 도서를 선정하는 과정은 단순히 우수한 책을 고르는 것을 넘어, 시대의 변화에 발맞춰 지식을 업데이트하는 과정이기도 합니다. 고전으로 불리는 과학 도서들도 훌륭하지만, 현대 과학이 새롭게 밝혀낸 사실들을 반영한 최신 도서들은 우리에게 더 생생한 정보를 전달합니다. 또한, 신진 작가들을 발굴하여 그들이 지속적으로 좋은 콘텐츠를 생산할 수 있는 토대를 마련하는 것도 중요합니다. 이는 과학 커뮤니케이션 생태계를 건강하게 유지하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 과학은 우리 사회의 복잡한 관계망을 분석하는 강력한 도구가 됩니다. 통계물리학의 원리를 인간 사회의 상호작용에 적용하거나, 과학 기자의 시각으로 사회적 이슈의 팩트체크를 하는 시도들이 대표적입니다. 이러한 접근은 우리가 막연하게 느끼던 사회 현상들을 객관적인 데이터와 가설을 통해 냉정하게 바라볼 수 있게 해줍니다. 시민들이 과학적 사고를 갖추게 될 때, 우리 사회는 갈등을 해결하고 더 나은 방향으로 나아갈 수 있는 합리적인 토대를 마련하게 될 것입니다. 현장에서 직접 발로 뛰는 과학자들의 기록은 독자들에게 특별한 감동을 줍니다. 남극의 극한 환경에서 우주를 관측하거나 박물관에서 고고학 유물을 발굴하며 얻은 생생한 경험담은 과학이 이론에만 머물지 않는다는 사실을 일깨워줍니다. 또한, 인류의 시작부터 현재까지의 과학사를 되짚어보는 작업은 우리가 걸어온 길을 통해 미래를 조망하는 지혜를 제공합니다. 과거의 발견들이 현대 문명에 미친 영향을 이해함으로써, 우리는 과학이 지닌 진정한 가치를 재발견하게 됩니다. 물질의 근본 원리를 탐구하는 물리학이나 우주의 기원을 다루는 천문학은 여전히 많은 이들에게 경이로움을 선사합니다. 우리 주변의 평범한 물질 속에 숨겨진 복잡한 물리 법칙을 이해하고, 광활한 우주 속에서 인류의 위치를 확인하는 과정은 지적 호기심을 충족시키는 소중한 경험입니다. 특히 최신 과학적 성과를 바탕으로 고전적 주제를 재해석한 과학 도서들은 독자들에게 현대 과학의 정수를 맛보게 합니다. 이러한 지식의 탐구는 인간이 세상을 바라보는 시야를 근본적으로 확장해 줍니다. 기후 위기와 환경 파괴는 현재 인류가 직면한 가장 시급하고도 엄중한 과제입니다. 과학적 데이터를 통해 경고하는 거주불능 지구의 시나리오는 우리에게 즉각적인 행동 변화를 촉구합니다. 이는 단순히 과학적 예측을 넘어, 다음 세대에게 어떤 세상을 물려줄 것인가에 대한 윤리적 질문을 던집니다. 우리가 누리는 환경이 결코 당연한 것이 아님을 깨닫고, 과학적 근거를 바탕으로 지속 가능한 미래를 고민해야 합니다. 결국 과학은 인류의 생존과 희망을 위한 가장 강력한 길잡이가 될 것입니다.

백두성, 손승우, 이강영, 장동선

카오스재단읽다과학

융합

[강연] 딥러닝으로 엘니뇨 예측하기 _ by함유근 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 4강 | 4강

엘니뇨는 적도 태평양의 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 높은 상태가 6개월 이상 지속되는 현상을 말합니다. 페루 어부들이 수온 변화로 물고기가 잡히지 않는 시기에 붙인 이름에서 유래한 이 현상은 단순한 지역적 변화를 넘어 전 지구적인 기후 시스템에 막대한 영향을 미칩니다. 엘니뇨가 발생하면 인도네시아와 호주에는 극심한 가뭄과 산불이 발생하고, 남미 지역에는 폭우와 홍수가 이어지는 등 이상기후가 빈번해집니다. 우리나라도 엘니뇨의 영향권에서 자유롭지 못하며, 겨울철 기온이 상승하거나 강수량이 증가하는 등 뚜렷한 기상 변화를 겪게 됩니다. 기후 예측은 내일의 날씨를 맞히는 것보다 훨씬 긴 시간 규모의 변화를 다루는 도전적인 과제입니다. 기존에는 지구를 격자로 나누어 구름, 강수, 해류 등 복잡한 물리 과정을 계산하는 수치 모델을 주로 사용해 왔습니다. 하지만 이러한 수치 모델은 수십만 줄의 코드로 이루어져 있어 실제 지구의 모든 프로세스를 완벽하게 구현하기 어렵습니다. 또한, 초기 상태의 아주 작은 차이가 결과에서 거대한 차이를 만들어내는 '나비효과'로 인해 예측 기간이 길어질수록 정확도가 급격히 떨어지는 한계가 있었습니다. 특히 6개월 이상의 중장기 예측은 기후학자들에게 여전히 어려운 숙제였습니다. 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 인공지능, 특히 딥러닝 기술이 기후 예측 분야에 도입되고 있습니다. 엘니뇨 예측에는 이미지 인식에 탁월한 성능을 보이는 합성곱 신경망(CNN) 기법이 주로 활용됩니다. 엘니뇨는 특정 지점의 수온 변화뿐만 아니라 서태평양, 인도양, 대서양 등 전 지구적인 해수면 온도 분포의 상관관계를 파악하는 것이 중요하기 때문입니다. 2차원 또는 3차원 지도 형태의 데이터를 분석하여 복잡한 패턴 속에서 엘니뇨의 전조 현상을 찾아내는 인공지능의 능력은 기존 수치 모델이 놓치기 쉬운 미세한 신호들을 포착하는 데 매우 효과적이라는 사실이 증명되었습니다. 딥러닝 모델을 학습시키기 위해서는 방대한 양의 데이터가 필요하지만, 관측된 기후 데이터는 역사적으로 매우 한정적입니다. 엘니뇨는 1년에 단 한 번 발생 여부가 결정되기에 실제 가용 샘플은 170여 개에 불과합니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 '전이 학습'이라는 기법을 도입했습니다. 이는 수치 모델 시뮬레이션이 생성한 수많은 가상 엘니뇨 데이터를 먼저 학습시킨 뒤, 그 지식을 실제 관측 데이터에 적용하는 방식입니다. 비록 가상 데이터에 오차가 있더라도 기본적인 물리 메커니즘을 학습하는 데는 충분하며, 이를 통해 데이터 부족 문제를 해결하고 모델의 예측 성능을 획기적으로 높일 수 있었습니다. 딥러닝 기반의 예측 모델은 기존 수치 모델보다 훨씬 앞선 성능을 보여주었습니다. 기존 시스템이 약 1년 정도의 예측 신뢰도를 가졌다면, 인공지능 모델은 이를 18개월까지 연장하는 데 성공했습니다. 1년 반 앞을 내다볼 수 있다는 것은 사회적, 경제적으로 엄청난 가치를 지닙니다. 이상기후에 대비해 재난 방지 시스템을 정비할 충분한 시간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 곡물 가격 변동에 선제적으로 대응하여 경제적 손실을 최소화할 수 있기 때문입니다. 실제로 1997년이나 2015년의 강력한 엘니뇨 사례에서도 딥러닝 모델은 매우 높은 정확도로 미래를 예측해 내는 성과를 거두었습니다. 인공지능의 예측 결과가 단순히 통계적 우연이 아님을 증명하기 위해 '히트맵' 분석 기법이 사용됩니다. 이는 인공지능이 데이터의 어느 부분을 중점적으로 보고 판단을 내렸는지 시각화하는 기술입니다. 분석 결과, 딥러닝 모델은 엘니뇨 발생 1년 전 서태평양의 따뜻한 해수 분포나 대서양의 특정 온도 패턴을 주목하고 있었습니다. 이는 기존 기후학계에서 밝혀낸 물리적 메커니즘과 일치하는 결과로, 인공지능이 엉뚱한 정보가 아닌 과학적 근거에 기반하여 결과를 도출하고 있음을 시사합니다. 이러한 설명 가능한 인공지능 기술은 블랙박스로 불리던 딥러닝 모델의 신뢰성을 높이는 핵심적인 역할을 수행합니다. 인공지능 기술은 이제 엘니뇨의 발생 여부를 넘어, 발생 위치에 따른 다양한 유형의 엘니뇨를 구분하는 단계까지 발전했습니다. 중태평양 엘니뇨와 동태평양 엘니뇨는 육지에 미치는 영향이 서로 다르기에 이를 정확히 구분하는 것은 매우 중요합니다. 앞으로 딥러닝 기법은 태풍의 강도 변화, 극한 강수, 장마 패턴 등 더욱 다양한 기후 현상을 예측하는 데 폭넓게 적용될 전망입니다. 인공지능은 기후학자의 자리를 대체하는 것이 아니라, 복잡한 지구 시스템을 이해하고 미래의 불확실성에 대비하는 강력한 도구로서 인류의 생존과 번영에 기여하는 동반자가 될 것입니다.

함유근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[석학인터뷰] 함유근_ 지구온난화, '어쩔 수 없다'? | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

기후예측은 매 계절 그 결과가 실제로 맞았는지를 엄격하게 검증받는 매우 혹독한 학문입니다. 최근 우리나라에서 발생한 이례적으로 긴 장마는 지구온난화와 밀접한 관련이 있는 것으로 분석됩니다. 북극의 차가운 공기가 이례적으로 남하하며 장마 전선의 북상을 막았는데, 이는 시베리아의 고온 현상과 그로 인한 고기압 발달이 원인으로 지목됩니다. 비록 기후의 자연적인 변동성 범위 내에 있을 가능성도 배제할 수 없으나, 역대 최고치를 기록한 장마 일수는 지구가 우리에게 보내는 강력한 경고일 수 있습니다. 엘니뇨는 열대 동태평양의 해수면 온도가 평소보다 높아지는 현상으로, 그 영향은 특정 지역에 국한되지 않고 전 지구로 퍼져나갑니다. 마치 호수에 던진 큰 돌멩이가 물결을 일으켜 호수 전체로 퍼지는 것과 같습니다. 실제로 강한 엘니뇨가 발생했던 시기에는 인도네시아와 호주에서 대규모 산불이 발생했으며, 동태평양의 강수량은 급증하는 반면 서태평양 지역은 극심한 가뭄을 겪기도 했습니다. 이처럼 엘니뇨는 지구 전체의 기상 패턴을 뒤흔들며 인류의 삶에 막대한 영향을 미치는 강력한 기후 변동 요인입니다. 기존의 엘니뇨 예측은 전 지구 가상 시뮬레이션을 돌리거나 과거의 데이터를 활용한 통계적 기법에 의존해 왔습니다. 하지만 전통적인 통계 모델은 선형적인 한계로 인해 복잡한 기후 변화를 정교하게 예측하는 데 어려움이 있었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 딥러닝과 같은 인공지능 기술이 도입되고 있습니다. 인공지능은 과거의 방대한 기후 데이터를 학습하여 복잡한 비선형 패턴을 파악함으로써, 미래의 엘니뇨 발생 가능성을 기존 방식보다 훨씬 높은 정확도로 예측하며 기후 과학의 새로운 지평을 열고 있습니다. 지구온난화가 인간의 활동으로 인해 발생했다는 사실은 이미 과학계에서 논쟁이 끝난 정설입니다. 우리가 문제를 일으킨 주체인 만큼, 우리의 노력으로 변화의 속도를 늦추는 것도 충분히 가능합니다. 경제 위축에 대한 우려도 존재하지만, 신재생 에너지를 중심으로 하는 그린 뉴딜과 같은 정책은 산업 활동을 유지하면서도 환경을 보호할 수 있는 대안이 됩니다. 에너지 절약과 같은 일상적인 실천부터 정책적인 지지까지, 파국적인 결말을 막기 위해서는 기후 변화에 대한 선제적인 인식 변화와 적극적인 행동이 절실한 시점입니다. 기후 연구의 길은 순탄치 않으며 연구자 역시 수많은 슬럼프를 겪습니다. 인공지능에 대한 지식이 전무했던 상태에서 기후 데이터의 부족이라는 난관을 뚫고 네이처지에 논문을 게재하기까지의 과정은 끊임없는 도전의 연속이었습니다. 이러한 경험은 후학들을 지도할 때 단순한 지식 전달을 넘어 깊은 공감과 위로를 나누는 밑거름이 됩니다. 지도교수라는 권위보다는 선배의 마음으로 연구의 방향을 함께 고민하고 슬럼프 극복을 도울 때, 기후 위기를 해결할 혁신적인 아이디어와 연구 성과도 지속적으로 탄생할 수 있을 것입니다.

함유근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[ENG2-1] Post COVID-19: Platform City_The Way to Take Center Stage Beyond Overcoming the Crisis | 2세션 ⑤

포스트 코로나 시대는 디지털 전환의 가속화와 인구 구조의 급격한 변화라는 거대한 도전에 직면해 있습니다. 이제 1인 기업이 전체 사업체의 절반을 차지하는 시대가 도래하며 고용의 형태가 근본적으로 변화하고 있습니다. 또한 평균 수명이 120세까지 연장됨에 따라 은퇴 이후의 삶이 길어지는 반면, 대도시의 높은 생활비와 통근 시간은 젊은 세대에게 큰 부담이 되고 있습니다. 이러한 부의 불평등과 고용 불안정은 우리 사회가 해결해야 할 시급한 과제이며, 위기를 기회로 바꾸기 위한 새로운 국가적 돌파구가 필요한 시점입니다. 미래의 리더가 되기 위해서는 지식을 핵심 기반 시설로 삼는 디지털 뉴딜을 추진해야 합니다. 과거 산업 사회에서 철도와 도로가 중요했다면, 디지털 시대에는 5G와 저궤도 위성을 통한 초연결 네트워크가 국가 경쟁력의 원천이 됩니다. 우리는 공공 데이터와 교육 자료를 통합하여 누구나 저렴하게 접근할 수 있는 지식 공유 플랫폼을 구축해야 합니다. 특히 세계적인 석학들의 강의를 다국어로 제공하는 온라인 플랫폼을 만든다면, 한국은 전 세계 학생들이 모여드는 지식 사회의 선두 주자로 도약하며 교육의 패러다임을 바꿀 수 있을 것입니다. 정부 시스템 역시 인공지능(AI)과 블록체인을 결합한 디지털 정부로 진화해야 합니다. 모든 공공기관의 웹사이트와 행정 서비스를 인공지능(AI)으로 통합하고 공문서를 블록체인에 기록함으로써 행정의 효율성과 신뢰성을 극대화할 수 있습니다. 데이터는 4차 산업혁명의 쌀이며, 개인정보를 보호하면서도 의료와 산업 분야에서 데이터를 자유롭게 교환할 수 있는 체계를 마련하는 것이 필수적입니다. 이를 통해 집 근처 거점 오피스에서 업무를 수행하는 스마트 워크 환경을 조성한다면, 일과 삶의 균형을 맞추는 동시에 새로운 산업 생태계를 창출할 수 있습니다. 기후 변화 대응은 더 이상 선택이 아닌 생존의 문제입니다. 우리는 그린 뉴딜을 통해 탄소 중립을 실현하고 친환경 에너지 강국으로 거듭나야 합니다. 도심 하천을 정비하여 생태계를 회복시키고, 승용차는 전기차로, 대형 차량은 수소차로 전환하는 과감한 모빌리티 혁신이 필요합니다. 또한 대규모 해상 풍력 발전소 건설과 도심 건물 옥상을 활용한 태양광 패널 설치를 통해 지속 가능한 청정에너지를 확보해야 합니다. 이러한 에너지 전략은 환경을 보호할 뿐만 아니라 미래 산업의 주도권을 확보하는 핵심적인 발판이 될 것입니다. 마지막으로 생명공학 분야의 우수한 인재들이 IT 기술과 협력하여 바이오 산업의 새로운 지평을 열어야 합니다. 마이크로바이옴과 같은 고부가가치 산업을 육성하고, 지역 소도시들을 특정 분야에 특화된 혁신 도시로 발전시켜야 합니다. 네덜란드의 바헤닝언처럼 작지만 강한 도시들이 네트워크로 연결될 때, 대도시 집중 문제를 해결하고 젊은이들이 꿈을 펼칠 수 있는 터전이 마련될 것입니다. 우리가 글로벌 역량을 강화하고 아시아의 비즈니스 허브로 거듭난다면, 대한민국은 포스트 코로나 시대의 진정한 글로벌 리더로 우뚝 설 것입니다.

이광재

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[석학인터뷰] 안광석_바이러스&면역학과 함께 걸어온 길

생명과학 연구의 궁극적인 목적은 인류의 건강 증진과 질병 예방에 있습니다. 특히 면역학은 모든 감염성 질환과 암 치료의 핵심이 되는 분야로, 그중에서도 바이러스 연구는 우리가 끝까지 도전해야 할 과제입니다. 과학자로서 자신의 연구 결과가 세계적인 교과서에 실리는 것은 그 원리가 학계에서 공식적으로 입증되었음을 의미하며 가장 큰 보람을 느끼는 순간입니다. 비록 연구 환경의 제약으로 인해 특정 바이러스 연구에 한계가 있을지라도, 기초 연구를 통해 발견한 원리들은 향후 치료제 개발의 중요한 토대가 됩니다. 바이러스의 확산은 환경 생태계와 밀접한 관련이 있습니다. HIV가 원숭이로부터 유래했듯, 자연 서식지가 파괴되고 인간과 동물의 접촉이 빈번해지면서 새로운 감염병이 인류를 위협하게 되었습니다. 또한 지구온난화로 인한 기후 변화는 아열대성 기후를 확산시켜, 과거에는 특정 지역에만 머물던 모기 매개 바이러스들이 전 세계로 창궐할 가능성을 높이고 있습니다. 따라서 환경 보존과 기후 변화 대응은 단순히 생태계 보호를 넘어 인류의 생존을 위한 필수적인 방역 대책이라고 할 수 있습니다. 전통적인 백신 개발 방식은 유정란을 이용하기 때문에 대량 생산에 시간이 오래 걸리고 급변하는 바이러스 변이에 대응하기 어렵습니다. 하지만 인공지능 기술을 활용하면 유행할 바이러스를 정밀하게 예측하고 백신을 설계하는 데 큰 도움을 받을 수 있습니다. 특히 mRNA 백신은 병원체의 염기 서열만 알면 즉시 설계가 가능하며, 기존 단백질 백신보다 생산 속도가 빠르고 경제적이라는 장점이 있습니다. 이러한 기술적 진보는 만능 인플루엔자 백신 개발과 같은 난제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 최근 주목받는 유전자 가위 기술은 만성 감염 바이러스 치료에 새로운 가능성을 제시합니다. HIV나 헤르페스처럼 체내에 잠복하는 바이러스의 유전체를 직접 절단하여 제거하는 전략은 이론적으로 충분히 가능합니다. 다만, 바이러스가 감염된 특정 세포만을 정확하게 찾아내어 유전자 가위를 전달하는 기술적 장벽을 극복하는 것이 관건입니다. 이를 위해서는 기초 과학 연구뿐만 아니라 임상 전문가들과의 다학제적 협업이 필수적이며, 영장류 모델 등을 활용한 정교한 검증 과정을 거쳐 실제 치료제로 발전시켜 나가야 합니다. 인류가 미생물을 완전히 정복하고 이기는 전략은 현실적으로 불가능에 가깝습니다. 바이러스와 세균은 인류보다 훨씬 오래전부터 지구에 존재해 왔으며, 그들의 변이와 진화 속도는 인간의 대처 능력을 상회하기 때문입니다. 따라서 우리는 바이러스를 박멸의 대상으로만 보기보다, 그들의 습성을 이해하고 피해를 최소화하는 공존의 지혜를 발휘해야 합니다. 치료제 개발과 더불어 바이러스와의 사회적 거리두기, 위생 수칙 준수와 같은 인간 행동의 변화가 병행될 때 비로소 지속 가능한 건강 사회를 구현할 수 있습니다.

안광석

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[생존과학] 기후변화, 생존이 걸린 문제!

최근 호주에서 발생한 대형 산불은 기후변화의 심각성을 여실히 보여주는 사례입니다. 무려 다섯 달 동안 지속된 이 화재로 인해 한국보다 넓은 면적이 소실되었고, 수많은 야생동물이 목숨을 잃었습니다. 전문가들은 이러한 기상이변의 주요 원인으로 기후변화를 지목하고 있습니다. 지구가 점차 건조해지면서 한 번 발생한 불길이 쉽게 잡히지 않는 환경이 조성된 것입니다. 이제 기후변화는 먼 미래의 이야기가 아니라 우리의 생존을 위협하는 현실로 다가와 있습니다. 기후변화의 근본적인 원인은 산업혁명 이후 급증한 인류의 화석연료 사용에 있습니다. 석탄과 석유의 연소 과정에서 배출되는 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스는 지구의 온도를 높이는 주범입니다. 실제로 미국 해양대기청의 자료에 따르면, 대기 중 이산화탄소 농도는 산업화 이전보다 약 1.5배 가까이 증가했습니다. 이러한 데이터는 현재의 지구온난화가 자연적인 변화가 아닌 명백한 인류 활동의 결과임을 입증하며, 우리가 직면한 문제의 본질을 명확히 보여줍니다. 지구가 더워지는데 겨울철 한파가 심해지는 현상은 이른바 '온난화의 역설'로 설명됩니다. 북극 빙하가 녹으면 태양열 흡수량이 늘어나 극지방의 기온이 상승하게 됩니다. 이로 인해 북극의 찬 공기를 가두어 두던 제트기류의 힘이 약해지면서, 마치 느슨해진 고무줄 사이로 찬 공기가 새어 나오듯 중위도 지역까지 한기가 내려오는 것입니다. 결국 겨울철의 기록적인 추위 역시 지구온난화가 만들어낸 기상이변의 한 단면이며, 생태계의 균형이 무너지고 있다는 강력한 신호입니다. 국제사회는 지구 평균 온도 상승 폭을 산업화 이전 대비 1.5도 이내로 제한하기 위해 노력하고 있습니다. 단 0.5도의 차이가 작아 보일 수 있지만, 이는 생태계에 엄청난 영향을 미칩니다. 온도 상승을 1.5도로 억제할 경우 해수면 상승을 10cm가량 낮출 수 있어 수천만 명의 거주지를 보호할 수 있습니다. 또한 산호초의 멸종 가능성을 줄이고 북극 빙하가 완전히 사라지는 빈도를 획기적으로 낮출 수 있습니다. 0.5도는 단순한 숫자가 아니라 지구 생명체의 생존을 결정짓는 임계점입니다. 기후변화를 극복하기 위해서는 우리 개개인의 사소한 실천이 무엇보다 중요합니다. 일주일에 하루만 운전을 쉬어도 연간 상당량의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있으며, 일회용 컵 대신 텀블러를 사용하는 습관은 나무를 심는 것과 같은 효과를 냅니다. 또한 실내 온도를 적절히 유지하는 것만으로도 에너지 소비를 크게 절감할 수 있습니다. 우리가 기후변화의 원인인 만큼, 변화를 만들어낼 주체 역시 우리 자신입니다. 미래 세대에게 아름다운 지구를 물려주기 위한 행동을 지금 당장 시작해야 합니다.

카오스재단술술과학

지구환경과학

[석학인터뷰] 박록진_ 미세먼지, 지구 시스템에도 영향을 줍니다 | 2020 서울대 자연과학대 공개강연 '과학으로 살아남기'

미세먼지는 대기 중에 떠다니는 입자 중 크기가 매우 작은 것을 의미하며, 우리 건강에 심각한 위협이 됩니다. 일반적인 먼지는 코나 목, 기관지 등 호흡기계에서 대부분 여과되지만, 미세먼지는 그 크기가 너무 작아 여과되지 않고 폐 깊숙한 곳까지 침투합니다. 심지어 혈관을 타고 들어가 뇌까지 도달할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 대중의 불안감은 더욱 커지고 있습니다. 이러한 물리적 특성 때문에 미세먼지는 단순한 환경 문제를 넘어 생존을 위협하는 요인으로 인식되고 있으며, 과학계에서도 그 유해성을 심도 있게 연구하고 있습니다. 대중의 인식과 달리 통계적으로 미세먼지의 연평균 농도는 과거에 비해 점차 줄어들고 있는 추세입니다. 하지만 국민들이 체감하는 오염도는 오히려 심해졌다고 느끼는 경우가 많은데, 이는 일평균 고농도 수치가 나타나는 빈도나 최고 농도 기록이 최근 들어 증가했기 때문입니다. 즉, 전반적인 공기 질은 개선되고 있으나 극심한 오염이 발생하는 날이 강렬하게 기억에 남으면서 인식의 간극이 발생하는 것입니다. 이러한 현상의 원인을 규명하기 위해서는 기상 조건과 대기 흐름에 대한 정밀한 과학적 분석이 필요하며, 이를 통해 정확한 정보를 전달하는 것이 중요합니다. 미세먼지는 단순히 시정 장애를 유발하는 것을 넘어 지구의 에너지 균형과 기후 변화에도 밀접한 영향을 끼칩니다. 대기 중의 미세먼지는 수증기가 응결될 수 있는 응결핵 역할을 하여 구름 생성에 관여하며, 햇빛을 산란시켜 지표면에 도달하는 에너지를 변화시킵니다. 이러한 문제는 주로 화석 연료의 과도한 사용에서 비롯되므로, 기후 변화 대응과 미세먼지 저감은 같은 맥락에서 다루어져야 합니다. 국가적 차원의 협의체 구성과 과학적 데이터 축적을 통해 오염원의 이동 경로를 파악하고, 기업과 개인이 함께 화석 연료 소비를 줄여나가는 실천이 문제 해결의 근본적인 열쇠가 될 것입니다.

박록진

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 미래의 기원 (4) _ by이관수 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 10강 | 10강 ④

미래는 고정된 종착역이 아니라 우리가 끊임없이 만들어가는 과정입니다. 많은 이들이 미래를 절대적인 시간의 흐름으로 보지만, 사실 미래는 다양한 행위자들이 복잡하게 얽혀 상호작용하는 상대적인 영역입니다. 계획대로만 흘러가지 않는 미래야말로 오히려 우리가 기대할 만한 가치가 있는 세상일지도 모릅니다. 우리가 현재의 시점에서 마감을 설정하고 백캐스팅하며 삶을 꾸려가듯, 미래 또한 고정된 틀에 얽매이지 않고 유연하게 변화할 수 있는 가능성의 공간임을 인식하는 것이 중요합니다. 지구가 위기에 처했다는 진단은 사실 인간 중심적인 사고에서 비롯된 것일 수 있습니다. 지구의 긴 역사 속에서 환경은 끊임없이 변해왔으며, 생명체는 그 가혹한 변화 속에서도 끈질기게 살아남았습니다. 하지만 현재의 급격한 기후 변화가 인간의 활동에 의한 것이라는 점은 과학적으로 부정할 수 없는 사실입니다. 우리가 당장의 생계에 매몰되어 필요한 변화를 뒤로 미루는 '기든스의 역설'에 빠져 있다면, 인류의 생존을 위해 대대적인 각성과 공동의 노력이 절실히 필요한 시점입니다. 인공지능이 인간을 지배할 것이라는 공포는 기술 발전에 대한 기대와 불안이 공존하는 현대인의 심리를 반영합니다. 하지만 진정한 지능을 가진 존재가 굳이 인간을 지배하려 할 것인가에 대해서는 의문을 던져볼 필요가 있습니다. 지배와 피지배라는 계급 구조 자체가 인간만의 특수한 관념일 수 있기 때문입니다. 기술의 위험성을 경계하는 입장과 혜택을 중시하는 자유로운 입장이 대립하는 가운데, 우리는 자만심을 버리고 기술과 지혜롭게 공존할 수 있는 사회적 틀을 고민해야 합니다. SF에서 묘사되는 과학적 설정이 반드시 현실의 이론과 완벽하게 일치해야 하는 것은 아닙니다. 문학으로서의 가치는 과학적 정확성보다는 그 속에 담긴 예술적 아름다움과 인간에 대한 깊은 통찰력에 있습니다. 때로는 상상이 과학보다 앞서기도 하고, 과학적 발견이 소설의 소재가 되어 대중에게 전달되기도 합니다. 중요한 것은 과학과 SF가 서로를 비추는 거울 역할을 하며 인류의 상상력을 확장시킨다는 점입니다. 과학적으로 불가능해 보이는 설정이라도 훌륭한 문학적 성취를 이룬다면 그 자체로 의미가 큽니다. 과거의 과학을 공부하는 과학사는 단순히 옛날이야기를 들춰보는 학문이 아닙니다. 미래에 대한 확실한 데이터가 없는 상황에서 과거와 현재를 비교하는 과정은 우리가 무엇을 놓치고 있는지 깨닫게 해주는 소중한 기회가 됩니다. 과거의 예측이 빗나간 수많은 사례를 살펴보며 현재의 오만을 경계하고, 과학이 발전해온 궤적을 통해 미래를 조망할 수 있는 단서를 얻을 수 있습니다. 과학사는 미래를 정확히 예언하는 도구라기보다, 현재의 위치를 더 깊이 이해하게 만드는 지적인 거울과 같습니다. 과학은 모든 문제를 해결해 주는 전지전능한 도구가 아닙니다. 자연 현상을 설명하고 증명하는 데 강력한 힘을 발휘하지만, 인간의 믿음이나 형이상학적인 영역까지 모두 포괄할 수는 없습니다. 과학에 대해 지나친 기대를 하기보다는 그 한계를 명확히 이해할 때, 오히려 과학이 가진 진정한 가치와 능력을 발견할 수 있습니다. 과학을 공부하는 목적은 모든 이가 전문가가 되기 위함이 아니라, 우리 삶을 풍요롭게 만드는 하나의 흥미로운 분야로서 그 즐거움을 함께 공유하고 세상을 바라보는 시야를 넓히는 데 있습니다. 미래를 다루는 SF는 사회적 약자나 젠더 문제와 같은 현실의 첨예한 이슈들에 민감하게 반응하며 발전해 왔습니다. SF는 단순히 기술적 진보를 예언하는 장르가 아니라, 변화하는 세상 속에서 인간의 가치와 권리를 끊임없이 질문하는 인문학적 장르이기도 합니다. 낯선 환경과 설정을 통해 우리가 당연하게 여겼던 편견을 자각하게 하고, 더 나은 공동체를 향한 상상을 가능하게 합니다. 과학적 사고와 인문학적 통찰이 만나는 지점에서 우리는 비로소 더 넓고 깊은 시야로 다가올 미래를 마주할 수 있게 됩니다.

강윤재, 이관수, 정소연

카오스재단카오스강연

물리학
융합

[강연] 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라 (3) _ by국종성 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강 | 7강 ③

기후 시스템에서 '티핑 포인트'란 물이 100도에서 끓기 시작하듯, 서서히 변화하던 시스템이 어느 순간 급격하고 돌이킬 수 없는 상태로 접어드는 지점을 의미합니다. 이는 마치 공이 담긴 바구니가 기울어지다 결국 옆 바구니로 옮겨가는 과정과 같습니다. 일단 이 지점을 넘어서면 우리가 이전에 경험하지 못했던 전혀 새로운 기후 환경이 펼쳐지게 됩니다. 과학자들은 이를 하나의 안정 상태에서 다른 상태로 전이되는 결정적인 찰나로 정의하며, 지구 시스템의 급격한 변화를 경고하고 있습니다. 현재 기후 과학계에서 주목하는 티핑 포인트의 임계 온도는 지구 평균 기온 상승 폭 1.5도에서 2도 사이입니다. 이는 단순히 특정 지역의 날씨 변화가 아니라 지구 전체의 평균적인 에너지 균형이 무너지는 시점을 뜻합니다. 유엔 산하 기구인 IPCC는 이 수치를 논의의 기준점으로 삼아 기후 변화의 위험성을 경고하고 있습니다. 비록 정확한 지점에 대한 논란은 있으나, 온난화가 진행될수록 예상치 못한 급격한 변화가 일어날 가능성이 커진다는 점에는 대다수의 전문가가 동의하고 있습니다. 과거 지구는 태양 활동의 변화에 따라 수만 년에 걸쳐 서서히 빙하기와 간빙기를 오갔습니다. 하지만 현대의 기후 변화는 인간 활동에 의한 온실가스 배출이라는 강력한 외력이 작용하면서 그 속도가 유례없이 빨라졌습니다. 자연적인 변동성의 범위를 넘어선 인위적인 압력은 지구라는 시스템을 탁자 끝으로 밀어내는 힘과 같습니다. 이러한 급격한 변화는 지구가 스스로 적응하고 회복할 시간을 주지 않으며, 결과적으로 티핑 포인트에 도달하는 시점을 앞당기는 결정적인 원인이 되고 있습니다. 지구 시스템의 견고함에 대해서는 전문가들 사이에서도 의견이 나뉩니다. 한쪽에서는 지구가 작은 외력에도 쉽게 깨질 수 있는 연약한 시스템이라고 주장하는 반면, 다른 쪽에서는 수만 년의 역사 속에서 거대한 변화를 견뎌온 강인한 회복력을 강조합니다. 실제로 빙하기와 간빙기 사이의 큰 온도 차이에도 지구는 생태계를 유지하며 버텨왔습니다. 그러나 현재의 온난화 속도가 과거의 자연적 변화보다 훨씬 빠르다는 점은 지구가 가진 음의 피드백, 즉 스스로를 치유하는 능력이 한계에 다다를 수 있다는 우려를 낳습니다. 기후 과학자들은 이러한 복잡한 지구의 미래를 예측하기 위해 방대한 관측 자료와 기후 모델을 활용합니다. 위성과 부표 등을 통해 수집된 대기, 해양, 육지의 데이터를 분석하고, 이를 물리 방정식으로 변환하여 슈퍼컴퓨터로 계산합니다. 지구를 수많은 격자로 나누어 각 지점에서의 변화를 시뮬레이션함으로써 이산화탄소 농도 증가에 따른 미래의 모습을 그려내는 것입니다. 비록 모든 물리 현상을 완벽히 이해할 수는 없기에 불확실성이 존재하지만, 이는 인류가 미래 기후에 대비할 수 있는 가장 과학적인 도구입니다. 만약 영화처럼 기후 재앙이 닥친다면 지구는 다시 회복될 수 있을까요? 화산 폭발 사례에서 보듯 지구는 에너지를 우주로 방출하며 스스로 온도를 낮추는 회복 기제를 갖추고 있습니다. 하지만 이산화탄소는 한 번 배출되면 대기 중에 오래 머물며 지속적으로 영향을 미치기 때문에 회복에 수백 년에서 수만 년이 걸릴 수도 있습니다. 더욱이 회복된 지구가 지금과 같은 모습일지는 장담할 수 없습니다. 열대 지역이 확장되거나 사막화가 심화된, 인류에게 낯선 새로운 안정 상태로 변모할 가능성도 존재하기 때문입니다. 기후 변화를 막기 위한 공학적 대안으로 '지구 공학'이 논의되기도 합니다. 성층권에 에어로졸을 뿌려 태양광을 차단하거나 바다에 철분을 뿌려 플랑크톤을 증식시키는 방식 등이 대표적입니다. 그러나 이러한 기술적 개입은 생태계 파괴나 국제적 분쟁과 같은 예상치 못한 부작용을 초래할 위험이 큽니다. 결국 가장 근본적이고 안전한 해결책은 티핑 포인트에 도달하기 전에 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄이는 것입니다. 지구가 스스로의 회복력을 잃기 전에 인류의 적극적인 노력이 절실한 시점입니다.

국종성, 예상욱, 최용상

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라 (1) _ by국종성 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강 | 7강 ①

기후 변화는 흔히 아주 천천히 진행되는 현상으로 여겨지지만, 과학계에서는 지구가 어느 순간 급격하게 변할 수 있다는 '티핑 포인트' 개념에 주목하고 있습니다. 영화 '설국열차'나 '인터스텔라'에서 묘사된 낯선 지구의 모습은 단순한 상상력이 아니라, 우리가 마주할 수 있는 현실적인 미래일지도 모릅니다. 이러한 급격한 변화는 인류에게 거대한 위협이 될 수 있지만, 그 이면에는 흥미로운 과학적 원리들이 숨어 있습니다. 우리는 극한의 환경 변화 가능성을 충분히 이해하고 연구함으로써, 다가올 미래를 대비할 소중한 시간을 벌 수 있습니다. 최근 100여 년간의 기상 관측 기록을 살펴보면 지구의 온도는 꾸준히, 그리고 최근 들어서는 매우 급격하게 상승하고 있습니다. 특히 2016년은 관측 역사상 가장 뜨거웠던 해로 기록되었으며, 상위 기록 대부분이 21세기에 집중되어 있다는 사실은 온난화의 심각성을 여실히 보여줍니다. 엘니뇨와 같은 자연적인 기후 변동이 온난화 추세와 결합하면서 특정 시기에는 온도가 정체되는 것처럼 보이기도 하지만, 전체적인 흐름은 명확합니다. 산업혁명 이후 인간 활동에 의한 온실가스 배출은 이제 부인할 수 없는 기후 변화의 핵심 원인이 되었습니다. 지구 온난화의 가장 가시적인 증거는 전 세계 곳곳에서 빙하가 사라지고 있다는 점입니다. 과거 1900년대 초반과 현재의 사진을 비교해 보면, 거대한 빙하가 있던 자리가 호수로 변하거나 메마른 산등성이가 드러난 모습을 쉽게 발견할 수 있습니다. 이러한 빙하의 소멸은 단순히 경관의 변화에 그치지 않고 해수면 상승이라는 직접적인 위협으로 이어집니다. 지난 100년 동안 전 지구 평균 해수면은 약 20cm 상승했으며, 최근에는 그 속도가 더욱 빨라지고 있습니다. 이는 해안가 저지대 국가들에게는 생존이 걸린 기후 난민 문제로 직결되고 있습니다. 해수면 상승의 원인은 크게 두 가지로, 육지 빙하의 유입과 바닷물의 열팽창입니다. 지구 해양의 평균 깊이가 약 4,000m에 달하기 때문에, 해수 온도가 올라가 물이 아주 미세하게만 팽창해도 전체 해수면은 수십 미터 이상 상승할 수 있는 잠재력을 가집니다. 특히 남극과 그린란드의 거대한 육지 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 최대 120m까지 높아질 수 있다는 계산이 나옵니다. 반면 북극의 해빙은 이미 바다에 떠 있는 상태라 녹더라도 수위에 직접적인 영향을 주지 않는데, 이는 기후 시스템의 복잡하고도 정교한 원리를 잘 보여주는 사례입니다. 온난화는 단순히 평균 기온을 높이는 것에 그치지 않고, 기후의 변동성을 키워 이상 기후의 빈도와 강도를 강화합니다. 지구가 진자 운동을 한다고 가정할 때, 평균 온도의 상승은 진자의 축이 이동하는 것이며 변동성의 확대는 진폭이 커지는 것과 같습니다. 이로 인해 과거에는 드물었던 극심한 폭염, 가뭄, 산불과 같은 극한 현상들이 이제는 일상적인 위협이 되고 있습니다. 인간 활동이 이러한 재난을 직접적으로 창조하는 것은 아니지만, 발생 가능성을 현저히 높이고 있다는 점에서 우리는 기후 변화에 대한 경각심을 늦추지 말아야 합니다.

국종성

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지구환경과학

[강연] 인류세 & 초인류 | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 2부 | 2부 ①

인류세는 인간의 활동이 지구 환경 변화의 주된 원인이 되는 새로운 지질 시대를 의미합니다. 과거 80만 년 동안 대기 중 이산화탄소 농도는 일정 범위를 유지해 왔으나, 최근 150년 사이 그 수치는 전례 없는 속도로 급증했습니다. 빙하 속에 갇힌 고대 공기를 분석한 결과, 현재의 변화는 자연적인 변동 폭을 훨씬 뛰어넘는 수준임이 드러났습니다. 이는 인류가 지구 시스템에 막대한 영향력을 행사하고 있음을 보여주는 명백한 증거이며, 우리가 직면한 기후 위기의 심각성을 일깨워 줍니다. 기온 상승으로 인한 빙하의 소멸은 해수면 상승이라는 거대한 재앙을 예고하고 있습니다. 남극과 그린란드의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 약 64미터나 상승할 수 있으며, 이는 인류 문명의 지도를 완전히 바꿀 정도의 규모입니다. 더욱 우려스러운 점은 탄소 배출을 당장 중단하더라도 대기 중 농도와 기온, 해수면의 변화는 수백 년간 지속되는 관성이 있다는 사실입니다. 우리는 이제 과학적 해결책을 넘어 세대 간, 국가 간의 갈등을 조율해야 하는 복합적인 윤리적 과제에 직면해 있습니다. 자연의 진화가 유전자 복제를 위한 맹목적인 과정이었다면, 초인류의 등장은 인간이 스스로의 행복과 운명을 결정하겠다는 의지를 반영합니다. 유전자 가위 기술의 발전은 유전병 치료를 넘어 외모나 지능을 선택하는 '맞춤형 아기'에 대한 논의로 이어지고 있습니다. 비록 현재는 기술적 한계와 법적 규제가 존재하지만, 인간 배아의 유전자를 교정하는 행위는 다음 세대까지 영구적인 영향을 미친다는 점에서 신중한 접근이 필요합니다. 이는 단순한 과학 기술의 문제를 넘어 사회적 합의가 선행되어야 할 중대한 사안입니다. 인공지능이 인간의 인지 능력을 모든 분야에서 뛰어넘는 지점인 기술적 특이점에 도달하면 초지능의 시대가 열릴 것입니다. 초지능은 불치병 치료나 에너지 문제와 같은 인류의 난제를 해결할 열쇠가 될 수도 있지만, 동시에 통제권을 상실할 경우 심각한 위협이 될 수도 있다는 우려를 낳고 있습니다. 현재의 인공지능은 인간의 뇌를 그대로 모방하기보다는 방대한 데이터와 고성능 하드웨어를 기반으로 독자적인 문제 해결 방식을 구축하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 우리가 우주의 본질을 이해하는 데 새로운 패러다임을 제시할 것입니다. 초지능의 구현은 단순히 기술적인 성취에 머물지 않고 보안, 법률, 윤리 등 사회 전반의 시스템 변화를 요구합니다. 자율주행 자동차가 사고를 냈을 때의 책임 소재나 위급 상황에서의 윤리적 판단 기준은 인공지능이 해결해야 할 복잡한 숙제입니다. 인공지능의 발전 속도는 과거의 경험을 토대로 예측하기 어려울 만큼 급진적일 가능성이 높습니다. 따라서 우리는 기술이 가져올 미래를 막연하게 기다리기보다, 인간과 기술이 공존할 수 있는 제도적 장치와 철학적 토대를 미리 준비하는 자세를 가져야 합니다.

안진호, 조성배

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물리학
지구환경과학
수학

[강연] 왜 지구인가? (2) _ 이강근, 이상묵 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ②

지구 내부는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 뜨겁고 거대한 에너지를 품고 있습니다. 수만 개의 관측 자료를 통해 분석한 결과, 지구 중심부의 온도는 섭씨 5,000도에서 6,000도에 달하며 여기서 방출되는 열류량은 무려 44~47테라와트에 이릅니다. 지구가 보유한 전체 내부 에너지는 인류가 수백만 년 동안 사용할 수 있는 양보다 훨씬 많으며, 현재의 냉각 속도로는 70억 년이 지나도 완전히 식지 않을 것으로 보입니다. 이러한 막대한 에너지는 지진이나 화산 활동의 근원이 되지만, 지구 전체가 가진 에너지 규모에 비하면 거대한 지진조차 아주 작은 일부에 불과할 정도로 압도적입니다. 지구의 겉을 감싸고 있는 암석은 열전도도가 매우 낮아 내부의 열이 밖으로 쉽게 빠져나가지 못하게 막아주는 역할을 합니다. 이로 인해 지구 내부에서는 열을 분산시키기 위한 거대한 대류 현상이 일어나며, 그 위에 떠 있는 판들이 서로 부딪히고 이동하게 됩니다. 이러한 역동적인 움직임은 에베레스트나 알프스와 같은 거대한 산맥을 형성하고, 하와이나 제주도 같은 화산섬을 만들어내는 원동력이 됩니다. 비록 일 년에 몇 센티미터라는 느린 속도로 움직이지만, 수천만 년의 시간이 흐르면 대륙의 위치를 수천 킬로미터나 이동시킬 만큼 강력한 힘을 발휘하며 지구의 지형을 바꿉니다. 화산 활동은 인류에게 큰 위협이 되기도 하는데, 2010년 아이슬란드 화산 폭발은 유럽 전역의 항공 대란을 일으키며 그 위력을 실감케 했습니다. 특히 일본의 온타케 화산 사례처럼 철저한 모니터링 속에서도 예기치 못한 폭발이 발생해 인명 피해를 주기도 합니다. 우리에게는 백두산의 분화 가능성이 중요한 화두이며, 과거 946년경의 대분화는 인류를 위협할 수준인 슈퍼볼케이노에 근접한 규모였습니다. 2011년 동일본 대지진 당시 1,100km 떨어진 제주도의 지하수 수위가 2m나 출렁였던 사실은 지구 내부의 에너지가 얼마나 광범위하고 강력하게 연결되어 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 현재 인류는 지질학적 재해뿐만 아니라 기후 변화와 자원 고갈이라는 더 큰 위기에 직면해 있습니다. 인구 급증으로 인해 에너지와 식량, 물의 수요가 폭발적으로 늘어났고, 이는 온실가스 배출과 지하수 고갈로 이어지고 있습니다. 전 세계 68개의 지구 모델을 통한 시뮬레이션 결과, 각국이 탄소 감축 약속을 이행하더라도 지구 온도는 산업화 이전보다 상승할 것으로 예측됩니다. 특히 지구 온도가 2도 이상 상승하면 시베리아 동토의 메탄 방출과 남극 빙하 해빙 등 우리가 제어할 수 없는 연쇄적인 위기가 닥칠 수 있다는 경고가 이어지고 있어 마지노선을 지키기 위한 노력이 절실합니다. 지구상의 물 부족 현상은 이미 심각한 수준으로, 인도와 캘리포니아, 중국 등지에서는 지하수 수위가 급격히 낮아지고 있습니다. 이러한 문제는 특정 국가의 노력만으로는 해결할 수 없는데, 기후 변화와 자원 문제는 국경이 없는 전 지구적인 사안이기 때문입니다. 예를 들어 특정 지역의 농업 용수 부족은 전 세계적인 식량 파동으로 이어질 수 있으며, 이는 곧 인류 전체의 생존 문제와 직결됩니다. 결국 우리는 지구 내부의 역동적인 변화를 이해하는 것을 넘어, 인류가 직면한 환경적 한계를 극복하기 위해 글로벌 리더십을 발휘하고 공동의 대응책을 마련해야 하는 중요한 시점에 서 있습니다.

이강근, 이상묵

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지구환경과학

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (1) _ 김백민 극지연구소 책임연구원 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ①

과거 우리는 화석연료가 30년 내에 고갈될 것이라는 예측을 자주 접하며 자랐습니다. 하지만 기술의 비약적인 발전으로 시추 효율이 높아지면서 그 사용 기간은 계속 연장되었고, 이는 단순한 과학적 예측조차 얼마나 어려운지를 보여주는 사례가 되었습니다. 기후변화 문제는 화석연료 고갈보다 훨씬 더 복잡한 변수들이 얽혀 있어 예측이 더욱 까다롭습니다. 단순히 온도가 오르는 현상을 넘어, 지구 전체의 시스템이 어떻게 변화할지 정밀하게 분석하는 것은 현대 과학의 거대한 도전 과제입니다. 지구온난화라는 용어와 달리, 최근 겨울철에는 오히려 기록적인 한파와 폭설이 빈번하게 발생하고 있습니다. 2016년 북극은 관측 사상 가장 뜨거운 온도를 기록했지만, 같은 시기 제주도에는 2박 3일간 비행기가 결항될 정도의 이례적인 폭설이 내렸습니다. 미국 역시 영하 40도에 육박하는 체감 온도로 나이아가라 폭포가 얼어붙는 기현상을 겪었습니다. 이러한 역설적인 현상은 지구가 뜨거워지면서 발생하는 기상이변의 대표적인 사례로, 온난화가 단순히 따뜻해짐만을 의미하지 않음을 보여줍니다. 우리 머리 위 상공 10km에는 시속 300km에 달하는 강력한 바람인 제트기류가 1년 내내 흐르고 있습니다. 이 기류는 북극의 차가운 공기를 가두는 거대한 소용돌이 역할을 하며 지구의 기온 균형을 유지하는 핵심적인 장치입니다. 평상시 제트기류는 북극 주위를 띠처럼 빠르게 돌며 한기가 남쪽으로 내려오는 것을 막아주는 방벽 역할을 합니다. 하지만 기후변화로 인해 이 흐름의 강도가 변하게 되면, 우리가 사는 중위도 지역까지 북극의 강력한 한기가 직접적으로 쏟아져 내려오게 됩니다. 북극 해빙은 지난 수십 년간 급격히 감소해 왔으며, 특히 2000년대 이후로는 두꺼운 얼음이 사라지고 살얼음만 남는 등 그 속도가 더욱 빨라졌습니다. 얼음이 사라진 바다에서는 엄청난 양의 열과 수증기가 대기로 방출되는데, 이는 차가운 공기와 바닷물의 온도 차이 때문에 발생하는 현상입니다. 이 에너지는 대기층을 팽창시켜 제트기류를 약화시키고 뱀처럼 구불구불하게 요동치게 만듭니다. 결국 북극 온난화가 아이러니하게도 중위도 지역에 극심한 한파를 몰고 오는 근본적인 원인이 되는 것입니다. 지구의 날씨는 북극의 차가운 냉기와 적도의 따뜻한 열기가 충돌하며 만들어지는 역동적인 결과물입니다. 고기압과 저기압이라는 소용돌이는 남북의 에너지를 끊임없이 섞어주며 지구가 지나치게 뜨겁거나 차갑지 않게 조절하는 일종의 선물과 같은 역할을 합니다. 만약 이러한 순환이 없다면 극지방은 지금보다 훨씬 추워지고 적도는 생명이 살 수 없을 만큼 뜨거워졌을 것입니다. 기상이변은 이러한 지구의 자정작용이 한계에 부딪혔음을 알리는 경고이며, 우리는 이를 시스템 전체의 위기로 인식해야 합니다.

김백민

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지구환경과학

[강연] 인류세(인간세, Anthropocene) : 지구의 미래를 걱정한다 (1) 김경렬 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 | 9강 ①

인류세(Anthropocene)는 1995년 노벨 화학상 수상자인 파울 크루첸 교수가 제안한 개념으로, 인류의 활동이 지구 환경에 결정적인 영향을 미치기 시작한 새로운 지질 시대를 의미합니다. 약 만 년 전부터 시작된 홀로세가 안정적인 기후를 유지해 왔다면, 지난 200~300년 사이의 급격한 변화는 인류를 새로운 시대로 이끌었습니다. 이는 단순히 학술적인 용어를 넘어, 인간이 지구 시스템의 거대한 변화를 주도하는 주체가 되었음을 시사하며 우리가 직면한 환경 위기의 심각성을 일깨워줍니다. 1988년은 지구 환경 역사에서 매우 상징적인 해였습니다. 전 세계적인 가뭄과 홍수, 산불 등 기상 이변이 속출하면서 타임지는 '올해의 인물' 대신 '위험에 빠진 지구'를 올해의 행성으로 선정했습니다. 이러한 위기감 속에서 과학자들의 국제적 협력체인 IPCC가 탄생했으며, 이후 수차례의 보고서를 통해 기후 변화의 원인이 인류의 활동에 있음을 과학적으로 입증해 왔습니다. 이는 환경 문제가 특정 국가의 문제를 넘어 전 지구적 과제가 되었음을 보여주는 중요한 전환점이 되었습니다. 기후 변화를 입증하는 가장 강력한 증거 중 하나는 '킬링 곡선'입니다. 찰스 킬링은 하와이 마우나로아 관측소에서 대기 중 이산화탄소 농도를 정밀하게 측정하기 시작했습니다. 계절에 따라 식물의 광합성 작용으로 농도가 오르내리는 자연적인 신호 속에서도, 전체적인 농도는 매년 꾸준히 상승하고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 자연적인 변동 범위를 넘어서는 현상으로, 인류가 산업화 이후 화석 연료를 연소하며 배출한 탄소가 대기 중에 지속적으로 축적되고 있음을 명확히 보여주는 지표가 되었습니다. 과거의 기후 기록을 간직한 남극의 빙하는 인류세의 심각성을 더욱 극명하게 드러냅니다. 수천 미터 깊이의 빙하를 시추하여 그 속에 갇힌 고대 공기 방울을 분석한 결과, 지구의 이산화탄소 농도와 기온은 매우 밀접하게 연동되어 변화해 왔음을 알 수 있었습니다. 그러나 최근의 농도 상승 폭은 과거 그 어느 때보다 압도적으로 높으며, 상승 속도 또한 유례를 찾을 수 없을 만큼 빠릅니다. 이러한 데이터는 현재 우리가 겪고 있는 변화가 지구의 자연스러운 순환 과정이 아님을 과학적으로 뒷받침합니다. 현대 과학은 정교한 컴퓨터 모델링을 통해 기후 변화에 대한 인류의 기여도를 분석합니다. 자연적인 요인만을 고려했을 때와 인위적인 요인을 포함했을 때의 기후 변화를 시뮬레이션하여 실제 관측 자료와 비교하는 방식입니다. 실험 결과, 인류가 배출한 온실가스 효과를 제외하고는 현재의 급격한 기온 상승을 설명할 수 없다는 결론에 도달했습니다. 이러한 과학적 근거는 기후 변화 대응이 선택이 아닌 필수임을 강조하며, 국제 사회가 파리 협정과 같은 강력한 합의를 이끌어내는 결정적인 토대가 되었습니다. 인류세의 변화를 주도하는 온실가스는 이산화탄소뿐만이 아닙니다. 가축 사육의 급증으로 배출되는 메탄과 화학 비료 사용으로 발생하는 아산화질소 역시 지구 온난화와 오존층 파괴에 심각한 영향을 미칩니다. 특히 전 세계적으로 10억 마리가 넘는 소가 배출하는 메탄은 강력한 온실효과를 유발하며, 이는 인류의 식생활과 산업 구조가 지구 시스템과 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 보여줍니다. 이러한 다각적인 오염원들은 지구의 자정 능력을 위협하며 생태계의 균형을 무너뜨리는 원인이 됩니다. 오존층 파괴 문제는 몬트리올 의정서를 통한 국제적 공조로 회복의 길에 들어섰지만, 지구 온난화는 훨씬 복잡하고 어려운 과제입니다. 해수면 상승과 기상 이변은 이미 저지대에 거주하는 수많은 인구의 생존을 위협하고 있습니다. 지구 기온 상승 폭을 2도 이내로 제한하기 위해서는 현재의 탄소 배출량을 획기적으로 줄여야 하는 '노 리턴'의 기로에 서 있습니다. 인류세라는 이름이 멸종의 기록이 아닌, 지구와의 공존을 위한 지혜로운 전환점이 되도록 우리 모두의 결단과 행동이 필요한 시점입니다.

김경렬

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지구환경과학

[강연] 인류세(인간세, Anthropocene) : 지구의 미래를 걱정한다 (2) 김경렬 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 | 9강 ②

우리가 살고 있는 지구는 약 46억 년 전 태양계의 탄생과 함께 형성되었습니다. 오랜 시간 동안 정지해 있는 것처럼 보이지만, 지구는 판구조론에 의해 끊임없이 변화하는 역동적인 행성입니다. 지구 표층은 약 100km 두께의 여러 판으로 나뉘어 있으며, 이 판들은 GPS로 측정될 만큼 매년 조금씩 이동하고 있습니다. 이러한 움직임은 대륙의 위치를 바꾸고 지형을 형성하며, 오늘날 우리가 보는 아름다운 지구의 모습을 만들어낸 근본적인 동력이 되었습니다. 약 2억 5천만 년 전 중생대가 시작될 무렵, 지구의 대륙들은 지금과는 전혀 다른 배치를 하고 있었습니다. 당시의 특징 중 하나는 광범위하게 분포했던 따뜻하고 얕은 바다였습니다. 이곳에서 번성했던 해양 생물의 사체는 오랜 세월을 거쳐 오늘날 인류가 사용하는 소중한 에너지 자원인 석유가 되었습니다. 현재 특정 지역에서 석유가 집중적으로 채굴되는 이유는 바로 과거의 지질학적 환경이 자원 형성의 최적 조건을 갖추었기 때문입니다. 지구 역사의 큰 전환점은 약 6,500만 년 전 운석의 충돌과 함께 찾아왔습니다. 직경 10~15km에 달하는 운석은 지구에 막대한 충격을 주었으며, 이는 공룡의 멸종과 포유류 시대의 개막을 알리는 신호탄이 되었습니다. 과학자들은 해저 퇴적물 속에서 당시의 운석 파편을 발견함으로써 이 사건을 명확한 사실로 입증했습니다. 이 충격 이후 지구는 신생대로 접어들며 오늘날의 생태계와 지형적 기틀을 마련하는 중요한 변화의 과정을 겪게 됩니다. 신생대에는 대륙의 이동이 기후 체계에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 남극 대륙이 고립되며 거대한 해류 순환이 생겨났고, 인도 대륙의 북상으로 히말라야 산맥과 티베트 고원이 형성되었습니다. 특히 약 300만 년 전 북미와 남미 대륙이 연결되면서 대서양의 해류 순환이 바뀌었고, 이는 유럽 지역을 따뜻하게 만드는 등 전 지구적 기후 안정을 가져왔습니다. 해류 순환은 지구의 온도를 조절하는 핵심적인 역할을 수행하며 빙하기와 간빙기의 주기를 결정짓습니다. 지구는 밀란코비치 주기에 따라 태양 에너지를 받는 양이 변하며 주기적인 빙하기를 겪어왔습니다. 약 2만 년 전 마지막 빙하기에는 해수면이 지금보다 120m나 낮아 황해가 육지였던 시기도 있었습니다. 약 1만 년 전부터 시작된 홀로세는 인류 문명이 꽃피우기에 가장 적합한 환경을 제공했습니다. 하지만 최근 200여 년간 인류의 활동은 지구 환경을 급격히 변화시키고 있으며, 이는 우리가 '인류세'라는 새로운 시대적 과제에 직면하게 된 이유입니다.

김경렬

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지구환경과학

[강연] 인류세(인간세, Anthropocene) : 지구의 미래를 걱정한다 (3) 김경렬 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 | 9강 ③

인류가 지구 환경에 미치는 영향을 과학적으로 분석하기 위해 IPCC는 탄소 수지를 작성했습니다. 1990년대 기준으로 전 세계 인구는 1인당 연간 약 1톤의 탄소를 배출하는 것으로 나타났습니다. 바다와 삼림이 탄소를 흡수하며 정화 노력을 기울이고 있지만, 인위적인 배출량을 모두 감당하기에는 역부족인 상황입니다. 결국 흡수되지 못한 탄소는 대기 중에 남아 농도를 높이며 지구 온난화를 가속하는 주요 원인이 되고 있습니다. 탄소 배출량은 국가의 경제 수준과 밀접한 관련이 있습니다. 과거에는 선진국 위주로 배출이 이루어졌으나, 최근에는 중국과 인도 같은 국가들이 경제 성장을 이루며 배출량이 급격히 증가했습니다. 이는 모든 사람이 잘살고자 하는 욕구와 연결되어 있어 단순히 비난하기 어려운 문제입니다. 인구 분포와 탄소 배출 지도를 비교해 보면 부의 불균형이 환경에 미치는 영향이 얼마나 큰지 명확하게 드러납니다. 기후 위기를 해결하기 위해서는 전력 생산 방식의 근본적인 변화가 필요합니다. 화석 연료를 대체할 태양광, 풍력, 조류 발전 등 재생 에너지 기술을 발전시켜야 합니다. 과거에는 원자력 발전이 경제성 측면에서 유리했으나, 기술의 발전으로 태양광 발전의 단가가 낮아지면서 재생 에너지의 경쟁력이 높아지고 있습니다. 위험 부담이 있는 에너지원 대신 안전하고 깨끗한 에너지를 선택할 수 있는 기반이 마련되고 있는 것입니다. 탄소 배출의 책임은 크게 세 부분으로 나뉩니다. 전력 생산과 산업 활동이 각각 큰 비중을 차지하며, 나머지 3분의 1은 우리 개개인의 일상생활에서 발생합니다. 밤하늘을 밝히는 도시의 불빛은 우리가 얼마나 많은 에너지를 소비하고 있는지를 상징적으로 보여줍니다. 기업과 국가가 탄소 감축을 위해 노력하는 것만큼이나, 개인의 생활 양식을 변화시켜 배출량을 줄이는 노력이 동반되어야만 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있습니다. 우리는 문명의 혜택을 포기하고 과거로 돌아갈 수는 없습니다. 인류세의 위기 속에서 후손에게 아름다운 지구를 물려주기 위해서는 우리 모두의 책임감이 필요합니다. 일상 속의 작은 에너지 절약 실천이 과학 기술 및 국가적 정책과 결합될 때, 비로소 지구는 다시 건강한 방향으로 나아갈 수 있을 것입니다. 소박한 실천이 모여 거대한 변화를 만든다는 사실을 명심하고, 지속 가능한 미래를 위해 행동해야 할 때입니다.

김경렬

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 인류세(인간세, Anthropocene) : 지구의 미래를 걱정한다 (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 | 9강 ⑤

인류세라는 용어는 인간의 활동이 지구 환경을 현격하게 변화시키고 있다는 사실에서 출발합니다. 지질학적 시대를 구분할 때 반드시 대멸종이 전제되어야 하는 것은 아니며, 과거 홀로세를 정의할 때도 인류의 멸종을 염두에 두지는 않았습니다. 중요한 점은 지난 200년간의 급격한 환경 변화가 이미 지구의 역사적 기록체 속에 뚜렷하게 새겨져 있다는 사실입니다. 학계에서는 이 용어의 사용 여부를 넘어, 인류가 지구 시스템에 미치는 영향력이 무시할 수 없는 수준에 도달했다는 점에 깊이 공감하고 있습니다. 현재 해수면 상승의 주요 원인은 해수의 열팽창이지만, 육상의 빙하가 본격적으로 녹기 시작하면 상황은 파국으로 치달을 수 있습니다. 남북극의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 60미터 이상 상승할 것으로 예측되며, 이는 인류 문명에 치명적인 위협이 됩니다. 과학자들은 지구가 스스로 온도를 조절할 수 없는 임계점인 '문턱'을 넘지 않도록 연구에 매진하고 있습니다. 온도가 상승하는 것을 완전히 막을 수는 없더라도, 그 속도를 늦추어 빙하가 돌이킬 수 없이 녹아내리는 최악의 시나리오는 반드시 막아야 합니다. 지구 온난화가 통제 불능의 상태에 빠진다면 우리의 미래는 금성과 닮아갈지도 모릅니다. 과거 금성도 지구와 유사한 환경이었을 것으로 추정되나, 온도가 상승하면서 바다와 암석 속의 이산화탄소가 대기로 방출되는 폭주 온실 효과가 발생했습니다. 이로 인해 지각의 순환이 멈추고 대기 온도가 500도에 육박하는 죽음의 행성이 되었습니다. 인위적인 이산화탄소 배출이 계속되어 지구의 탄소 순환 시스템이 붕괴된다면, 우리 역시 생명체가 살 수 없는 극한의 환경을 마주하게 될 것이라는 경고를 잊지 말아야 합니다. 과거 지구의 역사를 살펴보면 '영거 드라이아스'기와 같은 급격한 기후 변화의 사례를 찾아볼 수 있습니다. 약 1만 3천 년 전, 빙하가 녹은 막대한 양의 민물이 대양으로 유입되면서 해류의 순환이 멈추고 지구가 다시 추워졌던 시기입니다. 영화 '투모로우'의 과학적 배경이 되기도 한 이 사건은 기후 시스템이 얼마나 민감하게 반응할 수 있는지를 보여줍니다. 현재 우리가 겪는 변화는 과거의 자연적인 주기보다 훨씬 빠른 속도로 진행되고 있으며, 이 빠른 변화의 속도에 인류가 적응하고 대응할 수 있는지가 생존의 관건입니다. 기후 변화 대응은 과학과 공학의 영역을 넘어 경제, 정치, 외교가 복잡하게 얽힌 국제적인 과제입니다. 몬트리올 의정서가 산업계의 협력으로 오존층 파괴 문제를 해결했듯이, 탄소 배출 문제 역시 국가 간의 이해관계를 조정하며 해결책을 찾아야 합니다. 파리 협정과 같은 국제적 합의는 각국에 실질적인 압박으로 작용하며 변화를 이끌어내고 있습니다. 하지만 정치적 결단에만 의존할 것이 아니라, 지구 시스템의 3분의 1을 결정짓는 우리 개개인의 관심과 실천이 뒷받침될 때 비로소 지속 가능한 미래를 꿈꿀 수 있습니다.

강호정, 김경렬, 이정은

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[강연] 지구의 기원 (4) - 패널토의 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ④

지질학은 단순히 암석을 연구하는 학문을 넘어, 지구가 걸어온 46억 년의 시간을 추적하는 거대한 서사입니다. 우리가 발을 딛고 있는 이 행성을 왜 '흙(Earth)'이라 부르는지에 대한 근원적인 질문부터 시작하여, 지질학자들은 자연이라는 거대한 실험실을 누비며 과거의 흔적을 찾습니다. 지질학은 경험이 쌓일수록 그 가치가 높아지는 학문으로, 북한산이나 관악산처럼 우리 주변의 평범한 산들도 사실은 수억 년의 사연을 간직한 채 우리에게 말을 건네고 있습니다. 무생물인 암석이 들려주는 이야기에 귀를 기울일 때, 우리는 비로소 지구의 진정한 모습을 이해하기 시작합니다. 지구의 나이를 측정하는 기술은 최근 비약적으로 발전했습니다. 특히 '저콘'이라는 미세한 광물 입자를 이용한 연대 측정법은 수십억 년 전의 비밀을 밝혀내는 열쇠가 되었습니다. 우리나라에서도 대이작도에서 25억 1천만 년 전의 암석이 발견되며 한반도의 형성사를 새롭게 써 내려가고 있습니다. 이러한 연구는 단순히 과거를 아는 것에 그치지 않고, 지구가 어떻게 냉각되었으며 언제부터 생명체가 살 수 있는 환경이 조성되었는지를 밝혀내는 중요한 단서가 됩니다. 44억 년 전의 저콘은 당시 이미 물이 존재했을 가능성을 시사하며 초기 지구의 신비를 풀어내고 있습니다. 원시 지구는 거대한 충돌 이후 마그마의 바다로 뒤덮여 있었습니다. 이 뜨거운 시기를 거치며 지구 내부에서는 격렬한 화산 활동이 일어났고, 이때 배출된 가스의 80% 이상이 수증기였습니다. 지구가 점차 식으면서 대기 중의 수증기는 비가 되어 내렸고, 이것이 오늘날 우리가 보는 바다의 기원이 되었습니다. 물의 존재는 화강암의 형성과 생명체의 탄생에 결정적인 역할을 했습니다. 바다가 언제 만들어졌는지는 여전히 논쟁의 대상이지만, 최근의 연구들은 44억 년 이전부터 이미 지구가 물을 품고 있었을 것이라는 가설에 힘을 실어주고 있습니다. 초기 지구의 대기는 현재와 달리 이산화탄소가 가득한 환경이었습니다. 하지만 약 38억 년 전 남세균이라 불리는 사이아노박테리아가 등장하면서 거대한 변화가 시작되었습니다. 광합성을 통해 산소가 공급되기 시작했고, 대기 중의 이산화탄소는 석회암과 같은 암석 속에 고착되거나 생명체의 골격을 형성하는 데 사용되며 점차 줄어들었습니다. 반면 화학적으로 안정한 질소는 수십억 년 동안 꾸준히 축적되어 현재 대기의 78%를 차지하게 되었습니다. 이처럼 지구의 대기는 생명 활동과 지질학적 과정이 맞물려 진화해 온 역동적인 결과물입니다. 지구와 크기가 비슷한 금성은 왜 지구와 같은 바다를 갖지 못했을까요? 그 결정적인 차이는 태양과의 거리에 있었습니다. 금성 역시 초기에는 지구와 비슷한 과정을 겪었을 것으로 추정되지만, 태양에 너무 가까운 탓에 대기권이 뜨겁게 가열되었습니다. 이로 인해 수증기가 높은 곳까지 올라가 태양 에너지에 의해 수소와 산소로 분해되었고, 가벼운 수소는 우주 밖으로 날아가 버렸습니다. 결국 물을 만들 재료를 잃어버린 금성은 황량한 행성이 된 반면, 적절한 거리에 위치했던 지구는 물을 보존함으로써 생명의 요람이 될 수 있었습니다. 지구의 자전 속도는 시간이 흐를수록 조금씩 느려지고 있습니다. 이는 달이 지구의 바닷물을 잡아당기는 조석력 때문입니다. 액체인 바닷물은 달의 인력에 의해 부풀어 오르는데, 고체인 지구가 자전할 때 이 물 덩어리가 일종의 브레이크 역할을 하게 됩니다. 실제로 고생대 산호 화석의 성장선을 분석해 보면, 과거에는 1년이 400일이 넘었을 정도로 하루의 길이가 짧았음을 알 수 있습니다. 달과의 상호작용은 지구의 자전 주기를 변화시켰을 뿐만 아니라, 지구 환경의 안정성을 유지하며 생명체가 진화할 수 있는 시간적 토대를 마련해 주었습니다. 인류는 이제 지구를 넘어 화성에서 생명의 흔적을 찾고 있습니다. 화성 탐사 로봇이 보내온 자료에 따르면, 과거 화성에도 물이 흐른 흔적과 질소가 존재했음이 밝혀졌습니다. 이는 지구가 겪었던 초기 진화 과정이 다른 행성에서도 일어날 수 있음을 시사합니다. 지구환경과학은 단순히 과거를 돌아보는 학문이 아니라, 기후 변화와 같은 미래의 위기에 대처할 수 있는 지혜를 제공합니다. 우리가 살고 있는 푸른 행성의 다이내믹한 변화를 이해하는 것은, 인류가 앞으로 나아갈 방향을 설정하고 지속 가능한 미래를 설계하는 데 필수적인 기초 자료가 됩니다.

노정혜, 이강근, 조문섭, 최덕근

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