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[댓글이벤트] 😣멸종의 위기는 어디까지 갈 것인가?🔥온난화를 알기 위한 지구순환 이해하기! | 선을 넘는 과학자들

최근 몇 년간 지구의 기후 변화는 점점 더 뚜렷하게 드러나고 있습니다. 산업화 이전과 비교해 지구 평균 기온이 1.5도 상승한 해가 기록되었으며, 이는 세계기상기구와 주요 기후 연구 기관의 자료를 통해 확인되었습니다. 이러한 온도 상승은 단순한 일시적 현상이 아니라, 장기적인 지구 온난화 추세의 일부로 받아들여지고 있습니다. 특히 북극의 온도 상승이 중위도 지역의 기상 패턴에 영향을 미치면서, 우리나라를 포함한 여러 지역에서 이상 기후 현상이 빈번하게 나타나고 있습니다. 기후 변화의 과학적 근거를 마련하기 위해 전 세계 과학자들은 IPCC 보고서를 작성하고 있습니다. 이 보고서는 전 지구적 순환과 기후 변화의 양상을 종합적으로 분석한 결과물로, 우리나라를 비롯한 다양한 국가의 과학자들이 참여하고 있습니다. 기후 모델의 핵심은 모델의 발전에 있습니다. 초기에는 대기와 해양만을 포함한 GCM이 사용되었으나, 현재는 빙권, 생물권, 암석권 등 다양한 요소를 통합한 지구시스템모델(ESM)로 발전하였습니다. 이를 통해 기후 변화의 복잡한 상호작용을 보다 정밀하게 예측할 수 있게 되었습니다. 기후 모델의 발전은 노벨 물리학상 수상자들의 연구를 통해 크게 진전되었습니다. 슈쿠로 마나베 교수와 클라우스 하셀만 교수는 대기와 해양의 상호작용, 그리고 온실가스의 역할을 규명하여 기후 모델의 토대를 마련했습니다. 특히 이산화탄소와 같은 온실가스가 대기 중에 증가할 때 지표면과 대류권의 온도가 어떻게 변화하는지, 그리고 대류가 기후 시스템에 미치는 영향을 과학적으로 설명하였습니다. 이러한 연구는 기후 변화가 단순한 자연 변동이 아니라 인위적 요인에 의해 가속화되고 있음을 보여줍니다. 기후 변화는 생태계에도 심각한 영향을 미치고 있습니다. 최근 조사에 따르면 해양 생물의 대규모 폐사와 멸종 위기가 전 세계적으로 증가하고 있습니다. 또한 극한 기후 현상, 예를 들어 폭염과 산불의 빈도와 강도가 높아지고 있습니다. 온도가 상승하면 토양의 수분이 빠르게 증발하여 땅이 건조해지고, 이로 인해 산불이 발생하면 진화가 어려워지는 환경이 조성됩니다. 이러한 변화는 식량 생산에도 영향을 미쳐, 미래에는 옥수수와 쌀 등 주요 작물의 생산량이 크게 감소할 것으로 예측되고 있습니다. 기후 과학은 예측과 모델링을 통해 미래의 변화를 전망하고 있습니다. 온실가스 배출 시나리오에 따라 2100년까지의 기후 변화를 예측하는데, 각국의 정책과 사회적 노력이 반영된 SSP 시나리오가 활용되고 있습니다. 탄소중립 시나리오인 119 시나리오를 적용할 경우 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있지만, 이를 위해서는 사회 전체의 구조적 변화와 에너지 전환이 필수적입니다. 이러한 예측은 슈퍼컴퓨터와 같은 첨단 기술의 도움으로 더욱 정밀하게 이루어지고 있습니다.

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빙하를 시추하면 무엇을 알 수 있을까?

빙하는 단순히 얼어붙은 물 덩어리가 아니라 수백만 년에 걸친 지구의 역사를 고스란히 간직한 거대한 박물관과 같습니다. 과학자들은 이 거대한 얼음 층을 통해 과거의 환경을 분석하며 지구의 비밀을 파헤칩니다. 빙하는 전 세계 인구의 상당수가 의존하는 중요한 수자원일 뿐만 아니라, 태양광을 반사하여 지표 온도를 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 따라서 빙하의 변화를 관찰하고 연구하는 것은 인류의 생존 및 지구 생태계의 유지와 직결된 매우 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지구온난화로 인해 빙하가 녹기 시작하면 태양광을 반사하는 면적이 줄어들어 지표 온도가 더욱 상승하는 악순환이 발생합니다. 또한 빙하는 바닷물이 증발하여 눈으로 내린 뒤 압축되어 형성된 것이기에, 빙하의 양은 해수면 높이와 밀접한 관련이 있습니다. 빙하가 녹아 바다로 흘러 들어가면 해수면이 상승하여 해안가 생태계와 인류 거주지에 큰 위협이 됩니다. 이러한 변화를 이해하기 위해 과학자들은 현장 관찰과 인공위성 등 다양한 수단을 동원하여 빙하의 거동 원리를 심도 있게 연구하고 있습니다. 빙하의 깊은 곳에는 수천 년 전의 정보가 층층이 쌓여 있습니다. 과학자들은 남극이나 그린란드의 두꺼운 얼음층에 구멍을 뚫어 원기둥 모양의 얼음 시료인 '빙하 코어'를 채취합니다. 이 빙하 코어는 과거의 기온, 대기 성분, 화산 활동 등 지구 시스템의 변화를 보여주는 귀중한 기록물입니다. 1,000 미터 이상의 깊이에서 추출된 빙하 코어는 수십만 년 전 지구가 어떤 상태였는지, 그리고 기후가 어떻게 변해왔는지를 명확하게 보여주는 타임캡슐 역할을 하며 지구 시스템의 거동을 이해하는 핵심 자료가 됩니다. 빙하 코어 분석에서 가장 흥미로운 부분은 얼음 속에 갇힌 작은 공기 방울입니다. 눈이 쌓여 얼음이 되는 과정에서 당시의 대기가 그대로 보관되기 때문입니다. 이를 통해 과거 80만 년 동안의 이산화탄소와 메테인 농도 변화를 파악할 수 있습니다. 또한 얼음을 구성하는 수소와 산소의 동위원소 비율을 분석하면 당시의 기온을 추정할 수 있습니다. 이러한 데이터는 과거 빙하기와 간빙기의 기후 패턴을 이해하고 온실가스가 기후에 미치는 영향을 확인하는 데 필수적이며, 대기 성분과 기온 사이의 밀접한 연관성을 증명합니다. 최근 150 년 동안의 온실가스 농도 변화는 과거 80만 년의 기록과 비교했을 때 유례를 찾아볼 수 없을 정도로 급격하고 높습니다. 산업혁명 이후 이산화탄소 농도는 과거의 변동 범위를 훨씬 넘어섰으며, 이는 현재 우리가 직면한 기후 위기의 심각성을 잘 보여줍니다. 빙하 코어를 통해 얻은 과거의 기후 정보는 현재의 변화 원인을 규명하고 미래를 예측하는 나침반이 됩니다. 우리는 이를 바탕으로 지구온난화에 대비할 지속 가능한 해결책을 모색하고, 인류의 미래를 위한 보다 효과적인 기후 정책을 수립해 나가야 합니다.

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지구환경과학

올해 여름은 11월까지라고?💦 기후재난이 시작됐다💥 l 요즘과학

최근 전 세계는 기록적인 폭염과 홍수 등 유례없는 기상 이변에 직면해 있습니다. 과거에는 이를 단순히 '지구 가열화'라고 불렀으나, 이제는 인류의 생존을 위협하는 '기후 위기' 혹은 '기후 붕괴'라는 용어가 더 적절해 보입니다. 2015년 파리 협정에서 설정한 마지노선인 1.5도 상승 제한선이 이미 무너졌다는 소식은 우리에게 큰 경각심을 줍니다. 매년 경신되는 최고 기온은 이제 일시적인 현상이 아니라, 우리가 마주한 냉혹한 현실이 되었습니다. 기후는 본래 자전축의 변화나 화산 활동 같은 자연적인 요인에 의해 미세하게 변동합니다. 이를 '기후 변동'이라 하며, 엘니뇨나 라니냐처럼 일정한 주기를 가지고 회복되는 특성을 보입니다. 하지만 현재 우리가 겪는 '기후 변화'는 이러한 자연적 범위를 벗어나 평균적인 상태로 돌아오지 않는 영구적인 변화를 의미합니다. 화석 연료 사용과 대규모 산림 훼손으로 발생한 온실가스가 지구의 열을 가두면서, 자연의 자정 능력을 넘어서는 가속화가 진행되고 있습니다. 기온 상승은 단순히 날씨가 더워지는 것에 그치지 않고 지구의 물리적 구조를 변화시킵니다. 특히 극지방의 빙하가 녹으면서 태양빛을 반사하던 백색 지표면이 사라지고, 열을 흡수하는 육지와 바다가 드러나는 현상이 심각합니다. 이는 지표면 온도 상승을 유도하여 기온을 더욱 높이는 악순환을 만듭니다. 또한 영구 동토층이 녹으며 배출되는 메테인과 고대 바이러스의 부활은 인류가 이전에 경험하지 못한 새로운 형태의 재난과 질병을 예고하고 있습니다. 해빙 현상은 바다의 생태계와 순환 체계에도 치명적인 영향을 미칩니다. 녹아내린 빙하가 바다로 유입되면 염분 농도가 낮아지고 수온이 상승하여, 차갑고 무거운 해수가 심해로 가라앉는 해수 순환을 방해합니다. 전 세계 바다를 돌며 열과 염분을 조절하던 이 거대한 흐름이 멈추면, 지역별 기온 차이가 극심해지며 기후 불균형이 심화됩니다. 이는 결국 식량 부족과 주거 지역의 변화로 이어져 인류 사회의 불평등을 더욱 심화시키는 원인이 됩니다. 이제 기후 위기는 피할 수 없는 흐름이 되었으며, 단순한 대응을 넘어 새로운 환경에 적응하기 위한 노력이 절실합니다. 화석 연료 중심의 생활 방식을 근본적으로 바꾸는 것은 어렵지만, 개인의 실천과 더불어 국가적 정책 및 기술 개발에 지속적인 관심을 가져야 합니다. 기후 변화는 자연만의 문제가 아니라 우리의 사고와 삶에 깊숙이 닿아 있는 인권과 사회의 문제입니다. 미래 세대를 위해 지금 우리가 할 수 있는 최선의 선택은 위기를 직시하고 함께 행동하는 것입니다.

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지구환경과학

[강연] 안진호_빙하에 숨겨진 공기 방울｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험" | 1강

빙하는 과거의 대기 성분을 고스란히 간직하고 있는 천연 타임머신입니다. 남극이나 그린란드의 거대한 얼음층 속에는 수많은 공기 방울이 갇혀 있는데, 이는 눈이 쌓여 얼음으로 변하는 과정에서 당시의 공기가 함께 봉인된 것입니다. 과학자들은 이 작은 공기 방울을 추출하여 수십만 년 전의 기온 변화와 온실가스 농도를 정밀하게 분석합니다. 이를 통해 우리는 지구가 과거에 어떤 기후 변화를 겪었는지, 그리고 현재의 온난화가 얼마나 이례적인 현상인지 이해할 수 있는 중요한 단서를 얻게 됩니다. 빙하가 형성되는 원리는 매우 흥미롭습니다. 매년 내리는 눈이 겹겹이 쌓이면 하층부의 눈은 상층부의 무게에 눌려 점차 다져지게 됩니다. 약 50~100미터 정도의 두께가 되면 눈송이 사이의 틈이 완전히 닫히며 단단한 얼음으로 변하는데, 이때 공기가 빠져나가지 못하고 방울 형태로 남게 됩니다. 이렇게 만들어진 공기 방울은 외부와 차단된 채 수만 년 이상의 시간을 견뎌냅니다. 과학자들은 특수 장비를 이용해 얼음을 깨뜨리거나 녹여 이 공기를 추출하며, 이는 과거 지구의 대기 상태를 직접 확인할 수 있는 유일한 방법입니다. 지난 80만 년 동안의 기록을 살펴보면 이산화탄소, 메테인, 아산화질소와 같은 주요 온실가스 농도는 빙하기와 간빙기의 주기적 변화와 밀접하게 연동되어 왔습니다. 따뜻한 시기에는 농도가 높았고 추운 시기에는 낮아지는 경향을 보였으나, 최근 100년 사이의 변화는 과거의 자연적인 변동 범위를 완전히 벗어났습니다. 화석 연료 사용과 농축산업의 확대로 인해 온실가스 농도가 급격히 상승한 것입니다. 이러한 급격한 변화는 지구가 수십만 년 동안 경험하지 못한 새로운 환경적 위협으로 다가오고 있으며, 기후 시스템의 불안정성을 초래하고 있습니다. 온실가스 배출이 멈춘다고 해서 기후 위기가 즉각 해결되는 것은 아닙니다. 인류가 배출한 이산화탄소의 절반 정도는 대기에 남고 나머지는 해양과 육상으로 흡수되는데, 지구 온도가 상승하면 이러한 자연의 흡수 능력이 약화될 수 있습니다. 특히 영구 동토층이 녹으면서 그 안에 갇혀 있던 유기물이 분해되어 막대한 양의 온실가스가 추가로 방출되는 '되먹임 효과'가 발생할 수 있습니다. 이는 인간의 통제를 벗어난 가속화된 온난화를 유발할 수 있으므로, 과학자들은 빙하 연구를 통해 이러한 복잡한 탄소 순환 체계를 정밀하게 모델링하고 예측하려 노력합니다. 해수면 상승은 인류가 직면한 가장 확실하고도 장기적인 미래입니다. 이산화탄소 농도가 낮아지더라도 바닷물이 데워지며 발생하는 열팽창과 거대한 빙하가 녹는 과정은 수백 년에서 수천 년에 걸쳐 서서히 진행되기 때문입니다. 남극과 그린란드의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 무려 60미터 이상 상승할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 비록 당장 일어날 일은 아니지만, 우리가 현재 내리는 결정과 행동에 따라 해수면이 상승하는 속도와 최종적인 높이가 결정됩니다. 이는 미래 세대의 생존 환경을 결정짓는 중대한 사안입니다. 빙하 연구는 단순히 기후 변화를 추적하는 것에 그치지 않고 역사적 사건의 실마리를 제공하기도 합니다. 예를 들어 그린란드 빙하 속의 화산재 성분을 분석하면 약 1,000년 전 백두산 대폭발의 정확한 시기와 규모를 파악할 수 있습니다. 당시 화산 가스가 성층권 높이까지 도달하지 않았다는 사실을 밝혀냄으로써, 왜 그토록 거대한 폭발에도 불구하고 전 지구적인 기온 하강이 크지 않았는지에 대한 의문을 풀 수 있었습니다. 이처럼 빙하는 지구 곳곳에서 일어난 자연재해와 환경 변화의 기록을 세밀하게 저장하고 있는 거대한 도서관과 같습니다. 이제 과학자들의 시선은 더 먼 과거와 우주로 향하고 있습니다. 100만 년 이전의 기후 기록을 찾기 위해 남극의 '블루 아이스' 지역을 탐사하며, 빙하기 주기가 변하게 된 근본적인 원인을 규명하려 합니다. 또한 지구의 빙하와 영구 동토층에서 일어나는 미생물 활동과 화학 반응 연구는 화성이나 목성의 위성 유로파와 같은 외계 얼음 행성에서의 생명체 존재 가능성을 해석하는 데 중요한 기초 자료가 됩니다. 극한의 환경에서 묵묵히 연구를 이어가는 과학자들의 노력은 지구의 미래를 예측하고 인류의 지평을 우주로 넓히는 소중한 밑거름이 될 것입니다.

안진호

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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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[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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[강연] 탄소 중립을 위한 화학의 도전_by황윤정 l 31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래" | 3강

지속 가능한 사회란 과학 기술의 발전이 가져온 편리함과 그로 인한 부작용 사이의 균형을 찾는 과정에서 시작됩니다. 특히 기후 변화는 인류가 직면한 가장 시급한 과제로, 이를 해결하기 위해 '탄소 중립'이라는 개념이 등장했습니다. 이는 배출되는 이산화탄소의 양과 흡수 및 제거되는 양을 같게 하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 단순히 탄소를 멀리하는 것이 아니라, 발생한 탄소를 어떻게 다시 활용하고 순환시킬 것인지에 대한 과학적 책임감이 요구되는 시점입니다. 1890년대 물리화학자 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 지표면 온도에 미치는 영향을 처음으로 논문화했습니다. 당시에는 온실효과가 식량 증산에 도움이 되는 축복으로 여겨졌으나, 산업화 이후 화석 연료 사용이 급증하며 상황은 반전되었습니다. 지난 150년간 이산화탄소 농도와 지표면 온도의 급격한 상승 사이의 상관관계가 명확히 입증되었고, 이는 더 이상 자연 현상이 아닌 인류의 활동에 의한 결과임이 확인되었습니다. 이제 적당함을 넘어선 탄소는 인류의 생존을 위협하는 재앙으로 다가오고 있습니다. 한국은 세계 10위권 안에 드는 탄소 배출국으로, 산업 구조상 철강, 석유화학, 반도체 등 에너지 집약적 산업이 경제를 이끌고 있습니다. 이러한 구조에서 무조건적인 탄소 감축은 경제 성장에 큰 타격을 줄 수 있기에, 각 산업 특성에 맞는 전략적인 중립 기술 개발이 필수적입니다. 단순히 에너지를 절약하는 차원을 넘어, 화석 연료를 대체할 재생 에너지를 도입하고 기존 공정을 혁신하는 10대 핵심 기술 선정이 이루어진 이유도 여기에 있습니다. 경제와 환경이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 과학적 도전이 시작된 것입니다. 재생 에너지 분야에서는 태양광과 수소가 핵심적인 역할을 합니다. 특히 한국 연구진이 강점을 가진 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 목표로 하며, 유연하고 가벼운 특성을 활용해 건물 외벽 등 다양한 곳에 적용될 수 있습니다. 또한 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술은 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지 순환 구조를 완성하는 열쇠입니다. 비싼 백금 촉매를 대체할 저렴하고 효율적인 소재를 개발하려는 노력은 에너지 저장과 활용의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 탄소 중립의 실질적인 완성은 이미 배출된 탄소를 포집하고 활용하는 CCUS 기술에 달려 있습니다. 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에 그치지 않고, 이를 원료로 삼아 플라스틱, 시멘트, 혹은 연료로 전환하는 기술은 탄소 순환 사회의 핵심입니다. 현재는 경제성이나 기술적 난이도 면에서 초기 단계에 머물러 있지만, 2050년까지 전 세계 감축량의 상당 부분을 담당할 것으로 기대됩니다. 공기 중의 기체를 잡아 고부가가치 화합물로 바꾸는 이 연금술 같은 과정은 화학이 인류에게 선사할 새로운 미래입니다. 과학의 역사는 수많은 실패와 도전 끝에 얻어진 결과물입니다. 20세기 초 인류의 식량 문제를 해결한 암모니아 합성법인 하버-보슈법이 대표적인 사례입니다. 당시 많은 과학자가 재현 실패와 폭발 사고 등의 위험으로 연구를 포기했으나, 끝까지 수천 번의 촉매 탐색을 멈추지 않았던 끈기가 오늘날의 풍요를 만들었습니다. 탄소 중립 역시 지금은 불가능해 보이는 난제일 수 있지만, 과거의 사례처럼 데이터가 쌓이고 기술적 돌파구가 마련된다면 인류는 다시 한번 위기를 기회로 바꿀 수 있을 것입니다. 미래의 지구를 구하는 일은 특정 분야의 노력만으로는 불가능하며, 과학적 원리에 기반한 사회적 합의와 지속적인 관심이 필요합니다. 인공 광합성 장치를 통해 식물처럼 에너지를 생산하고, 버려지는 탄소를 자원으로 되돌리는 기술은 더 이상 공상 과학의 영역이 아닙니다. 화학자들은 주기율표 속 원소들을 조합하며 지구의 온도를 낮출 최적의 답을 찾아가고 있습니다. 이러한 과학적 도전이 지속 가능한 사회를 만드는 든든한 뿌리가 되어, 다음 세대에게 더욱 건강하고 풍요로운 지구를 물려줄 수 있기를 기대합니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

기후변화☀️에 대응하기 위해 우리는 어떤 노력을 해야 하는가?!ㅣ2023 미래 과학 트렌드 출간기념 강연

기후 위기라는 용어는 단순한 기후 변화와는 구분되어 사용됩니다. 기후란 30년 이상의 장기적인 평균 상태를 의미하며, 단기간의 날씨 변화와는 다릅니다. 날씨는 수시로 변하는 것이 자연스러운 현상이지만, 기후가 변화한다는 것은 오랜 시간에 걸쳐 평균적인 상태가 달라지는 것이므로 훨씬 중대한 문제로 인식됩니다. 이러한 기후 변화가 인간의 활동에 의해 발생할 때 우리는 이를 기후 위기라고 부릅니다. 최근에는 법적으로도 기후 위기라는 용어가 사용되며, 탄소중립과 같은 대응책이 마련되고 있습니다. 기후 위기의 주요 원인은 온실가스 배출에 있습니다. 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등이 대표적인 온실가스이며, 이 중 이산화탄소가 가장 큰 비중을 차지합니다. 온실가스는 대기, 바다, 토양, 식물 등 다양한 지구 시스템에서 순환하며, 인간의 화석연료 사용이 이 균형을 깨뜨리고 있습니다. 특히 화석연료를 태우면서 배출되는 이산화탄소는 자연적으로 흡수될 수 있는 양을 초과하여 대기 중에 축적되고, 이는 지구 온난화와 기후 시스템의 붕괴로 이어집니다. 기후 시스템은 대기뿐 아니라 바다, 땅, 생태계, 얼음권, 심지어 천문학적 요인까지 복잡하게 얽혀 있습니다. 각 요소들은 서로 영향을 주고받으며, 시스템 전체의 균형이 무너질 때 기후 위기가 심화됩니다. 예를 들어, 숲이 파괴되면 이산화탄소 흡수 능력이 감소하고, 바다가 따뜻해지면 이산화탄소를 덜 흡수하게 됩니다. 국제사회는 기후 위기에 대응하기 위해 다양한 협약과 정책을 마련해왔습니다. 1992년 리우 회의에서 기후변화협약이 채택된 이후, 1995년부터 당사국 총회가 개최되고, 2005년 교토의정서가 발효되었습니다. 교토의정서는 선진국에 더 큰 감축 의무를 부여했으나, 국가 간 책임 분담 문제로 갈등이 있었습니다. 이후 2015년 파리협정에서는 모든 국가가 각자의 상황에 맞는 감축 목표를 설정하도록 하여, 보다 포괄적인 대응 체계를 마련하였습니다. 과학적 연구와 국제 보고서는 기후 위기의 심각성을 점점 더 명확히 하고 있습니다. IPCC 보고서들은 지구 평균기온 상승과 해수면 상승, 그리고 이 변화의 주된 원인이 인간 활동임을 반복적으로 강조해왔습니다. 최근 보고서에서는 이미 1.1도 가까이 온도가 상승했으며, 그중 대부분이 인간에 의한 것임이 밝혀졌습니다. 이에 따라 각국은 2050년 탄소중립 달성을 목표로 정책을 추진하고 있으며, 우리나라도 이에 동참하고 있습니다.

국립과천과학관책📖저자강연

화학
지구환경과학

[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

[카오스+어스] 🌎Live Earth_여러분은 지구에 계속 남겠습니까? by 최덕근, 김웅서, 손석우

지구 내부는 오랫동안 인류에게 신비의 영역이었습니다. 19세기에는 지하 깊은 곳이 모두 녹아있을 것이라 추측하기도 했으나, 20세기 지진파 연구를 통해 지각, 맨틀, 외핵, 내핵이라는 정교한 층상 구조가 밝혀졌습니다. 특히 P파와 S파의 특성 차이는 지구 내부의 액체 층인 외핵의 존재를 확인시켜 주었으며, 이는 지구 자기장 형성의 근원이 됩니다. 우리가 딛고 선 단단한 땅 아래에는 이처럼 역동적인 과학적 진실이 숨겨져 있으며, 이는 지구가 단순한 암석 덩어리가 아님을 시사합니다. 지구의 겉부분은 여러 개의 판으로 나뉘어 끊임없이 이동하며 지표의 모습을 바꿉니다. 이를 판구조론이라 하며, 판들이 서로 멀어지거나 충돌하는 과정에서 거대한 산맥과 깊은 해구가 만들어집니다. 과거의 판게아처럼 대륙이 하나로 모였다가 다시 흩어지는 '윌슨 주기'는 수억 년에 걸쳐 반복됩니다. 이러한 지질학적 순환은 지구가 내부의 열에너지를 동력 삼아 살아 움직이는 거대한 기계임을 증명합니다. 대륙의 이동은 단순한 지형의 변화를 넘어 지구 전체의 환경 변화를 이끄는 중요한 동력이 됩니다. 바다는 지구 표면의 71%를 차지하며 생명체의 탄생과 생존을 책임지는 거대한 자궁과 같습니다. 단순히 수산 자원을 제공하는 것을 넘어, 지구의 기온을 조절하고 막대한 양의 이산화탄소를 흡수하는 정화조 역할을 수행합니다. 특히 조력, 파력, 해상 풍력 등 친환경 에너지를 품고 있는 바다는 인류의 지속 가능한 미래를 위한 핵심 열쇠입니다. 하지만 최근 지구 온난화로 인해 바다의 온도가 상승하면서 해양 생태계 전반에 심각한 위기가 닥치고 있으며, 이는 인류의 생존과도 직결되는 문제입니다. 극지방의 빙하가 녹아내리는 현상은 해수면 상승이라는 직접적인 재앙으로 이어집니다. 남극과 그린란드의 얼음이 모두 녹는다면 해수면은 수십 미터 이상 상승하여 전 세계 연안 도시들을 위협하게 될 것입니다. 또한 따뜻해진 바다는 더 많은 수증기를 증발시켜 과거보다 훨씬 강력한 슈퍼 태풍을 빈번하게 발생시킵니다. 해양의 변화는 단순히 수온의 상승에 그치지 않고, 인류의 거주 환경과 안전을 근본적으로 뒤흔드는 기후 변화의 전초전이 되고 있습니다. 이러한 변화는 생태계의 서식지 파괴로까지 이어집니다. 대기의 온도는 지표에서 멀어질수록 낮아지다가 성층권에 이르면 다시 상승하는 독특한 연직 구조를 가집니다. 과거에는 기구를 타고 직접 하늘로 올라가 이를 관측했으나, 현대에는 GPS 위성 기술을 활용해 상층 대기의 기온과 기압을 정밀하게 측정합니다. 이러한 관측 기술의 발전은 우리가 기후 변화의 양상을 입체적으로 파악할 수 있게 해주었습니다. 하늘은 단순히 비와 바람이 지나는 통로가 아니라, 지구 시스템의 에너지를 순환시키는 정교한 층으로 구성되어 있으며 지표면의 생명체를 보호하는 방패 역할을 합니다. 최근의 기후 변화는 지표면보다 상층 대기에서 더욱 뚜렷한 온난화 신호를 보이고 있습니다. 따뜻해진 공기가 더 많은 수증기를 머금게 되면서 상층 대기의 기온 상승을 가속화하고, 이는 전 지구적인 대기 대순환의 패턴을 변화시킵니다. 제트기류의 흐름이 바뀌고 기후 변동성이 커지면서 우리가 겪는 이상 기후 현상들은 더욱 예측하기 어려운 방향으로 흘러가고 있습니다. 상층 대기의 변화는 결국 지상의 날씨와 직결되며, 지구 전체의 에너지 균형이 무너지고 있음을 경고하는 중요한 지표가 되고 있습니다. 지구는 지권, 수권, 기권, 생물권이 서로 긴밀하게 상호작용하는 하나의 거대한 시스템입니다. 산소의 증가가 생물의 진화를 이끌고, 바다와 숲이 탄소를 흡수하며 기온을 조절하는 과정은 지구가 유기체처럼 작동하고 있음을 보여줍니다. 인류는 과학 기술을 통해 이러한 지구의 메커니즘을 이해하고 위기를 극복해야 할 책임이 있습니다. 기초 과학에 대한 지속적인 관심과 연구만이 푸른 행성 지구를 보존하고 우리 후손들에게 안전한 미래를 물려줄 수 있는 유일한 길임을 잊지 말아야 합니다.

김웅서, 손석우, 최덕근

카오스재단카오스콘서트

지구환경과학

[인터뷰] 김주곤_쌀과 밀, 어느 것이 건강에 더 좋을까? | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

벼는 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 작물이지만, 이를 주곡으로 하는 지역의 사람들은 종종 심각한 영양 부족 문제에 직면하곤 합니다. 특히 쌀에는 비타민 A 전구체인 베타카로틴이 결핍되어 있어, 저개발국의 수많은 어린이들이 야맹증이나 시력 약화로 고통받는 현실입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄에 강하면서도 필수 영양 성분을 강화한 새로운 종자를 개발하는 연구는 인류의 건강과 생존권을 지키기 위한 필수적인 과제라고 할 수 있습니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 막연한 불안감이 존재하지만, 지난 25년 동안 전 세계 수십억 명의 인구가 이를 섭취해 왔음에도 불구하고 유해성이 입증된 사례는 단 한 건도 없었습니다. 과학계는 GMO 개발 단계에서 아미노산 서열 분석을 통해 알레르기 유발 가능성을 철저히 검증하며 안전성을 확보하고 있습니다. 우리가 일상적으로 섭취하는 일반 식품에서도 개인차에 따른 알레르기가 발생할 수 있다는 점을 고려한다면, GMO 기술은 과학적 근거에 기반한 안전한 식량 생산 기술로 이해되어야 합니다. 최근 주목받는 유전자 편집 기술은 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 자체의 유전자 서열을 정밀하게 교정하는 방식입니다. 이는 자연계에서 발생하는 돌연변이 육종과 원리적으로 구분되지 않아 안전성 논란에서 비교적 자유롭다는 장점이 있습니다. 특히 크리스퍼-카스9과 같은 혁신적인 시스템의 등장은 정밀 육종의 시대를 열었으며, 이를 통해 기후 변화에 대응할 수 있는 유용한 형질을 신속하게 구현할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 직면한 식량 위기를 극복할 강력한 도구가 될 것입니다. 식물은 세포 하나가 완전한 개체로 재생될 수 있는 '전분화능'이라는 놀라운 능력을 갖추고 있어 생명공학 연구에서 동물보다 훨씬 유리한 고지를 점하고 있습니다. 또한 지구상에서 태양 에너지를 유기물로 전환하여 생태계 전체에 에너지를 공급하는 유일한 생산자이기도 합니다. 이러한 식물의 생물학적 잠재력은 단순히 먹거리를 제공하는 수준을 넘어, 인류가 직면한 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 2050년 세계 인구는 100억 명에 달할 것으로 예상되며, 기후 변화로 인한 경작지 감소는 식량 안보를 심각하게 위협하고 있습니다. 전통적인 육종 방식만으로는 급증하는 식량 수요를 감당하기에 한계가 있으므로, 현대 생명공학 기술을 활용한 종자 개량은 선택이 아닌 필수입니다. 미래에는 극심한 온난화로 인해 거대한 실내 식물원 형태의 농업이 보편화될 가능성도 제기되고 있습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해서는 과학 기술을 바탕으로 한 식량 생산 효율의 극대화가 절실히 요구되는 시점입니다.

김주곤

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

[강연] 스트레스, 식물도 받을까? _ 이호정 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 6강 | 6강

거대한 세쿼이아나 바오밥나무가 수천 년의 세월을 견디며 거대한 몸집을 유지할 수 있는 비결은 무엇일까요? 그 해답의 중심에는 식물의 줄기가 있습니다. 줄기는 단순히 식물을 지탱하는 기둥을 넘어, 생존에 필요한 영양분과 물을 수송하고 때로는 에너지를 저장하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 하지만 최근 기후 변화로 인해 수천 년을 살아온 바오밥나무들이 고사하는 현상이 발생하며, 식물의 생존 전략과 환경 변화의 상관관계에 대한 연구가 더욱 중요해지고 있습니다. 식물 줄기의 가장 기본적인 기능은 중력을 거슬러 꼿꼿하게 서는 지지 기능입니다. 육상으로 진출한 식물은 부력이 없는 환경에서 광합성을 위해 하늘을 향해 뻗어 나가야 했고, 줄기는 이를 가능하게 하는 뼈대 역할을 맡았습니다. 또한 줄기 내부의 관다발 조직은 잎에서 만든 유기 양분을 뿌리로 보내고, 뿌리에서 흡수한 물과 미네랄을 꼭대기까지 전달하는 고속도로 역할을 합니다. 이러한 정교한 수송 시스템 덕분에 식물은 거대한 크기로 성장하면서도 전신에 에너지를 공급할 수 있습니다. 식물의 줄기 구조는 종류에 따라 확연히 다릅니다. 쌍떡잎식물은 관다발이 가장자리에 규칙적으로 배열되어 있으며, 형성층이라는 분열 조직을 통해 부피 생장을 하며 나이테를 만듭니다. 반면 벼나 대나무 같은 외떡잎식물은 관다발이 줄기 전체에 흩어져 있고 형성층이 없어 대부분 옆으로 굵어지는 성장에 한계가 있습니다. 나무의 나이테는 계절에 따른 세포 분열 속도 차이로 만들어지는데, 이는 식물이 환경의 변화를 자신의 몸에 기록하는 일종의 생장 기록부와 같습니다. 수백 미터 높이의 나무 꼭대기까지 물을 올리는 과정은 경이로운 물리적 현상입니다. 식물은 에너지를 거의 소모하지 않고도 증산 작용을 통해 발생하는 수분 포텐셜 차이를 이용해 물을 끌어올립니다. 물 분자 사이의 강한 응집력과 세포벽에 달라붙는 점착력 덕분에, 물 기둥은 끊어지지 않고 밧줄처럼 연결되어 중력을 거슬러 올라갑니다. 이는 식물이 외부 환경과 상호작용하며 물리 법칙을 생존에 얼마나 효율적으로 이용하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 질소는 식물의 생명 활동에 없어서는 안 될 필수 원소입니다. 유전 정보를 담은 DNA부터 광합성을 담당하는 엽록소, 그리고 생명체의 구성 성분인 단백질에 이르기까지 질소가 포함되지 않은 곳이 없습니다. 대기의 78%가 질소로 이루어져 있지만, 식물은 이를 직접 흡수할 수 없어 토양 속 미생물의 도움을 받아야 합니다. 질소 고정 세균과의 공생은 식물이 척박한 환경에서도 질소를 확보하기 위해 선택한 고도의 생존 전략 중 하나입니다. 인류는 하버와 보슈가 개발한 암모니아 합성법을 통해 질소 비료를 대량 생산하며 식량 위기를 극복했습니다. 하지만 과도한 비료 사용은 하천의 부영양화를 초래하고 강력한 온실가스인 아산화질소를 배출하는 등 환경 문제를 야기하고 있습니다. 이에 따라 최근 과학계는 비료 사용을 줄이면서도 식물의 질소 흡수 효율을 높이는 연구에 집중하고 있습니다. 특정 식물 개체가 낮은 질소 환경에서도 뿌리털을 발달시켜 생존하는 원리를 규명하는 것은 지속 가능한 농업의 열쇠가 될 것입니다. 식물은 움직일 수 없기에 환경 스트레스에 더욱 치열하게 반응합니다. 가뭄이나 고온 스트레스를 받으면 성장을 멈추고 항산화 물질을 만들어 자신을 보호하며, 해충의 공격을 받으면 화학 신호를 보내 천적을 불러들이기도 합니다. 유전자 교정 기술과 같은 첨단 과학은 이러한 식물의 방어 기제와 영양 흡수 능력을 극대화하여 미래의 기후 위기에 대응하려 합니다. 식물의 정교한 생존 메커니즘을 이해하는 것은 결국 인류와 식물이 이 행성에서 공존하기 위한 필수적인 과정입니다.

이호정

카오스재단카오스강연

생명과학

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

지질학적 시간 단위인 홀로세는 약 만 년 전부터 시작되었지만, 최근 300년 사이 지구 환경은 이전과는 비교할 수 없을 만큼 급격한 변화를 겪었습니다. 인류가 화석 연료를 사용하고 대규모 산업 활동을 전개하면서 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실가스 농도가 폭발적으로 증가했기 때문입니다. 이러한 변화는 자연적인 지질 시대의 흐름을 벗어나 인류의 활동이 지구 시스템의 주도적인 힘이 되었음을 의미하며, 과학자들은 이를 '인류세'라는 새로운 시대로 정의하고 있습니다. 온실가스 농도의 증가는 인류의 생존 방식과 밀접하게 연결되어 있습니다. 산업혁명 이후 석탄과 석유의 사용은 이산화탄소 배출의 주범이 되었고, 인구 증가에 따른 축산업의 확장은 소의 소화 과정에서 발생하는 메탄 농도를 높였습니다. 또한 농업 생산성을 높이기 위해 사용되는 질소 비료는 아산화질소를 배출하여 오존층 파괴와 온난화를 가속화하고 있습니다. 이러한 현상은 인류가 지구 생태계 전반에 걸쳐 거대한 발자국을 남기고 있음을 보여주는 명백한 증거입니다. 전 세계 인구 1인당 연간 약 1톤의 탄소를 배출한다는 통계가 있지만, 이는 국가별 경제 수준에 따라 매우 불공평하게 나타납니다. 선진국들은 과거부터 막대한 양의 탄소를 배출하며 성장해 온 반면, 개발도상국들은 이제 막 경제 발전을 위해 배출량을 늘리고 있는 상황입니다. 예를 들어 프랑스는 원자력 발전 비중이 높아 탄소 배출량이 상대적으로 적은데, 이는 에너지 생산 방식이 국가의 탄소 수지에 얼마나 큰 영향을 미치는지 보여줍니다. 결국 기후 위기 해결을 위해서는 전 지구적인 공평성과 책임 분담이 필수적입니다. 화석 연료를 대체하기 위한 노력은 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 재생 에너지 분야에서 활발히 이루어지고 있습니다. 과거에는 이러한 재생 에너지의 발전 단가가 원자력 발전이나 화력 발전에 비해 높았지만, 기술 혁신을 통해 경제성이 점차 확보되고 있습니다. 특히 해상 풍력이나 해수 온도차 발전과 같은 새로운 시도들은 에너지 자립과 탄소 중립을 동시에 달성할 수 있는 가능성을 제시합니다. 엔지니어들의 노력으로 재생 에너지의 경쟁력이 높아짐에 따라, 우리는 위험 부담이 큰 에너지원 대신 지속 가능한 선택지를 가질 수 있게 되었습니다. 기후 위기 해결을 위한 책임은 국가나 기업에만 있는 것이 아닙니다. 전체 탄소 배출량의 약 3분의 1은 우리 개개인의 일상적인 생활 방식에서 비롯됩니다. 우리가 사용하는 전기, 이동 수단, 소비 습관 하나하나가 지구 환경에 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 우리가 누리는 문명적 혜택을 유지하면서도 환경을 보전하기 위해서는 생활 속의 작은 실천이 무엇보다 중요합니다. 에너지 절약과 같은 노력이 모일 때, 우리는 비로소 후손들에게 아름답고 건강한 지구를 물려줄 수 있는 책임을 다하게 될 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] 기체관측과 지구환경: 프레온가스 이야기 _ by박선영ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 2강 | 2강

프레온 가스는 과거의 유물로 여겨졌으나 최근 다시금 환경 과학계의 뜨거운 화두로 떠올랐습니다. 몬트리올 의정서를 통해 전 세계적으로 생산과 사용이 금지되었음에도 불구하고, 대기 중 농도 변화를 관측한 결과 예상치 못한 배출원이 존재함이 밝혀졌기 때문입니다. 이는 단순히 과거의 문제를 해결하는 것을 넘어, 현재 진행 중인 지구 환경 변화를 감시하고 규제하는 과학적 노력의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다. 보이지 않는 기체의 흐름을 추적하는 일은 지구의 미래를 지키는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 프레온 가스는 탄소, 불소, 염소가 결합한 구조로 매우 안정적이며 독성이 없어 산업적으로 널리 활용되었습니다. 냉매, 세정제, 단열재 충전재 등 우리 생활 곳곳에서 필수적인 역할을 담당했으나, 이러한 안정성이 오히려 환경에는 독이 되었습니다. 대류권에서 분해되지 않고 성층권까지 도달한 프레온 가스는 강력한 자외선에 의해 염소 원자를 내놓으며 촉매 역할을 수행하게 됩니다. 이 과정에서 발생하는 연쇄 반응은 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 광범위하고 치명적인 결과를 초래합니다. 1985년 남극 상공에서 발견된 오존 구멍은 인류에게 커다란 충격을 안겨주었습니다. 영국의 남극 탐사대가 25년간 축적한 관측 자료는 오존 총량의 급격한 감소와 프레온 가스 농도 증가 사이의 명확한 상관관계를 증명해 냈습니다. 이후 국제사회는 몬트리올 의정서를 체결하여 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 단계적으로 규제하기 시작했습니다. 이는 인류가 환경 위기에 대응하여 전 지구적인 합의를 이끌어낸 가장 성공적인 사례 중 하나로 평가받으며, 과학적 데이터가 정책 변화를 이끌어낸 상징이 되었습니다. 몬트리올 의정서 체결 30년이 지난 2018년, 대기 중 프레온 가스 농도 감소 속도가 둔화되는 이상 현상이 포착되었습니다. 미국 해양대기청의 관측 결과, 2010년 전면 금지 이후 지속적으로 줄어들어야 할 배출량이 2013년부터 다시 증가하고 있음이 확인된 것입니다. 과학자들은 지구 대기를 하나의 거대한 상자로 가정하고 배출량과 소멸량의 균형을 분석하여, 보고되지 않은 새로운 배출원이 존재한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이는 규제 물질에 대한 지속적인 감시와 검증이 왜 필요한지를 보여주는 결정적 계기가 되었습니다. 예상치 못한 배출원의 정체를 밝히는 데 결정적인 역할을 한 곳은 우리나라의 제주도 고산 관측소였습니다. 고산 관측소는 2008년부터 50여 종의 할로겐 화합물을 실시간으로 정밀 관측해 왔으며, 이곳의 데이터는 동아시아 지역의 대기질 변화를 추적하는 핵심 지표가 되었습니다. 2013년 이후 고산에서 관측된 프레온 가스의 고농도 사례는 특정 지역으로부터 오염된 공기가 유입되고 있음을 시사했습니다. 전 세계의 다른 관측소들과 비교했을 때 오직 동아시아 지역에서만 나타난 이 특이 현상은 배출원의 위치를 좁히는 결정적인 단서가 되었습니다. 과학자들은 입자 확산 모델을 활용하여 공기의 이동 경로를 역추적한 결과, 중국 동부 지역인 산둥반도와 허베이성 일대에서 대량의 프레온 가스가 배출되고 있음을 확인했습니다. 이는 해당 지역에서 불법적인 생산과 사용이 이루어졌음을 의미하며, 관련 연구 결과는 세계적인 학술지 네이처에 게재되어 국제적인 반향을 일으켰습니다. 이후 국제적인 공조와 규제 노력이 이어지면서 2019년에는 배출량이 다시 이전 수준으로 감소하는 긍정적인 변화가 관측되기도 했습니다. 이는 과학적 감시가 실제 환경 개선으로 이어진 고무적인 사례입니다. 프레온 가스와 그 대체 물질들은 오존층 파괴뿐만 아니라 강력한 온실효과를 유발하는 물질이기도 합니다. 이들은 이산화탄소보다 수천 배에서 수만 배 높은 지구온난화지수를 가지고 있어, 기후 변화 대응 측면에서도 엄격한 관리가 필요합니다. 키갈리 개정 의정서를 통해 대체 물질인 수소불화탄소(HFC)까지 규제 대상에 포함시킨 것은 이러한 맥락에서 매우 중요합니다. 결국 정밀한 대기 관측과 국제적 공조만이 오존층을 회복시키고 지구 온난화를 늦추는 유일한 길이며, 우리 모두의 지속적인 관심이 필요한 시점입니다.

박선영

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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

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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.

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생명과학

요리의 과학 2부

인류가 불을 발견하고 이용하기 시작하면서 삶의 방식은 근본적으로 변화했습니다. 불은 어둠을 밝혀 맹수의 위협으로부터 안전을 제공했을 뿐만 아니라, 인간이 활동할 수 있는 시간과 공간을 획기적으로 확장했습니다. 불 주변에 모여 앉은 사람들은 서로 대화하며 지혜를 나누었고, 이는 강력한 공동체 의식과 유대감으로 이어졌습니다. 오늘날 우리가 생일 케이크의 촛불을 끄며 소원을 비는 행위 역시, 불을 중심으로 결속력을 다졌던 먼 조상들의 문화적 유산이 본능 속에 여전히 남아 있음을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 불의 사용은 인류를 더 넓은 세상으로 이끌었습니다. 적도 지방의 병균과 벌레로부터 벗어나 추운 지역으로 이주할 수 있었던 것은 불이 제공하는 온기 덕분이었습니다. 무엇보다 중요한 변화는 '조리'의 시작이었습니다. 음식을 익혀 먹으면서 인류는 이전보다 훨씬 적은 노력으로 많은 에너지를 섭취할 수 있게 되었고, 이는 비약적인 뇌의 성장을 가능케 했습니다. 결국 가열이라는 과학적 과정을 통해 인류는 거대한 뇌를 갖게 되었으며, 이를 바탕으로 찬란한 문화와 과학 문명을 꽃피울 수 있는 토대를 마련하게 된 것입니다. 수렵 채집 생활을 하던 인류가 농경 사회로 진입한 것은 단순히 지능이 높아졌기 때문이 아니라 급격한 환경 변화에 적응하기 위한 선택이었습니다. 약 만 년 전, 지구의 기온이 상승하며 해수면이 높아지고 생태계가 변하자 기존의 방식으로는 늘어난 인구를 감당하기 어려워졌습니다. 인류는 생존을 위해 길들이기 쉬운 동식물을 찾아 키우기 시작했고, 이러한 창의적 전환이 농경민으로의 진화를 이끌었습니다. 이는 환경이 인간의 삶을 결정짓는 결정적인 요인이었음을 보여주며, 농경은 선택이 아닌 생존을 위한 필연적인 결과였음을 시사합니다. 요리에는 힘, 열, 균이라는 세 가지 핵심 요소가 작용하며, 인류는 이를 통해 '맛'이라는 고유한 가치를 추구해 왔습니다. 물리적인 힘으로 식재료의 구조를 바꾸고, 열을 이용해 에너지를 이동시키며, 눈에 보이지 않는 균을 활용해 발효라는 마법을 부렸습니다. 특히 맛은 다른 동물들과 차별화되는 인간만의 독특한 감각으로, 우리는 단순히 영양 섭취를 넘어 뇌와 물질의 상호작용을 통해 즐거움을 얻습니다. 고통의 일종인 매운맛조차 즐거움으로 승화시키는 인류의 모습은 우리가 얼마나 맛에 진심인 존재인지를 잘 보여줍니다. 현재 인류는 기후 위기라는 거대한 과제 앞에 서 있으며, 이는 우리의 식탁에도 새로운 변화를 요구하고 있습니다. 가축이 배출하는 메탄은 이산화탄소보다 훨씬 강력한 온실 효과를 일으키며 지구 온난화를 가속하고 있습니다. 이에 대한 대안으로 유전자 조작과는 차별화된 배양육 기술이 주목받고 있으며, 이는 환경 파괴를 최소화하면서도 인류가 사랑하는 고기의 맛을 유지할 수 있는 혁신적인 해결책이 될 것입니다. 지속 가능한 미래를 위해 우리는 에너지를 사용하는 방식을 재고해야 하며, 지구와 공존할 수 있는 새로운 요리 혁명을 준비해야 합니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
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[석학인터뷰] 홍성욱_ 인공지능이 인간지능을 아직 따라가기 힘든 이유

포스트휴머니즘은 단순한 철학적 사조를 넘어 세상을 온몸으로 끌어안는 새로운 감수성이라 할 수 있습니다. 이는 머리로만 이해하는 지식의 틀에서 벗어나, 타자와 내가 맺고 있는 수많은 관계를 입체적으로 바라보는 방식입니다. 기존의 휴머니즘이 인간중심주의와 개인주의의 틀에 매몰되어 있었다면, 포스트휴머니즘은 그 이후의 세계를 고민하며 인간을 둘러싼 환경과의 연결성을 강조합니다. 이러한 시각의 변화는 우리가 세상을 만지고 이해하며 포용하는 근본적인 태도를 변화시킬 것입니다. 인공지능의 비약적인 발전에도 불구하고, 인간의 능력을 완전히 초월하는 초지능의 도래에 대해서는 신중한 접근이 필요합니다. 인공지능이 체스나 바둑에서 뛰어난 성과를 보인다고 해서 인간과 유사한 방식으로 사고하고 판단하는 존재라고 보기는 어렵기 때문입니다. 기계가 정보를 처리하는 방식은 인간의 다차원적인 지능과는 근본적으로 다르며, 이러한 차이를 명확히 인지하는 것이 중요합니다. 기술이 가진 한계를 이해할 때 우리는 비로소 인공지능과 공존하는 올바른 방향을 설정하고 불필요한 공포에서 벗어날 수 있습니다. 가이아 이론은 지구를 단순한 자원의 보고가 아닌, 하나의 거대한 유기적 시스템으로 바라볼 것을 제안합니다. 과거에는 지구가 인간의 행위와 상관없이 무한히 재생되는 존재라고 믿었으나, 현재 우리가 직면한 생태적 위기는 그러한 믿음이 한계에 도달했음을 보여줍니다. 과학적 사실이나 진리라고 믿어왔던 좁은 틀에서 벗어나 세계를 바라보는 방식 자체를 근본적으로 전환해야 할 시점입니다. 가이아 이론은 우리가 발 딛고 선 지구를 인간중심주의적 시각이 아닌 생태적 관점에서 재정의하고 위기 극복을 위한 새로운 지평을 열어줍니다. 기후 위기에 대응하기 위해 우리가 일상에서 실천할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나는 육류 섭취를 줄이는 것입니다. 흔히 자동차 이용을 줄이거나 난방비를 아끼는 것만을 떠올리기 쉽지만, 가축을 사육하고 사료를 재배하는 과정에서 발생하는 온실가스의 양은 상상을 초월할 정도로 막대합니다. 육식을 위해 산의 나무를 깎아내고 농작물을 키우는 일련의 과정은 지구 환경에 심각한 부담을 줍니다. 거창한 구호보다 식습관의 작은 변화가 환경 보호를 위한 가장 실질적이고 강력한 대응책이 될 수 있음을 우리 모두가 인지해야 합니다. 코로나19 팬데믹은 인간과 비인간 행위자 사이의 복잡한 관계를 극명하게 보여주었습니다. 바이러스라는 비인간 행위자가 인간 사이의 물리적 관계를 단절시켰지만, 동시에 마스크나 정보통신기술 같은 또 다른 비인간 행위자들이 그 관계를 새로운 방식으로 이어주었습니다. 이는 우리 사회가 오직 인간들만의 힘으로 유지되는 것이 아니라, 수많은 비인간 행위자들과의 상호작용 속에서 지탱되고 있음을 시사합니다. 포스트휴머니즘적 관점에서 이러한 관계망을 깊이 있게 이해하는 것은 급변하는 미래 사회를 설계하고 유지하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 될 것입니다.

홍성욱

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융합

[그림으로 보는 과학뉴스] 미국 대선일, 파리기후협약 탈퇴 효력발생

2020년 11월 4일, 미국이 파리협정을 공식적으로 탈퇴하며 국제 사회의 큰 관심을 모았습니다. 이 날짜는 공교롭게도 미국 대선 기간과 겹쳐 정치적인 상징성까지 더해졌습니다. 파리협정은 가입은 자유롭지만 탈퇴에는 엄격한 절차가 따릅니다. 효력 발생 3년 후에야 탈퇴 의사를 밝힐 수 있고, 그로부터 다시 1년이 지나야 실제 효력이 발생하기 때문입니다. 이러한 복잡한 규정은 기후 위기 대응이라는 인류 공동의 목표가 단기적인 정치 상황에 따라 쉽게 흔들리지 않도록 설계된 안전장치라고 볼 수 있습니다. 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력은 1992년 브라질에서 열린 리우 회의를 기점으로 본격화되었습니다. 이후 당사국 총회인 COP를 통해 구체적인 실행 방안들이 논의되었으며, 1997년에는 선진국들에게 온실가스 감축 의무를 부여한 교토의정서가 채택되었습니다. 교토의정서는 산업계가 변화에 적응할 수 있도록 8년이라는 충분한 유예 기간을 거쳐 2005년에 발효되었습니다. 이는 국가적 차원의 거시적 목표가 실제 산업 현장에서 실행 계획으로 구체화되기까지 상당한 준비 과정이 필요함을 보여줍니다. 2015년 파리에서 열린 제21차 당사국 총회는 교토의정서 체제를 넘어선 새로운 전환점이 되었습니다. 파리협정의 가장 큰 특징은 선진국에만 국한되었던 온실가스 감축 의무를 개발도상국을 포함한 모든 당사국으로 확대한 것입니다. 우리나라도 1993년 가입 이후 이러한 국제적 흐름에 발맞추어 예외 없이 감축 의무를 지게 되었습니다. 이는 기후 위기가 특정 국가의 문제가 아닌, 지구촌 전체가 함께 짊어져야 할 공동의 책임이라는 인식이 확산되었음을 의미하며, 전 세계가 지속 가능한 미래를 위해 하나의 목표를 향해 나아가는 계기가 되었습니다. 파리협정의 핵심 목표는 지구 평균 기온 상승폭을 산업화 이전 대비 2도 이내로 제한하는 것입니다. 과학계에서는 이 2도를 인류가 통제할 수 없는 기후 재앙을 막을 수 있는 마지막 한계점인 '티핑 포인트'로 보고 있습니다. 만약 기온이 2도 이상 상승하게 되면 시베리아 동토층의 메탄이 방출되어 온실효과가 가속화되거나, 해양 산호초의 백화 현상과 생물 종의 대멸종 등 예측 불가능한 생태계 파괴가 일어날 수 있습니다. 따라서 2도라는 수치는 단순한 목표를 넘어 지구 생태계의 안전을 보장하기 위한 절박한 마지노선이라고 할 수 있습니다. 우리나라는 2030년까지 배출 전망치(BAU) 대비 37%를 감축하겠다는 도전적인 목표를 세웠습니다. 여기에는 국내 자체적인 감축 노력뿐만 아니라 탄소배출권 거래와 같은 경제적 방식을 통한 해외 감축분도 포함되어 있습니다. 기후 변화 대응은 이제 먼 미래의 이야기가 아니라 우리 세대가 당장 실천해야 할 구체적인 행동 준칙입니다. 국제적인 합의를 준수하고 탄소 중립을 향해 나아가는 과정은 산업 구조의 변화를 수반하는 어려운 과제이지만, 우리 아이들에게 물려줄 건강한 지구를 위해 반드시 완수해야 할 시대적 사명입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

지구환경과학

[연구뭐하지?] 안진호 교수 _서울대학교 '빙하고기후 연구실' | 남극 4000m 아래를 뚫는 이유

남극과 그린란드의 빙하는 지구의 과거 기후를 고스란히 간직한 타임캡슐과 같습니다. 빙하고기후연구실에서는 수천 미터 깊이의 빙하 코어를 시추하여 그 속에 갇힌 과거의 공기를 분석함으로써 당시의 대기 조성과 온도를 복원합니다. 산업혁명 이후 지구 온도는 약 1도 상승했으며, 이러한 변화가 자연적인 변동과 어떻게 다른지 이해하는 것은 미래 기후 변화를 예측하고 대응 정책을 수립하는 데 필수적인 기초 자료가 됩니다. 특히 UN 산하 IPCC 보고서 집필에 참여하며 과학적 근거를 바탕으로 인류의 미래를 위한 정책적 실천을 이끌어내고 있습니다. 빙하 시추를 통해 얻은 거대한 얼음 기둥인 빙하 코어는 단순한 얼음 덩어리가 아닙니다. 이 안에는 수만 년 전의 공기가 보존되어 있어, 당시의 대기 화학 조성과 온실가스 농도에 대한 정밀한 정보를 제공합니다. 이러한 데이터를 분석하면 과거 기후 시스템의 작동 원리를 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 현재 진행 중인 빙하의 융해 속도와 그에 따른 해수면 상승 문제를 깊이 있게 이해할 수 있습니다. 이는 해안 도시의 안전과 직결되는 매우 중요한 연구 분야라고 할 수 있습니다. 연구의 지평은 빙하를 넘어 시베리아와 알래스카의 영구 동토층으로까지 확장됩니다. 기온 상승으로 영구 동토층이 융해되며 그 속에 갇혀 있던 유기물이 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스로 배출되고 있는데, 이를 정밀하게 측정하여 기후 변화의 가속화 정도를 파악합니다. 또한 탄소, 질소, 산소의 동위원소비를 분석함으로써 온실가스가 화석 연료에서 기인한 것인지, 혹은 해양이나 육상에서 발생한 것인지 그 기원을 추적하여 국가별 배출량 파악과 감축 전략 수립에 기여하고 있습니다. 서울대학교 빙하고기후연구실은 해양, 지질, 대기 등 지구환경과학의 전 분야를 아우르는 융합적인 연구 환경을 제공합니다. 소수 정예로 운영되는 연구실 특성상 교수님과 학생 간의 긴밀한 소통과 피드백이 활발하게 이루어지며, 구성원들 사이의 학구적인 유대감도 매우 끈끈합니다. 특히 지질학 등 인접 학문 배경을 가진 학생들도 선배들의 세심한 지도를 통해 낯선 연구 환경에 빠르게 적응할 수 있도록 돕는 따뜻한 분위기를 갖추고 있습니다. 기후 연구는 때로 남극과 같은 극한의 현장에서 이루어지기에 연구자에게는 대담한 도전 정신이 요구됩니다. 낯설고 위험한 환경에서도 침착하게 대처할 수 있는 용기와 더불어, 실험 결과가 뜻대로 나오지 않을 때의 스트레스를 견뎌낼 수 있는 인내심이 필요합니다. 무엇보다 자연 현상에 대한 깊은 호기심이 가장 중요한 자질이며, 이를 과학적으로 증명해내기 위한 물리, 화학, 수학, 생물학적 기초 지식을 갖추어야 합니다. 이러한 열정을 가진 연구자들이 모여 지구의 미래를 밝히는 소중한 연구를 이어가고 있습니다.

안진호

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[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.

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지구환경과학

[강연] 미래신재생에너지 _ by김민수, 박남규 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학' 2강 | 2강

지구온난화는 더 이상 먼 미래의 이야기가 아닙니다. 전 세계적으로 배출되는 막대한 양의 이산화탄소는 지구의 온도를 높이고 기상이변을 일으키며 인류의 생존을 위협하고 있습니다. 기존의 화석연료 기반 에너지 시스템은 터빈을 돌리기 위해 탄소를 태워야만 했고, 이는 필연적으로 온실가스 배출로 이어졌습니다. 이러한 환경 위기를 극복하기 위해 인류는 탄소 배출이 없는 새로운 에너지원을 찾기 시작했습니다. 신재생에너지는 단순한 대안을 넘어 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 선택이 되었으며, 그 중심에는 수소와 태양광이라는 혁신적인 기술이 자리 잡고 있습니다. 수소는 우주에서 가장 흔한 원소이자 청정한 에너지 매개체로 주목받고 있습니다. 수소를 이용해 전기를 만드는 연료전지 기술은 연소 과정 없이 화학 반응을 통해 직접 전기를 생산합니다. 수소 분자가 촉매를 만나 전자와 수소 이온으로 분리되고, 이 전자가 도선을 흐르며 전기에너지를 발생시키는 원리입니다. 이 과정에서 발생하는 부산물은 오직 깨끗한 물뿐이기에 환경오염 걱정이 없습니다. 또한 연료전지는 전기뿐만 아니라 열도 함께 발생시키므로, 가정이나 산업 현장에서 난방과 전력을 동시에 해결할 수 있는 효율적인 에너지원으로 활용될 수 있습니다. 수소 에너지의 활용 범위는 이동 수단을 넘어 산업 전반으로 확장되고 있습니다. 수소전기차는 긴 주행 거리와 빠른 충전 시간이라는 장점을 앞세워 대형 트럭이나 버스 같은 상용차 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 또한 드론, 잠수함, 가정용 발전기 등 다양한 분야에 적용되어 에너지 패러다임을 바꾸고 있습니다. 관건은 수소를 얼마나 저렴하고 깨끗하게 생산하느냐에 있습니다. 현재는 천연가스 개질 방식이 주를 이루지만, 태양광이나 풍력 같은 재생에너지로 물을 분해해 수소를 얻는 수전해 기술이 발전함에 따라 진정한 의미의 탄소 제로 에너지 사회가 가까워지고 있습니다. 태양광 에너지는 무한한 자원인 햇빛을 직접 전기로 바꾸는 가장 확실한 신재생에너지원 중 하나입니다. 최근 글로벌 기업들 사이에서는 기업 활동에 필요한 전력의 100%를 재생에너지로 충당하겠다는 'RE100' 캠페인이 확산되고 있습니다. 이는 단순한 환경 보호 차원을 넘어 국가와 기업의 경쟁력을 결정짓는 중요한 요소가 되었습니다. 하지만 기존 실리콘 태양전지는 제조 공정이 복잡하고 비용이 높다는 한계가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 과학자들은 더 가볍고 저렴하면서도 효율이 높은 차세대 태양전지 소재를 연구해 왔으며, 그 결과 페로브스카이트라는 혁신적인 물질을 발견했습니다. 페로브스카이트 태양전지는 짧은 연구 기간에도 불구하고 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 효율을 달성하며 전 세계의 주목을 받고 있습니다. 이 물질은 빛을 흡수하는 능력이 매우 뛰어나 아주 얇은 막으로도 충분한 전기를 생산할 수 있습니다. 또한 고온의 공정 없이 용액을 바르는 간단한 방식으로 제조가 가능해 생산 비용을 획기적으로 낮출 수 있다는 장점이 있습니다. 유기물과 무기물이 결합한 독특한 결정 구조 덕분에 유연하게 휘어지는 성질을 가질 수 있어, 건물 외벽이나 휴대용 기기 등 기존 태양전지가 설치되기 어려웠던 다양한 장소에 적용될 수 있는 무궁무진한 가능성을 품고 있습니다. 물론 새로운 기술이 상용화되기 위해서는 넘어야 할 기술적 장벽들이 존재합니다. 페로브스카이트 태양전지의 경우 수분이나 열에 취약한 안정성 문제를 해결하는 것이 가장 큰 숙제입니다. 과학자들은 소재의 조성을 변경하거나 보호막 기술을 도입하여 내구성을 높이는 연구를 지속하고 있습니다. 또한 대면적에서도 고효율을 유지할 수 있는 공정 기술을 개발하는 데 박차를 가하고 있습니다. 이러한 노력은 기존 실리콘 태양전지에 페로브스카이트를 쌓아 효율을 극대화하는 탠덤 태양전지 기술로도 이어지고 있으며, 이는 태양광 발전의 경제성을 한 단계 더 끌어올리는 계기가 될 것입니다. 대한민국은 수소전기차 양산과 페로브스카이트 효율 경신 분야에서 세계 최고의 기술력을 보유하고 있습니다. 수소와 태양광이라는 두 축이 결합한 미래는 우리가 꿈꾸는 청정 에너지 사회의 모습입니다. 태양광으로 만든 전기로 물을 분해해 수소를 생산하고, 그 수소를 다시 연료전지에 넣어 필요한 때에 전기와 열을 얻는 에너지 순환 시스템은 지구온난화를 멈출 강력한 열쇠가 될 것입니다. 기술의 진보는 단순히 편리함을 넘어 인류와 지구가 공존할 수 있는 길을 제시합니다. 지속적인 연구와 사회적 관심이 뒷받침된다면, 깨끗한 에너지가 일상이 되는 수소 경제 시대는 머지않아 현실로 다가올 것입니다.

김민수, 박남규

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[강연] 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라 (4) _ by국종성 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강 | 7강 ④

온실효과는 흔히 인류의 산업 활동으로 인해 시작된 부정적인 현상으로 오해받곤 합니다. 하지만 사실 온실효과는 산업화 이전부터 존재해 온 자연스러운 과정입니다. 지구 평균 기온을 생명체가 살기 적합한 수준으로 유지해 주는 이 현상의 핵심 주역은 이산화탄소가 아닌 수증기입니다. 대기 중 온실 기체 기여도의 상당 부분을 차지하는 수증기는 지구 평균 기온을 조절하는 가장 강력한 요소입니다. 따라서 온실효과 자체를 인류의 잘못으로 보기보다는, 자연적인 시스템에 인간의 활동이 어떤 추가적인 변화를 일으켰는지 파악하는 것이 기후 변화 이해의 첫걸음이라 할 수 있습니다. 지구 온난화의 원인을 규명할 때 태양 에너지의 변화를 간과해서는 안 됩니다. 20세기 동안의 태양 흑점 활동 변화를 살펴보면, 지구 평균 기온 상승 곡선과 유사한 흐름을 보이는 지점이 존재합니다. 일부 연구에 따르면 태양 에너지의 증가가 지구 평균 기온 상승에 적게는 10%에서 많게는 30%까지 기여했을 가능성이 제기되기도 합니다. 물론 현대 기후학의 주류인 IPCC 보고서 등에서는 태양 활동의 영향력을 이산화탄소에 비해 매우 낮게 평가하기도 하지만, 이러한 견해 차이는 기후 시스템이 얼마나 복잡하고 다양한 변수에 의해 움직이는지를 잘 보여주는 사례입니다. 기후 변화를 둘러싼 논쟁 중 하나는 인간 활동이 지구 평균 기온 상승에 미치는 정확한 기여도입니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 증가했다는 사실과 그것이 인간의 활동에 기인했다는 점에는 대다수 과학자가 동의합니다. 그러나 이 증가분이 구체적으로 온도를 얼마나 올렸는지에 대해서는 양의 피드백 작용 등 복잡한 메커니즘으로 인해 다양한 해석이 존재합니다. 엘니뇨나 라니냐와 같은 자연적인 변동성 또한 지구 평균 기온에 큰 영향을 미치지만, 중요한 점은 이러한 자연적 변동의 범위를 넘어서는 외적 강제력이 인류에 의해 더해지고 있다는 사실입니다. 과거의 기온 데이터를 신뢰할 수 있는지에 대한 의문은 과학적 검증의 핵심입니다. 인공위성 관측이 시작된 1980년대 이전의 데이터는 측정 지점의 한계로 인해 불확실성이 존재하는 것이 사실입니다. 이를 보완하기 위해 과학자들은 나무의 나이테, 산호, 빙하 코어와 같은 '프록시' 자료를 활용하여 수백 년 전의 기온을 추정합니다. 이러한 다각적인 검증 과정을 통해 도출된 결론은 현재의 지구 온난화가 분명한 상승 추세에 있다는 점을 뒷받침합니다. 불완전한 과거의 기록을 수학적, 통계적으로 정교하게 복원하려는 노력은 기후 변화의 실체를 밝히는 중요한 토대가 됩니다. 지구는 매우 예민하고 정교하게 연결된 시스템입니다. 우리가 기후 변화에 관심을 가져야 하는 이유는 단순히 환경을 보호하기 위해서가 아니라, 인류가 생존하기에 최적화된 환경을 유지하기 위해서입니다. 지구 시스템의 변화를 정확히 이해하고 과학적 근거를 바탕으로 대응책을 마련하는 것은 현대 인류에게 주어진 가장 시급한 과제입니다. 기후 변화는 더 이상 먼 미래의 이야기가 아니며, 과학적 연구에 대한 지속적인 투자와 대중의 깊은 관심이 결합될 때 비로소 우리는 지구와 인류의 공존을 위한 올바른 방향을 설정할 수 있을 것입니다.

국종성, 예상욱, 최용상

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지구환경과학

[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

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지구환경과학

[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] 왜 지구인가? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ④

지구는 우주에서 유일하게 생명체가 번성할 수 있는 특별한 조건을 갖춘 행성입니다. 대기권의 적절한 두께와 태양과의 완벽한 거리는 생태계가 유지될 수 있는 근간이 됩니다. 하지만 최근 수십 년간 관찰된 급격한 기후 변화는 이러한 균형이 얼마나 취약한지를 여실히 보여주고 있습니다. 우리는 이제 자연이 보내는 경고 신호를 단순한 현상으로 치부하기 어려운 시점에 도달했습니다. 지구의 자정 능력을 넘어서는 오염과 파괴는 결국 인류의 생존을 위협하는 부메랑이 되어 돌아오고 있습니다. 산업화 이후 인류는 유례없는 풍요를 누려왔지만, 그 대가로 지구의 온도는 끊임없이 상승하고 있습니다. 화석 연료의 과도한 사용으로 배출된 온실가스는 열을 가두어 해수면 상승과 기상 이변을 초래합니다. 북극의 빙하가 녹아내리는 속도는 과학자들의 예상을 뛰어넘고 있으며, 이는 단순히 먼 나라의 이야기가 아닌 우리 일상의 안전을 위협하는 실질적인 위기로 다가오고 있습니다. 기후 변화에 대한 정확한 진단과 대응이 늦어질수록 우리가 치러야 할 비용은 기하급수적으로 늘어날 것입니다. 기후 변화의 메커니즘은 복잡하게 얽혀 있어 한 부분의 균형이 깨지면 연쇄적인 반응을 일으킵니다. 해양 온도의 상승은 해류의 흐름을 바꾸고, 이는 다시 대기의 순환에 영향을 주어 가뭄과 홍수 같은 극단적인 날씨를 빈번하게 만듭니다. 이러한 피드백 루프는 한번 시작되면 멈추기 어렵기 때문에, 임계점에 도달하기 전에 변화의 흐름을 늦추려는 과학적 노력이 그 어느 때보다 절실한 상황입니다. 생태계의 회복력을 복원하기 위한 다각적인 연구와 데이터 분석이 시급히 이루어져야 합니다. 위기를 극복하기 위해서는 탄소 중립을 향한 전 지구적인 협력과 기술적 혁신이 병행되어야 합니다. 재생 에너지로의 전환은 선택이 아닌 필수이며, 탄소 포집 기술과 같은 첨단 과학의 발전은 새로운 돌파구를 마련해 줄 것입니다. 또한 경제 구조 자체를 지속 가능한 방식으로 재편하려는 노력이 필요합니다. 이는 단순히 환경을 보호하는 차원을 넘어 인류 문명의 지속 가능성을 확보하는 핵심적인 과정입니다. 국가 간의 경계를 허물고 공동의 목표를 위해 지혜를 모아야 할 때입니다. 결국 지구의 미래는 현재를 살아가는 우리의 선택에 달려 있습니다. 작은 실천이 모여 거대한 변화를 이끌어내듯, 개개인의 인식 변화와 정책적 결단이 조화를 이루어야 합니다. 우리는 후손들에게 물려줄 지구가 지금보다 더 나은 모습이기를 희망하며, 자연과 공존하는 지혜를 배워야 합니다. 지구는 우리가 잠시 빌려 쓰는 소중한 터전임을 잊지 말고, 책임감 있는 태도로 보존에 힘써야 합니다. 지금의 노력이 미래 세대에게는 가장 큰 선물이 될 것이라는 믿음으로 나아가야 할 것입니다.

김영희, 이강근, 이상묵

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 왜 지구인가? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ⑤

우리가 살아가는 지구는 거대한 에너지의 집합체이며, 현대 사회를 살아가는 많은 이들은 풍요로운 삶을 누리는 동시에 자원 고갈과 환경 파괴에 대한 깊은 책임감을 느끼곤 합니다. 특히 인구 증가와 물 부족 같은 세계적인 문제는 더 이상 남의 일이 아닌 우리 모두의 생존과 직결된 과제입니다. 이러한 모순을 해결하기 위해 과학은 화석 연료를 대체할 재생 에너지에 주목하고 있습니다. 지열, 풍력, 태양광 등 지구가 본래 가진 에너지를 슬기롭게 활용하는 기술은 인류가 지속 가능한 미래로 나아가기 위한 필수적인 선택지가 되고 있으며, 이는 우리가 자연과 공존하기 위해 반드시 고민해야 할 지점입니다. 에너지 전환은 단순히 기술적인 문제를 넘어 사회적 합의와 실천이 필요한 영역입니다. 아이슬란드와 같은 국가들은 지열과 수력을 통해 에너지의 상당 부분을 충당하며 앞서가고 있지만, 우리나라는 여전히 화석 연료와 원자력 의존도가 높은 실정입니다. 미세먼지나 온실가스 배출 문제는 특정 지역이나 국가에 국한되지 않는 전 지구적인 현상으로, 국경 없는 환경 위기에 대응하기 위해서는 에너지를 절감하고 아끼는 마음가짐을 공유하는 것이 무엇보다 중요합니다. 과학적 해결책이 제시되더라도 이를 수용하고 실천하려는 공동체의 노력이 뒷받침되어야만 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있기 때문입니다. 과학적 사고의 핵심은 고정된 정답에 안주하지 않고 끊임없이 진리를 탐구하는 유연함에 있습니다. 흔히 과학을 인간 중심적인 오만으로 오해하기도 하지만, 진정한 과학자는 새로운 증거가 나타나면 언제든 기존의 가설을 수정할 준비가 되어 있는 사람들입니다. 이는 결론을 정해두고 논리를 맞추는 방식과는 근본적으로 다르며, 오직 데이터와 근거를 바탕으로 가장 합리적인 답을 찾아가는 과정 자체가 과학의 본질이라 할 수 있습니다. 이러한 태도는 우리가 직면한 복잡한 환경 문제들을 감정적인 대응이 아닌, 객관적이고 실효성 있는 방향으로 해결할 수 있도록 돕는 이정표가 됩니다. 지진 조기 경보 시스템에서 단 몇 초의 시간은 인명 피해를 줄이는 결정적인 열쇠가 됩니다. 6~7초라는 짧은 시간은 언뜻 미미해 보일 수 있지만, 체계적인 대피 시스템과 훈련된 행동이 결합된다면 생사를 가르는 귀중한 골든타임이 될 수 있습니다. 과학은 자연재해를 완전히 막지는 못하더라도, 그 피해를 최소화할 수 있는 지혜와 기술적 수단을 제공합니다. 전조 현상을 파악하고 신속하게 정보를 전달하려는 노력은 안전한 사회를 구축하는 밑거름이 됩니다. 결국 과학은 인간이 자연의 거대한 흐름 속에서 스스로를 보호하고 환경에 적응해 나가는 가장 강력하고도 합리적인 도구인 셈입니다. 지구를 하나의 거대한 생명체로 보는 관점처럼, 지구는 스스로 조절하고 변화하는 역동적인 시스템입니다. 생명은 엔트로피 법칙을 거슬러 목적을 가지고 에너지를 사용하는 특별한 존재이며, 인류가 문명을 이룩한 과정은 수많은 우연이 겹쳐진 경이로운 결과입니다. 하지만 최근의 기후 변화는 지구가 과거에 겪었던 변화와는 비교할 수 없을 정도로 급격하게 진행되고 있습니다. 우리가 지구의 역사를 배우고 그 내부 구조를 탐구하는 이유는, 이 경이로운 우연을 지키고 다가올 미래를 더욱 겸허하게 준비하기 위해서입니다. 과학을 통해 지구를 깊이 이해하는 것이야말로 인류 생존의 유일한 답이 될 것입니다.

김영희, 이강근, 이상묵

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[강연] 한반도 : 10억년 전으로의 시간여행 (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 4강 | 4강 ④

우리가 발을 딛고 서 있는 이 땅은 단순히 멈춰 있는 존재가 아닙니다. 수십억 년의 세월 동안 땅덩어리는 끊임없이 갈라지고 움직이며 서로 부딪히는 역동적인 과정을 거쳐왔습니다. 이러한 지질학적 변화를 이해하는 것은 우리가 살고 있는 한반도의 형성과 그 뿌리를 찾아가는 흥미로운 여정입니다. 단순히 과거의 기록을 살피는 것을 넘어, 지구라는 거대한 유기체가 어떻게 숨 쉬며 변화해 왔는지를 깨닫는 과정은 우리에게 세상을 바라보는 새로운 시각을 제공합니다. 지질학은 전문가들만의 영역이 아니라 우리의 일상과도 밀접하게 연결되어 있습니다. 지하 자원의 탐사나 지진 및 화산 같은 자연재해에 대비하기 위해서도 지질학적 지식은 필수적입니다. 또한, 여행을 떠났을 때 그 지역의 지형이 형성된 원리를 알게 되면 풍경을 감상하는 즐거움은 배가 됩니다. 아는 만큼 보인다는 말처럼, 암석과 지층에 담긴 이야기를 읽어낼 수 있을 때 우리는 자연이 선사하는 진정한 아름다움과 경이로움을 만끽하며 더욱 풍요로운 삶을 누릴 수 있습니다. 한반도 곳곳에는 지구의 역사를 고스란히 간직한 명소들이 가득합니다. 한탄강 지질공원에서는 약 50만 년 전의 젊은 현무암과 3억 5천만 년 전의 고색창연한 습곡 구조가 공존하는 독특한 풍경을 만날 수 있습니다. 제주도의 주상절리와 수월봉 역시 화산 활동의 신비를 보여주는 세계적인 연구 가치를 지닌 곳들입니다. 이러한 장소들은 단순히 관광지를 넘어, 한반도가 형성되던 시기의 거대한 대륙 충돌과 화산 분출의 흔적을 직접 눈으로 확인하고 체험할 수 있는 소중한 자연 학습장입니다. 세계로 시야를 넓히면 지구의 역동성은 더욱 거대하게 다가옵니다. 캐나디안 로키의 웅장한 산맥과 에메랄드빛 호수들은 5억 년 전 바다 밑에서 쌓인 지층이 대륙 충돌로 솟아오른 결과물입니다. 스위스 알프스의 마테호른 역시 유라시아 판과 아프리카 판이 충돌하며 지하 깊숙한 곳의 암석이 지표로 올라온 경이로운 사례입니다. 이처럼 지구 곳곳의 지형들은 수억 년에 걸친 판의 이동과 충돌이 만들어낸 예술 작품이며, 우리는 그 흔적을 통해 지구가 겪어온 격동의 세월을 짐작할 수 있습니다. 지구 역사상 가장 극적인 사건 중 하나는 전 지구가 얼음으로 뒤덮였던 '눈덩이 지구' 시기입니다. 약 7억 년 전, 대기 중 산소가 급격히 증가하면서 강력한 온실가스인 메탄이 제거되자 지구의 온도는 급격히 낮아졌습니다. 하지만 얼음 밑에서도 멈추지 않았던 화산 활동은 이산화탄소를 대기 중으로 꾸준히 내보냈고, 축적된 온실 효과는 결국 수만 년이라는 짧은 시간 안에 빙하를 녹여버렸습니다. 이러한 극단적인 기후 변화와 회복의 과정은 지구가 가진 놀라운 자정 작용과 생명력을 상징적으로 보여줍니다.

박정웅, 정해명, 최덕근

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[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (3) _ 김백민 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ③

기후 모델링은 지구 온난화의 복잡한 증폭 현상을 컴퓨터 언어로 구현하여 미래의 기온 변화를 예측하는 핵심적인 도구입니다. 국제 협의체인 IPCC는 우리가 이산화탄소 배출을 얼마나 억제하느냐에 따라 상이한 시나리오를 제시하고 있습니다. 적극적인 감축 노력이 동반된다면 파리 기후 협정의 목표인 1.5도에서 2도 이내의 상승을 기대할 수 있지만, 현재의 배출 추세를 유지할 경우 기온은 8도 이상 치솟는 암울한 미래를 맞이할 수 있습니다. 이러한 시뮬레이션 결과는 인류의 선택과 지구 시스템의 반응이 결합되어 결정되는 불확실한 미래를 경고하고 있습니다. 현재 과학 기술로 예측하는 2100년의 기온 상승 폭은 1.5도에서 4.5도 사이로 상당히 넓은 범위를 보입니다. 이러한 불확실성은 지구 시스템의 복잡한 상호작용을 완벽히 이해하기 어렵기 때문인데, 특히 영구 동토층의 해빙과 같은 급격한 변화가 모델에 충분히 반영되지 않은 점이 큽니다. 북극의 얼어붙은 땅이 녹기 시작하면 그 속에 잠들어 있던 미생물들이 활동하며 이산화탄소보다 20배나 강력한 온실가스인 메테인을 대량으로 방출하게 됩니다. 이러한 연쇄 반응은 우리가 예측한 것보다 훨씬 빠르고 강력하게 지구의 온도를 끌어올릴 위험성을 내포하고 있습니다. 지구 온난화의 가장 치명적인 결과 중 하나는 해수면 상승입니다. 과거에는 바닷물의 열팽창이 주요 원인이었으나, 이제는 남극과 그린란드의 거대한 빙하가 녹아내리는 현상이 결정적인 변수로 떠오르고 있습니다. 특히 육지 위에 있던 빙하가 바다로 유입되면 해수면은 급격히 상승하게 되는데, 최근 연구에 따르면 2100년까지 해수면이 2미터 이상 높아질 수 있다는 경고도 나오고 있습니다. 바다 위에 떠 있는 빙붕이 붕괴하면 육지 빙하의 유출 속도가 가속화되는 악순환이 반복되며, 이는 전 지구적인 해안 지형의 변화와 생태계 위기를 초래하는 직접적인 원인이 됩니다. 해수면 상승은 전 세계 모든 지역에서 동일하게 나타나지 않으며, 해류와 지형의 영향에 따라 지역별로 큰 차이를 보입니다. 우리나라는 쿠로시오 해류의 영향으로 해수면 상승 속도가 비교적 빠른 편이며, 이는 태풍의 위력을 강화하는 에너지원으로 작용하여 해안가 도시에 심각한 침수 피해를 입히고 있습니다. 실제로 부산 마린시티에서 발생한 해일 피해는 기후 변화가 더 이상 먼 미래의 이야기가 아님을 시사합니다. 해발 고도가 낮은 투발루와 같은 섬나라들은 이미 국가의 존립 자체를 위협받고 있으며, 이러한 위기는 머지않아 우리 모두의 현실로 다가올 수 있습니다. 기후 변화는 단순히 과학적인 데이터를 넘어 우리 미래 세대의 생존권과 직결된 문제입니다. 최근 미국의 어린아이들이 기후 변화로부터 건강한 지구에서 살 권리를 지키기 위해 주 정부를 상대로 소송을 제기하여 승소한 사례는 시사하는 바가 큽니다. 인류가 자연을 완벽하게 이해하고 예측하는 것은 불가능에 가까울지 모르지만, 불확실성을 핑계로 대응을 늦추기에는 우리에게 남은 시간이 그리 많지 않습니다. 미래 세대에게 안전한 터전을 물려주기 위해서는 과학적 연구를 통한 불확실성 감소와 더불어, 온실가스 감축을 위한 범지구적인 실천과 책임 있는 자세가 절실히 요구됩니다.

김백민

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[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ④

기후변화 연구의 진정한 가치는 단순히 학술적인 성과를 내는 것에 그치지 않고, 연구 결과가 시민들의 구체적인 행동을 이끌어내는 데 있습니다. 특히 기후 위기는 사회적 약자에게 더 가혹하게 다가오기에, 폭염에 취약한 쪽방촌 노인들의 건강을 살피는 것과 같은 실천적 활동이 병행되어야 합니다. 이는 석탄 화력 발전소를 줄이고 원전의 위험성을 회피하면서도 안정적인 전력 공급을 고민하는 에너지 전환의 문제와도 직결됩니다. 기후 예측이 어려운 이유는 기후 시스템이 가진 비정상성과 불확실성 때문입니다. 과거의 기상 기록이 현재의 기준이 되지 못하는 비정상성은 우리가 가졌던 상식을 뒤흔들며, 모델의 한계와 지식의 부족은 미래를 확정적으로 말하기 어렵게 만듭니다. 과학은 수학처럼 정답이 딱 떨어지는 영역이 아니기에, 다양한 가설이 충돌하고 논쟁하는 과정은 필수적입니다. 이러한 불확실성 속에서도 우리는 최선의 선택을 내려야 하는 과제를 안고 있습니다. 지구온난화에 대한 과학계의 의견은 인위적 활동이 주된 원인이라는 쪽으로 강력하게 기울어 있습니다. 수많은 논문을 분석한 결과, 대다수의 전문가가 현재의 기온 상승이 인위적 요인에 의한 것임을 인정하고 있습니다. 비록 소수의 회의론이 존재하더라도, 전문가 대다수가 경고하는 위험을 무시하는 것은 합리적이지 않습니다. 지식으로서의 이견은 존중하되, 행동의 근거로서 기후 과학이 주는 함의는 조금 더 적극적으로 해석하고 받아들일 필요가 있습니다. 하지만 기후 데이터의 신뢰성에 대해 의문을 제기하는 시각도 존재합니다. 인공위성 관측이 시작되기 이전인 100년 전의 자료들은 관측소의 위치나 기술적 한계로 인해 전 지구를 대표하기에 부족할 수 있다는 지적입니다. 특히 유럽이나 미국 중심의 데이터가 해양이나 다른 지역의 상황을 충분히 반영하지 못했을 가능성이 큽니다. 이러한 데이터의 불완전함은 장기적인 온난화 추세를 확신하는 데 있어 신중함을 요구하는 근거가 되기도 합니다. 지구의 온도는 온실가스 외에도 엘니뇨나 라니냐, 화산 폭발과 같은 자연적인 변동 요인에 의해 끊임없이 출렁거립니다. 화산재가 태양빛을 차단하여 온도를 낮추거나 해수면 온도의 변화가 기온을 끌어올리는 현상은 우리가 체감하는 기후변화의 큰 부분을 차지합니다. 이러한 자연 변동의 폭이 워낙 크다 보니, 서서히 진행되는 지구온난화의 신호를 명확히 구분해내는 것은 매우 어려운 작업입니다. 이는 기후변화를 자연스러운 현상으로 보려는 회의론의 배경이 됩니다. 관측 기술의 비약적인 발전은 지구온난화의 증거를 더욱 견고하게 만들고 있습니다. 과거 냉각화를 주장하던 소수의 의견이 있었으나, 데이터의 정확도가 높아진 현대에 이르러서는 온난화에 대한 과학적 합의가 더욱 공고해졌습니다. 2000년대 초반의 기온 정체기와 같은 현상도 정밀한 분석을 통해 자연 변동의 일부로 해석되고 있습니다. 결국 기술의 발전은 불확실성을 줄여나가며, 인위적 활동이 지구에 미치는 영향을 더욱 명확하게 드러내는 역할을 수행합니다. 기후변화의 원인을 분석할 때 과학자들은 인위적 활동과 자연적인 요인을 모두 고려합니다. 국제적인 평가 보고서들에 따르면 인위적 요인이 약 80%를 차지하며, 나머지 20% 정도가 자연적인 변동으로 파악됩니다. 도시화 효과나 태양 활동 등 다양한 변수가 복합적으로 작용하지만, 장기적인 상승 곡선은 온실가스의 증가와 궤를 같이합니다. 결국 기후 위기에 대응한다는 것은 이러한 복잡한 메커니즘을 이해하고, 우리가 통제할 수 있는 인위적 요인을 줄여나가는 과정입니다.

김백민, 안병옥, 최용상

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[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ⑤

지구 온난화로 인한 해수면 상승은 우리 삶의 터전을 직접적으로 위협하는 심각한 문제입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 해수면이 단 1m만 상승하더라도 인천이나 부산과 같은 해안도시의 상당 부분이 침수피해를 입게 됩니다. 특히 인구가 밀집된 해안 지역은 해안선이 도시 안쪽으로 100m 이상 밀려 들어올 수 있어 그 피해 규모는 상상을 초월합니다. 경관을 위해 방파제를 낮게 설치하는 등의 안일한 대처는 더 큰 재앙을 불러올 수 있으므로, 해안도시의 구조적 취약성을 보완하는 철저한 대비가 시급합니다. 기후 위기에 대응하기 위해서는 과학자와 정부의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 과학자들은 연구를 통해 기후 변화의 불확실성을 줄이고 정확한 데이터를 대중에게 전달하는 역할을 수행해야 합니다. 정부는 파리기후협약과 같은 국제적 약속을 바탕으로 실효성 있는 정책을 수립해야 하며, 특히 에너지 전환 과정에서 국민들이 경제적 충격을 받지 않도록 세심한 배려가 필요합니다. 에너지효율을 높이고 재생에너지를 확보하는 일은 단순한 환경 문제를 넘어 국가의 생존이 걸린 경제적 과제이기도 합니다. 지구 온난화 해결을 위해서는 우리 사회 전반의 의식 변화가 무엇보다 중요합니다. 단순히 쓰레기를 재활용하는 수준의 작은 실천만으로는 이미 가속화된 기후 변화를 막기에 역부족일 수 있습니다. 이제는 모든 국민이 이산화탄소 감축의 필요성을 깊이 인식하고, 우리의 노력이 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있다는 확고한 믿음을 가져야 합니다. 사회적 인식이 근본적으로 바뀔 때 비로소 탄소중립을 향한 강력한 동력이 형성될 수 있으며, 이는 미래 세대에게 안전한 지구를 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 실생활에서 온실가스를 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 건물과 교통수단의 에너지효율을 개선하는 것입니다. 건물의 냉난방에너지가 밖으로 새나가지 않도록 단열 성능을 높이는 것만으로도 막대한 양의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있습니다. 또한 화석연료를 사용하는 내연기관차에서 전기차로의 전환은 이산화탄소 배출을 줄이는 획기적인 대안이 될 것입니다. 다만 기존 차량의 처리 과정에서 발생하는 환경 문제와 국가별 에너지 상황의 차이를 고려한 다각적인 접근이 병행되어야 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거둘 수 있습니다. 기후 변화는 인간뿐만 아니라 지구 생태계 전체의 시간표를 뒤흔들고 있습니다. 지구 온난화로 인해 개화 시기가 빨라지면 이를 매개로 하는 곤충의 활동주기와 어긋나게 되어 농작물 수확량이 감소하는 등 연쇄적인 생태계 교란이 발생합니다. 특히 종다양성의 파괴는 인류 진화의 역사에 있어 심각한 위협이 됩니다. 따라서 기후학자와 생태학자, 해양학자 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 생태계의 변화를 정밀하게 분석하고, 숲과 바다라는 소중한 탄소흡수원을 보존하기 위한 노력을 멈추지 말아야 합니다.

김백민, 안병옥, 최용상

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[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 (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강 | 9강 ④

인류세라는 용어는 인간의 활동이 지구 환경에 지배적인 영향을 미치는 새로운 지질 시대를 의미합니다. 최근 학계에서는 이를 '인간세'로 번역하자는 제안이 힘을 얻고 있는데, 이는 인류 전체의 추상적인 문제보다 개개인의 구체적인 활동이 모여 지구를 변화시켰다는 점을 강조하기 위함입니다. 우리가 매일 사용하는 플라스틱이나 에너지 소비가 지구의 역사를 바꾸고 있다는 사실을 직시하게 함으로써, 환경 문제에 대한 개인의 책임감을 고취하고 실천적인 변화를 이끌어내려는 의도가 담겨 있습니다. 지질학적 관점에서 새로운 시대의 도래는 지층에 남는 뚜렷한 흔적으로 증명됩니다. 과거의 지질 시대가 화석으로 구분되었다면, 인류세는 콘크리트, 플라스틱, 그리고 우리가 소비한 막대한 양의 가금류 뼈가 지층에 쌓여 기록될 것입니다. 비록 수백 년이라는 짧은 시간이 지질학적 척도에서는 찰나에 불과할지라도, 인간이 만들어낸 인공물과 생태계의 급격한 변화는 미래의 지적 생명체가 지구의 역사를 탐사할 때 결코 간과할 수 없는 명확한 경계선이 될 것임이 분명합니다. 지구가 생명체가 살 수 있는 유일한 행성으로 남은 비결은 적절한 거리와 크기에 있습니다. 태양으로부터 너무 가깝지도 멀지도 않은 위치 덕분에 물이 액체 상태로 존재할 수 있었고, 적당한 질량은 내부의 열을 보존하여 자기장을 형성하게 했습니다. 이 자기장은 태양풍으로부터 대기를 보호하며, 판 구조론에 의한 탄소 순환을 가능하게 하여 지구의 온도를 일정하게 유지해 줍니다. 이러한 정교한 균형 덕분에 지구는 금성이나 화성과 달리 수십억 년 동안 생명의 요람 역할을 할 수 있었습니다. 화성을 제2의 지구로 만들려는 '테라포밍'은 더 이상 공상과학 소설 속의 이야기만이 아닙니다. 과학자들은 화성의 극한 환경에서도 생존 가능한 미생물을 활용해 대기 중의 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하고, 이를 통해 온실효과를 유도하여 화성의 온도를 높이는 방안을 연구하고 있습니다. 온도가 상승하면 지하에 얼어붙어 있던 물이 녹아 흐르고 구름이 생성되는 등 지구와 유사한 물의 순환 체계가 구축될 수 있습니다. 이는 인류가 지구를 넘어 우주로 거주지를 확장하려는 거대한 도전의 시작이라 할 수 있습니다. 기후변화는 이제 논쟁의 대상이 아닌 당면한 현실입니다. 이에 대응하는 방식은 온실가스 배출을 줄이는 '완화'와 이미 변화한 환경에 맞춰 살아가는 '적응'으로 나뉩니다. 해수면 상승으로 인해 몰디브와 같은 섬나라뿐만 아니라 전 세계 연안 도시들이 침수 위기에 처해 있는 상황에서, 단순히 둑을 쌓는 토목 공사를 넘어 생태계의 자정 능력을 활용한 대안이 주목받고 있습니다. 이는 인간이 자연의 순환 체계를 이해하고 그 안에서 공존의 길을 찾아야 함을 시사하며, 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 전략입니다. 연안 습지는 단순한 철새 도래지를 넘어 기후변화를 극복할 핵심 열쇠인 '블루 카본'의 저장소입니다. 습지의 식물들은 막대한 양의 탄소를 흡수하여 땅속에 가두고, 퇴적물을 쌓아 올려 해수면 상승에 스스로 대응하는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 또한 맹그로브 숲과 같은 습지는 쓰나미와 같은 자연재해로부터 육지를 보호하는 천연 방파제 역할을 수행합니다. 이러한 자연 생태계를 보존하는 것은 인위적인 구조물을 설치하는 것보다 훨씬 효율적이고 지속 가능한 기후변화 적응 전략이 될 수 있습니다. 인간의 영향력은 이제 지구 표면을 넘어 우주 공간으로까지 확장되었습니다. 수십 년간의 우주 개발 결과, 퇴역한 인공위성과 로켓 파편들이 '우주 쓰레기'가 되어 지구 궤도를 위협하고 있습니다. 초속 수 킬로미터의 엄청난 속도로 회전하는 이 파편들은 작은 크기라도 인공위성이나 우주정거장에 치명적인 타격을 줄 수 있는 거대한 에너지를 품고 있습니다. 지구의 환경 오염이 우주로 전이된 셈이며, 이를 해결하기 위한 기술적 노력은 우리가 만든 쓰레기를 스스로 치워야 한다는 인류세의 책임이 우주까지 이어짐을 보여줍니다.

강호정, 김경렬, 이정은

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