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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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[석학 인터뷰] 미래 인류가 여러 행성에 사는 종으로 분화될 가능성👨‍👩‍👧‍👦 | 2022 '진화가 필요한 순간'

환경의 변화에 따른 자연선택은 인류의 모습을 변화시키는 핵심 동력입니다. 하지만 우리가 직면한 가장 큰 난제는 미래의 환경이 어떻게 변할지 예측하기 어렵다는 점입니다. 스티븐 호킹 박사는 인류가 지구에서 천 년도 버티기 힘들 것이라 경고하며 문명의 위기를 강조했습니다. 우리는 미래 인류의 신체적 변화를 상상하곤 하지만, 그 이전에 종의 존속 자체가 불투명한 상황에 놓여 있다는 사실을 직시해야 합니다. 인류가 현재의 문명을 유지하며 지구에서 계속 살아갈 수 있을지에 대한 근본적인 의문은 진화의 방향을 결정짓는 가장 중요한 변수가 될 것입니다. 진화가 눈에 띄는 신체적 변화를 만들어내기 위해서는 방대한 시간이 필요합니다. 장기적인 진화는 예측 불가능한 방향으로 흐르겠지만, 그 과정에서 흥미로운 가설을 세워볼 수 있습니다. 만약 우리 사회가 외모뿐만 아니라 내면이 아름답고 선한 사람들이 살아남는 구조로 형성된다면, 인류는 이전보다 훨씬 도덕적인 종으로 진화할지도 모릅니다. 이는 단순한 신체적 변이를 넘어 인류 전체가 지향해야 할 가치와 맞물려 있으며, 더 나은 세상을 만드는 밑거름이 될 수 있습니다. 현재 지구의 생태계는 인구 급증으로 인해 종 다양성이 급격히 감소하며 단순해지고 있습니다. 전 세계적으로 특정 생물들이 대발생하는 현상은 생태계의 균형이 무너지고 있음을 시사합니다. 이러한 위기 속에서 인류는 지구 온난화와 같은 환경 문제에 경각심을 가지고 이를 극복하기 위해 노력해야 합니다. 생태계가 파괴된 황폐한 지구가 아닌, 다양한 생명이 공존하는 아름다운 환경을 가꾸는 것은 진화의 흐름 속에서 인류가 짊어져야 할 중요한 책임이자 생존 전략입니다. 과거 수많은 호미닌 종 중에서 현재 살아남은 것은 호모 사피엔스뿐입니다. 현생 영장류의 상당수가 멸종 위기에 처한 상황에서, 인류는 머지않아 지구상에 친척이 없는 외로운 종이 될지도 모릅니다. 한편으로 우리는 호모 인포머티쿠스의 등장을 기대합니다. 정보를 독점하기보다 공유하고, 평등한 사회 속에서 협력의 가치를 실현하는 것은 인류가 멸망의 위기를 극복하고 새로운 문명의 단계를 여는 열쇠가 될 것입니다. 과학기술의 비약적인 발전은 인류를 지구 밖의 세상으로 인도하고 있습니다. 각 행성의 고유한 환경에 적응하는 과정에서 인류는 갈라파고스 핀치처럼 서로 다른 종으로 분화할 수도 있습니다. 먼 미래에 지적인 외계 생명체가 다행성 종을 발견하게 되는 날이 올지도 모른다는 상상은 경이로움을 자아냅니다. 이러한 종 분화는 인류가 우주라는 거대한 생태계의 일원으로 편입되는 새로운 진화의 장을 의미하며, 이는 호모 사피엔스가 맞이할 가장 극적인 변화가 될 것입니다.

신승관, 이대한, 이상임, 이수지, 이융남, 이현숙, 정충원, 최정규

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[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

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[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이일하_꽃을 해부하면 꽃이 아니다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라보는 식물은 분석의 대상인 동시에 경이로운 예술 작품입니다. 30년 넘게 식물의 개화를 연구해 온 학자에게 느티나무는 그 수려한 자태와 넉넉한 그늘로 특별한 안식처가 되어줍니다. 꽃을 해부하고 현미경으로 들여다보는 과정은 때로 꽃의 낭만을 앗아가는 것처럼 보일 수 있지만, 그 정교한 미세 구조를 마주할 때 느끼는 감동은 일반적인 관조를 넘어섭니다. 식물은 단순한 생명체를 넘어 기품 있는 형태와 섬세한 생명력을 지닌 존재로, 우리에게 깊은 영감과 편안함을 동시에 제공합니다. 식물이 제 계절에 맞춰 꽃을 피우는 원리는 '개화 유전자'라는 정교한 시스템에 의해 조절됩니다. 루미니디펜덴스와 같은 유전자는 식물이 언제 꽃을 피울지 결정하는 핵심적인 역할을 수행하지만, 그 구체적인 생화학적 기작은 여전히 현대 과학의 미스터리로 남아 있습니다. 최근 지구 온난화로 인해 봄꽃의 개화 시기가 앞당겨지고 가을꽃인 코스모스가 늦여름에 피는 현상은 이러한 유전적 조절 시스템이 환경 변화에 민감하게 반응하고 있음을 보여줍니다. 이는 기후 위기가 식물의 생애 주기에 직접적인 영향을 미치고 있다는 증거이기도 합니다. 식물은 인간과 같은 신경계나 감각 기관을 가지고 있지 않지만, 세포 수준에서 환경을 매우 정교하게 인지합니다. 특히 빛을 감지하는 능력은 인간보다 뛰어난 면이 있는데, 인간이 한 종류의 광수용체로 사물을 보는 반면 식물은 적색광, 청색광, 자외선 등을 각각 인지하는 네 종류 이상의 광수용체를 보유하고 있습니다. 이를 두고 식물이 '네 개의 눈'을 가졌다고 비유하기도 합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 주어진 환경에서 최적의 생존 전략을 짜는 데 필수적인 토대가 됩니다. 인류 문명 1만 년의 역사 동안 식물은 의식주의 모든 요소를 제공하며 생존의 근간이 되어왔습니다. 다가올 2050년, 지구 인구가 100억 명에 육박할 것으로 예측되는 상황에서 현재의 작물 생산량으로는 심각한 식량 위기를 피하기 어렵습니다. 따라서 식물의 생명 현상을 깊이 이해하고 작물의 생산 효율을 높이는 연구는 인류의 미래를 지키는 필수적인 과제입니다. 식물학은 단순히 자연을 탐구하는 학문을 넘어, 다가올 위기에 대응하고 지속 가능한 인류의 삶을 보장하기 위한 핵심적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 식물의 진화 과정은 광합성을 통한 에너지 자립과 고착 생활이라는 독특한 선택의 결과입니다. 광합성 세균과의 세포 내 공생을 통해 스스로 에너지를 얻게 된 식물은 움직일 필요가 없어졌고, 대신 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 세포벽을 발달시켰습니다. 이러한 세포벽의 형성은 식물을 한곳에 머물게 했지만, 동시에 다세포 생물로서 독자적이고 다양한 진화의 길을 걷게 하는 동력이 되었습니다. 식물이 보여주는 생명력과 적응의 역사는 동물의 진화와는 또 다른 관점에서 생명의 신비로움을 우리에게 일깨워 줍니다.

이일하

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이호정_식물도 스트레스 받는다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 우리 생각보다 훨씬 더 민감하게 환경의 변화를 감지하며 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스는 단순히 식물의 성장을 저해하는 데 그치지 않고, 인류의 경제 시스템 전반에 큰 영향을 미칩니다. 식물의 생산량이 감소하면 곡물 가격이 폭등하고, 이는 곧 전반적인 물가 상승으로 이어지는 '애그플레이션' 현상을 초래하기 때문입니다. 따라서 식물의 스트레스 저항성을 연구하는 것은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지난 150여 년간 지구의 평균 기온은 약 0.9도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보일 수 있으나, 이는 농작물 생산에 치명적인 결과를 가져왔습니다. 실제로 옥수수와 같은 주요 곡물의 가격이 두 배 가까이 폭등하며 세계 곳곳에서 사회적 혼란이 발생하기도 했습니다. 기후 변화는 가뭄과 같은 비생물적 스트레스뿐만 아니라 특정 해충의 급증과 같은 생물적 스트레스까지 유발하여 식물의 생존을 더욱 어렵게 만들고 있습니다. 식물의 줄기는 단순해 보이지만 지지와 수송이라는 핵심적인 기능을 수행합니다. 잎이 광합성에 집중하고 뿌리가 수분과 무기질을 흡수한다면, 줄기는 이들을 연결하며 식물이 꼿꼿이 서 있을 수 있도록 돕습니다. 특히 줄기 내부의 관다발은 물과 영양분을 이동시키는 통로 역할을 합니다. 흥미로운 점은 뿌리와 줄기의 관다발 배치가 다르다는 것인데, 뿌리는 중심부에 모여 있는 반면 줄기는 주변부에 흩어져 있는 구조를 띱니다. 줄기의 관다발이 주변부에 흩어져 있는 구조는 외부 공격으로부터 생존하기 위한 전략으로 해석될 수 있습니다. 지상부에 노출된 줄기는 초식동물이나 강한 바람 등 다양한 위험에 직면합니다. 만약 관다발이 한곳에 모여 있다면 작은 상처만으로도 수송 기능 전체를 잃을 수 있지만, 여러 곳으로 분산되어 있으면 일부가 손상되더라도 나머지 조직을 통해 생명을 유지할 수 있기 때문입니다. 이는 식물이 환경에 적응하며 진화해 온 지혜를 보여줍니다. 식물의 지능은 우리가 상상하는 것 이상으로 뛰어납니다. 어떤 식물의 종자는 산불이 나야만 비로소 싹을 틔우는 독특한 생존 전략을 구사합니다. 이는 다른 경쟁 식물들이 불에 타 사라진 뒤, 충분한 자원과 빛을 확보할 수 있는 최적의 시기를 기다리는 것입니다. 수천 년을 살아가는 식물의 장수 비결 또한 특정 부위에만 존재하는 분열 조직을 통해 끊임없이 세포를 재생하는 정교한 메커니즘 덕분이며, 이는 식물이 결코 단순한 생명체가 아님을 증명합니다. 우리가 고기를 섭취하는 식습관조차 식물 자원과 밀접하게 연결되어 있습니다. 소고기 1kg을 생산하기 위해서는 무려 8kg의 곡물이 필요할 정도로 축산업은 막대한 식물 자원을 소비합니다. 결국 비건이 아니더라도 인류의 모든 먹거리는 식물로부터 시작되는 셈입니다. 이처럼 식물은 식량 안보뿐만 아니라 우리가 사용하는 가구의 원목 재료부터 정서적 안정감을 주는 조경에 이르기까지 우리 삶의 모든 영역에서 필수불가결한 존재로 자리 잡고 있습니다. 현대 농업에서 질소 비료는 필수적이지만, 과도한 사용은 심각한 환경 오염을 야기합니다. 식물이 흡수하지 못한 질소 성분은 강과 바다로 흘러 들어가 녹조 현상과 같은 부영양화를 일으키며 생태계를 파괴합니다. 따라서 식물이 질소를 더 효율적으로 흡수하고 이용할 수 있는 메커니즘을 밝혀내는 연구는 매우 중요합니다. 이를 통해 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지하는 지속 가능한 농업 모델을 구축하는 것이 미래 식물 과학의 핵심 목표입니다.

이호정

카오스재단카오스강연

생명과학

[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

[과학자가 쓴 과학책 #27] 이원영_물 속을 나는 새 ㅣ 펭귄이 이렇게 귀엽게 생긴 이유는?

남극 세종과학기지로 향하는 길은 멀고도 험난합니다. 칠레의 푼타아레나스를 거쳐 비행기를 네 번이나 갈아타고, 고무보트까지 동원해야 비로소 닿을 수 있는 대장정입니다. 약 30시간의 비행을 포함해 총 4박 5일이 소요되는 이 여정은 지루할 법도 하지만, 창밖으로 펼쳐지는 끝없는 얼음 대륙을 마주하는 순간 경이로움으로 바뀝니다. 200년 전 인류가 처음 이 땅을 밟았을 때 느꼈을 설렘과 초조함이 교차하며, 하얀 얼음으로 뒤덮인 신비로운 세계가 연구자를 맞이합니다. 연구자의 일상은 낭만과는 거리가 멉니다. 커다란 그물을 들고 펭귄을 쫓는 모습은 마치 침입자와 같습니다. 인간을 극도로 경계하는 도시의 까치와 달리, 남극의 펭귄들은 인간에 대한 두려움이 적어 연구가 수월한 편이지만 미안한 마음은 지울 수 없습니다. 연구를 위해 잠시 포획하는 과정에서 펭귄이 느끼는 스트레스를 최소화하려 노력하며, 이들이 야생에서 보여주는 본연의 행동을 방해하지 않으려 세심한 주의를 기울입니다. 과학자로서의 사명감과 생명에 대한 애정 사이에서 끊임없이 고민하며 연구는 계속됩니다. 펭귄의 삶에서 육지에서의 모습은 극히 일부분에 불과합니다. 일생의 80% 이상을 차가운 바닷속에서 보내는 이들의 비밀을 풀기 위해 '바이오로깅' 기술이 활용됩니다. 펭귄의 몸에 GPS, 비디오 카메라, 가속도계 등을 부착하여 인간이 직접 관찰할 수 없는 심해의 활동을 기록합니다. 최근 21세기에 들어서야 본격적으로 발달한 이 장비들은 펭귄이 얼마나 깊이 잠수하는지, 물속에서 머리를 몇 번 움직여 먹이를 사냥하는지 등 베일에 싸여 있던 수중 생태를 생생하게 드러내 줍니다. 물속에서 펭귄은 날개를 이용해 마치 하늘을 날듯 유려하게 움직입니다. 이들은 포식자인 표범물개로부터 자신을 보호하기 위해 여러 마리가 동시에 잠수하는 '싱크로나이즈드 다이빙'을 수행합니다. 여럿이 함께 움직임으로써 포식자의 시선을 분산시키는 희석 효과와 감시의 눈을 늘리는 정찰 효과를 얻는 것입니다. 수면 근처로 크릴을 몰아 사냥하고 동료들과 끊임없이 의사소통하며 살아가는 모습은 펭귄이 단순한 새를 넘어 남극 바다에 완벽히 적응한 '물속을 나는 새'임을 증명합니다. 펭귄을 자세히 들여다보면 개체마다 고유한 특징이 있음을 알 수 있습니다. 얼굴의 점무늬나 부리의 모양이 저마다 달라, 이들을 하나의 집단이 아닌 독립된 개체로 존중해야 함을 깨닫게 됩니다. 또한 이들이 배출하는 엄청난 양의 분변은 남극의 토양 생태계를 변화시키는 중요한 역할을 합니다. 분변의 흔적은 인공위성 사진을 통해 황제펭귄의 새로운 번식지를 찾아내는 결정적인 단서가 되기도 합니다. 이처럼 펭귄의 존재는 그 자체로 남극 생태계의 거대한 순환을 이끄는 핵심적인 고리입니다. 하지만 평화로워 보이는 남극에도 기후 위기의 그림자가 짙게 드리워져 있습니다. 최근 남극의 여름 기온이 영상 20도까지 치솟는 이상 고온 현상이 발생하며 빙하가 빠르게 녹아내리고 있습니다. 빙하가 녹으며 유입된 토사 입자들은 펭귄의 주식인 크릴의 아가미를 막아 대규모 폐사를 유발합니다. 실제로 지난 수십 년 사이 턱끈펭귄과 황제펭귄의 개체 수가 급격히 감소했다는 보고가 잇따르고 있습니다. '지구 최후의 날 빙하'라 불리는 스웨이츠 빙하의 붕괴는 펭귄뿐만 아니라 인류 전체의 생존을 위협하는 경고등입니다. 펭귄은 남극 생태계의 상위 포식자이자 환경 변화를 가장 먼저 감지하는 지표 생물입니다. 특히 바다 얼음 위에서만 번식하는 황제펭귄은 서식지 파괴로 인해 세기말이면 멸종 위기에 처할 것이라는 비관적인 전망이 나옵니다. 우리가 펭귄을 보호해야 하는 이유는 단순히 그들이 귀엽기 때문이 아닙니다. 펭귄이 사라진 지구는 결국 인간도 살 수 없는 곳이 될 것이기 때문입니다. 펭귄을 살리자는 외침은 곧 인류의 지속 가능한 미래를 위한 절박한 호소이며, 지금 당장 온실가스 감축을 위해 행동해야 하는 이유입니다.

이원영

카오스재단읽다과학

생명과학
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

[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

[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

[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

[카오스 술술과학] 극지에서 온 소식

고은 시인의 시 '눈'에서 묘사되듯, 눈은 본래 우리에게 따스하고 다정한 소식으로 다가왔습니다. 하지만 최근 세계 곳곳에서 들려오는 눈 소식은 폭설과 혹한이라는 위협적인 모습으로 변모했습니다. 지구온난화가 진행되고 있음에도 불구하고 왜 역설적으로 극한의 한파가 찾아오는 것일까요? 이는 마치 북극의 찬 공기를 묶어두던 고무 밴드가 느슨해진 것과 같습니다. 북극의 기온이 상승하면서 찬 공기를 가두는 힘이 약해졌고, 그 결과 차가운 공기가 남쪽으로 내려오며 우리에게 매서운 겨울을 선사하게 된 것입니다. 겨울철 이상 한파의 원인을 과학적으로 살펴보면 지구의 유기적인 움직임을 이해할 수 있습니다. 북극의 공기가 차가워지면 밀도가 높아져 지상에는 고기압이, 상공에는 강력한 저기압이 형성됩니다. 이 저기압을 중심으로 형성되는 반시계 방향의 제트기류는 북극의 찬 바람이 남하하지 못하도록 막아주는 거대한 방어막 역할을 합니다. 하지만 지구온난화로 북극 기온이 상승하면 지상의 고기압과 상공의 저기압이 모두 약화됩니다. 결국 팽팽하던 제트기류의 힘이 풀리면서 찬 공기가 특정 지역으로 쏟아져 내려오게 되는 것입니다. 이러한 제트기류의 변화는 겨울철 한파뿐만 아니라 여름철 폭염과도 밀접한 관련이 있습니다. 제트기류의 흐름이 약해지면 기압계의 움직임이 정체되는데, 이로 인해 특정 지역에 고기압이나 저기압이 오래 머물며 극심한 더위나 가뭄을 유발하게 됩니다. 결국 지구온난화에서 시작된 연쇄 반응이 대기 순환을 흔들고, 우리에게 극한의 날씨를 돌려주는 셈입니다. 지구는 마치 살아있는 거대한 유기체처럼 지구온난화라는 자극에 민감하게 반응하며 요동치고 있습니다. 이제 우리는 북극에서 보내오는 이 심술궂은 소식에 귀를 기울이고 미래를 대비해야 합니다.

카오스재단술술과학

지구환경과학

[강연] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (1) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ①

지구 온난화가 가속화되면서 극지방의 빙하가 녹고 해수면이 상승하는 등 인류의 터전이 위협받고 있습니다. 이러한 환경 변화는 사막화를 초래하여 식량 생산을 어렵게 만들고, 결국 인류는 지구를 대체할 새로운 행성을 찾아야 한다는 절박한 과제에 직면하게 되었습니다. 영화 '인터스텔라'나 '마션'에서 묘사된 것처럼, 황폐해진 지구를 떠나 우주로 이주하려는 상상은 이제 단순한 공상을 넘어 과학적 탐구의 대상이 되었습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해 우리는 이웃 행성으로 눈을 돌리고 있습니다. 화성은 지구와 가장 유사한 물리적 조건을 갖춘 이주 후보지입니다. 비록 대기압이 지구의 1%에 불과하고 산소가 없으며 기온 변화가 극심하지만, 암석 지표와 사계절의 존재는 매력적인 요소입니다. 반면 금성은 지구와 크기가 비슷함에도 불구하고 90기압이 넘는 고압과 500도에 육박하는 고온 때문에 생명체가 살기에 부적합합니다. 따라서 화성 지표 아래에 존재하는 얼음 상태의 물은 인류가 화성을 주목하는 결정적인 이유가 됩니다. 우리는 극한의 환경 속에서도 생존의 가능성을 화성에서 찾고 있습니다. 행성들의 운명을 이해하기 위해서는 태양계 전체의 탄생 과정을 살펴봐야 합니다. 우주의 성간 구름이 자기 중력으로 수축하며 중심부 온도가 1,000만 도에 이르면 수소 핵융합을 통해 별이 탄생합니다. 이때 회전하는 원반이 형성되는데, 최근 알마(ALMA) 전파 망원경을 통해 아기 별 주위의 원반에서 행성들이 만들어지는 생생한 증거가 포착되었습니다. 이 원반 속 먼지 티끌들이 서로 부딪히고 뭉쳐지면서 거대한 행성계의 기틀이 마련되는 것입니다. 이는 별과 행성이 별개의 존재가 아니라 하나의 시스템임을 보여줍니다. 원반 내의 온도 분포는 행성의 크기와 성질을 결정하는 핵심 요소입니다. 중심 별에서 멀어질수록 온도가 낮아지는데, 물 분자가 얼음 상태로 존재할 수 있는 경계선을 '스노우 라인'이라 부릅니다. 이 라인 바깥쪽은 얼음 입자가 아교 역할을 하여 암석 덩어리가 크게 자랄 수 있어 목성 같은 거대 행성이 형성됩니다. 반면 안쪽은 얼음이 없어 지구처럼 작은 암석형 행성들만 만들어지게 됩니다. 이는 태양계 행성 배치의 비밀을 푸는 열쇠가 되며, 왜 지구와 같은 암석형 행성이 태양 가까이 위치하는지를 설명해 줍니다. 약 45억 년 전 초기 지구는 수많은 미행성과의 충돌로 인해 암석이 모두 녹아버린 마그마 상태였습니다. 이후 충돌이 잦아들며 지구가 식어가는 과정에서 무거운 철과 니켈은 중심으로 가라앉아 핵을 형성하고, 가벼운 물질들은 지표로 떠올라 지각이 되었습니다. 이러한 분화 작용 덕분에 지구는 현재의 층상 구조를 갖게 되었으며, 내부의 잔여 열과 방사성 원소의 붕괴 에너지는 외핵을 액체 상태로 유지하며 지구의 자기장을 형성하는 원동력이 되었습니다. 이러한 내부 구조는 행성이 생명체를 보호하는 방패를 갖추는 과정이기도 합니다. 생명체가 번성하기 위해서는 지표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 '생명 서식 지대'가 확보되어야 합니다. 중심 별로부터 너무 가까우면 물이 증발하고, 너무 멀면 얼어붙기 때문에 적당한 거리를 유지하는 것이 필수적입니다. 이 지대의 위치는 별의 온도와 밝기에 따라 달라지는데, 뜨거운 별일수록 서식 지대는 멀리 형성됩니다. 따라서 외계 생명체를 탐사할 때는 단순히 행성의 위치뿐만 아니라 그 중심 별이 내뿜는 에너지의 특성을 면밀히 분석해야 합니다. 액체 상태의 물은 생명 현상을 촉발하는 가장 중요한 매개체이기 때문입니다. 별의 질량은 그 수명을 결정하며, 이는 지적 생명체의 탄생과 직결됩니다. 질량이 큰 별은 밝고 뜨겁지만 연료를 빠르게 소모하여 수명이 매우 짧습니다. 반면 태양과 같은 별은 약 100억 년의 수명을 가지며 생명체가 진화할 충분한 시간을 제공합니다. 지구에서 인류 문명이 탄생하기까지 약 40억 년이 걸렸다는 점을 고려하면, 수명이 짧은 거대 별 주위에서는 고등 지능을 가진 생명체를 기대하기 어렵습니다. 결국 우주 이주는 별과 행성의 조화로운 조건을 찾는 여정이며, 우리는 그 속에서 인류의 새로운 고향을 찾기 위한 탐사를 계속하고 있습니다.

이정은

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천문학

[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] 지구의 낯선 미래 : 설국열차 vs 인터스텔라 (2) _ by국종성 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 7강 | 7강 ②

지구 온난화의 주범으로 지목되는 이산화탄소는 사실 지구 생태계에 필수적인 존재입니다. 대기가 없다면 지구의 평균 기온은 영하 18도까지 떨어지겠지만, 온실효과 덕분에 인류가 살기 적합한 15도를 유지할 수 있기 때문입니다. 문제는 산업화 이후 온실가스 농도가 급격히 높아지며 이 균형이 깨졌다는 점입니다. 온실효과의 효율이 단 10%만 증가해도 지구 기온은 약 3도나 상승할 수 있으며, 이는 곧 인류가 감당하기 어려운 기후 위기로 이어지게 됩니다. 현재 우리는 인류 역사상 유례없는 이산화탄소 농도 400ppm 시대를 살아가고 있습니다. 이러한 농도 증가는 산업 혁명 이후의 인구 급증 및 화석 연료 사용량과 정확히 일치하는 궤적을 보입니다. 특히 대기 중 산소 농도가 미세하게 감소하고 있다는 사실은 인간 활동의 결정적인 증거가 됩니다. 화석 연료를 태우는 과정에서 산소가 소모되고, 이산화탄소를 흡수해 산소를 내뿜는 열대 우림이 파괴되면서 대기의 화학적 조성이 인위적으로 변하고 있음을 명확히 보여줍니다. 기후 시스템에는 결과가 다시 원인에 영향을 미치는 '피드백' 원리가 존재합니다. 그중에서도 변화를 더욱 가속하는 '양의 피드백'은 지구 온난화의 무서운 공범입니다. 지구가 더워지면 우리는 에어컨을 더 많이 사용하게 되고, 이는 다시 에너지 소비를 늘려 온도를 높이는 악순환을 만듭니다. 기후학자들은 이러한 양의 피드백이 온난화를 억제하는 음의 피드백보다 훨씬 강력하다고 경고합니다. 이 메커니즘은 이산화탄소가 직접 올리는 온도보다 훨씬 큰 폭의 기온 상승을 유발합니다. 대표적인 양의 피드백으로는 수증기와 알베도 피드백이 있습니다. 기온이 오르면 대기는 더 많은 수증기를 머금게 되는데, 수증기 자체가 강력한 온실가스이기에 온난화는 더욱 심화됩니다. 또한 북극의 해빙이 녹으면 태양 에너지를 반사하던 흰 표면이 사라지고 어두운 바다가 드러나 열 흡수율이 높아지는 알베도 피드백이 발생합니다. 바다 역시 온도가 높아질수록 이산화탄소를 흡수하는 능력이 떨어져, 대기 중 온실가스 농도를 더욱 높이는 결과를 초래하게 됩니다. 과학자들은 식물성 플랑크톤이 북극의 열 흡수를 돕는 새로운 피드백을 발견하는 등 여전히 기후 시스템의 복잡성을 연구하고 있습니다. 영화 '설국열차'는 기후 변화를 막으려는 인간의 오만이 예상치 못한 피드백을 불러와 빙하기를 초래하는 설정을 보여줍니다. 이는 우리가 기후 시스템을 완벽히 통제할 수 있다는 착각을 경계해야 함을 시사합니다. 기후 민감도에 대한 불확실성은 여전히 존재하며, 우리가 모르는 수많은 피드백이 미래의 기후를 예측하기 어렵게 만드는 요인이 됩니다. 기후 변화에서 가장 두려운 개념은 '티핑 포인트'입니다. 이는 서서히 변하던 시스템이 임계점을 넘는 순간, 작은 충격에도 급격하고 돌이킬 수 없는 변화를 일으키는 지점을 의미합니다. 마치 탁자 끝에 놓인 컵이 한순간에 바닥으로 떨어지듯, 지구 기후도 현재의 균형을 잃고 전혀 다른 상태로 전이될 수 있습니다. 파리 기후 협약에서 지구 온도 상승 폭을 1.5도에서 2도 이내로 제한하려는 이유도 바로 이 티핑 포인트를 넘지 않기 위한 인류의 마지막 방어선이라 할 수 있습니다. 점진적인 기후 변화가 비만이라면, 티핑 포인트를 넘는 급격한 변화는 치명적인 중병에 비유할 수 있습니다. 비만은 생활 습관을 바꾸고 다이어트를 통해 개선할 수 있지만, 중병은 회복을 위해 막대한 고통과 희생을 요구합니다. 우리는 지구가 산업화 이전으로 돌아가기를 기대하기보다, 현재의 건강한 상태를 유지할 수 있도록 에너지 소비 패턴과 정책을 근본적으로 바꿔야 합니다. 지구라는 거대한 빙산의 일각만을 알고 있다는 겸손한 자세로 기후 위기에 대응해야 할 때입니다.

국종성

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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

카오스재단카오스콘서트

물리학
지구환경과학
수학

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

2016년의 기록적인 폭염과 이상기후는 지구가 직면한 위기를 여실히 보여주었습니다. 인류는 이제 지구온난화로 인한 여섯 번째 대멸종을 우려해야 하는 처지에 놓였으며, 생물 종의 소멸 속도는 과거 대멸종 시기보다 훨씬 빠르게 진행되고 있습니다. 이러한 변화의 중심에 인간이 있다는 의미에서 현재를 '인류세'라 부르기도 합니다. 침몰해 가는 지구를 구할 수 있는 존재는 오직 우리 지구인뿐이며, 지금의 전면적인 위기를 극복하기 위해서는 우리가 발 딛고 사는 터전에 대해 더 깊이 이해하려는 노력이 절실합니다. 우리는 푸른 행성 지구에서 평생을 살아가지만, 정작 지구에 대해 아는 것은 그리 많지 않습니다. 지구의 나이는 약 46억 년에 달하지만, 인간의 수명은 100년도 채 되지 않는 짧은 시간입니다. 이러한 거대한 시간적, 공간적 간극은 우리가 지구를 온전히 이해하는 데 커다란 장벽으로 작용합니다. 지구가 둥글다는 사실조차 일상에서 체감하기 어렵듯, 우리와 지구 사이에 놓인 이 거대한 차이를 인식하는 것이 지구 탐구의 첫걸음이 될 것입니다. 익숙함 속에 가려진 지구의 진정한 모습을 발견하려는 태도가 필요합니다. 지구 시스템은 지권, 수권, 기권, 생물권이라는 네 가지 권역의 상호작용으로 이루어져 있습니다. 흔히 지구 표면의 70%가 바다라는 사실 때문에 물이 엄청나게 많다고 생각하기 쉽지만, 실제 지구 전체 부피에서 물이 차지하는 비중은 약 1,000분의 1 수준에 불과합니다. 더욱 놀라운 점은 지구상의 모든 생물 중 인간이 차지하는 무게 비중이 극히 미미하다는 사실입니다. 그럼에도 불구하고 인간이 지구를 지배할 수 있는 이유는 거대한 몸집이 아니라 고도로 발달한 뇌를 통해 지식을 축적하고 환경을 변화시켜 왔기 때문입니다. 인류의 탐사 기술은 태양계 끝자락인 175억 km 밖까지 뻗어 나갔지만, 정작 우리가 발을 딛고 있는 지구 내부로 들어간 거리는 고작 12 km에 불과합니다. 이는 사과 껍질을 바늘로 살짝 찌른 정도의 깊이로, 지구 내부의 거대한 신비를 파헤치기에는 턱없이 부족한 수준입니다. 냉전 시대의 경쟁으로 시작된 시추 탐사는 기술적 한계와 막대한 비용 문제로 인해 멈춰 섰습니다. 우주를 향한 시선만큼이나 우리 발밑의 세계를 향한 탐구도 중요하지만, 지구 내부는 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있습니다. 바다의 가장 깊은 곳인 마리아나 해구의 챌린저 해연에 발을 들인 인류는 단 세 명뿐입니다. 이는 달에 발자국을 남긴 12명보다 훨씬 적은 숫자로, 우리가 심해와 지구 내부에 대해 얼마나 무지한지를 단적으로 보여줍니다. 지구는 우리가 아는 유일한 생명의 요람이지만, 그 깊은 속살과 변화의 원리에 대해서는 여전히 배울 것이 많습니다. 기후 위기와 지질학적 변화가 가속화되는 지금, 지구인으로서 지구를 사랑하고 지키기 위해서는 보이지 않는 곳까지 세밀하게 살피고 연구하는 자세가 그 어느 때보다 중요합니다.

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] 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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지구환경과학

[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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지구환경과학

[강연] 미세먼지는 지구 환경에 어떤 영향을 줄까? (3) _박록진 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 7강 | 7강 ③

미세먼지는 우리 눈에 보이지 않을 정도로 아주 작은 입자이지만, 인체에 미치는 영향은 매우 치명적입니다. 호흡을 통해 폐 깊숙한 곳까지 도달한 미세먼지는 그곳에 축적되어 각종 호흡기 질환과 천식을 유발하며, 심한 경우 사망률을 높이는 원인이 되기도 합니다. 실제로 대기 중 미세먼지 농도가 일정 수준 증가할 때마다 일일 사망률이 유의미하게 상승한다는 연구 결과가 보고된 바 있습니다. 이는 단순한 불편함을 넘어 인류의 생존을 위협하는 심각한 환경 문제임을 시사하며, 직접적인 건강 피해에 대한 경각심을 일깨워줍니다. 미세먼지 농도가 비슷하더라도 날씨에 따라 시정이 확보되는 정도는 크게 다를 수 있습니다. 이는 미세먼지가 수증기를 흡수하여 크기가 커지는 '흡습 성장' 현상 때문입니다. 대기 중 상대습도가 높으면 미세먼지 입자에 수증기가 달라붙어 물방울처럼 커지게 되고, 이로 인해 빛의 산란이 심해져 공기가 더 뿌옇게 보이게 됩니다. 반면 환경부에서 발표하는 공식 농도는 수증기를 제거한 건조 상태의 질량을 기준으로 하기에, 우리가 눈으로 보는 시정과 실제 측정된 농도 사이에는 차이가 발생할 수 있다는 점을 유의해야 합니다. 미세먼지는 기상 현상인 구름과 안개를 형성하는 데 필수적인 역할을 수행합니다. 수증기만으로는 물방울이 잘 만들어지지 않지만, 미세먼지가 응결핵 역할을 하여 수증기를 끌어당기면 구름이 생성됩니다. 특히 인위적인 활동으로 미세먼지가 많아지면 구름 입자의 수는 늘어나고 크기는 작아지는데, 이는 구름의 표면적을 넓혀 태양 빛을 더 많이 반사하게 만듭니다. 결과적으로 지구가 받는 태양 에너지를 줄여 온도를 낮추는 간접적인 냉각 효과를 일으키며, 이는 기후 시스템 전반에 걸쳐 매우 복잡하고 다양한 영향을 미치게 됩니다. 과거 필리핀 피나투보 화산 폭발 사례는 미세먼지가 지구 기온에 직접적인 영향을 줄 수 있음을 보여주었습니다. 성층권까지 올라간 미세먼지는 수년간 머물며 태양 복사 에너지를 반사해 지구의 평균 기온을 일시적으로 하락시켰습니다. 또한 기후 변화로 인해 지구가 더워지면 나무가 자신을 보호하기 위해 내뿜는 유기 기체가 늘어나고, 이것이 다시 미세먼지의 재료가 되는 순환 구조가 형성됩니다. 대기 정체 현상까지 더해지면 오염 물질이 제대로 섞이지 못하고 농도가 더욱 짙어지는 악순환이 발생할 수 있어 기후와 환경의 상호작용에 주목해야 합니다. 변화하는 지구 대기 환경을 정확히 파악하기 위해 과학자들은 인공위성을 활용한 정밀 관측에 힘쓰고 있습니다. 우리나라는 정지궤도 복합위성인 천리안 2B호를 통해 동아시아 지역의 미세먼지와 대기 오염 물질을 실시간으로 감시하고 있습니다. 이 위성에 탑재된 환경 탑재체는 질소산화물, 이산화황, 오존 등 다양한 오염 물질의 변화를 매일 측정하여 대기 질 예보의 정확도를 높이는 데 기여합니다. 이러한 첨단 기술을 통한 지속적인 모니터링은 미래의 환경 변화에 선제적으로 대응하고 인류의 건강한 삶을 지탱하는 중요한 과학적 토대가 됩니다.

박록진

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지구환경과학
융합

[강연] 미세먼지는 지구 환경에 어떤 영향을 줄까? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 7강 | 7강 ④

미세먼지는 현대 사회에서 건강을 위협하는 가장 큰 환경 요인 중 하나로 꼽힙니다. 많은 이들이 미세먼지의 원인을 국외 영향으로 돌리기도 하지만, 실제로는 국내외 요인이 복합적으로 작용합니다. 평상시에는 국내 배출원의 비중이 높지만, 고농도 현상이 발생할 때는 국외 유입 비중이 급격히 높아지는 경향을 보입니다. 이는 대기 오염이 단순히 한 국가의 문제가 아니라 인접 국가 간의 기상 조건과 배출량에 따라 유동적으로 변화하는 복잡한 과학적 현상임을 시사합니다. 중국은 전 세계에서 대기 오염 물질 배출량이 가장 많은 국가 중 하나로, 지리적으로 우리나라는 그 영향권에 놓여 있습니다. 하지만 중국 내부의 상황은 더욱 심각하여 베이징 등 주요 도시의 오염도는 서울보다 수배 이상 높습니다. 최근 중국 정부가 막대한 예산을 투입해 강력한 환경 정책을 펴는 이유는 자국민의 건강 보호가 시급하기 때문입니다. 이러한 중국의 배출 저감 노력은 결과적으로 인접한 우리나라의 대기질 개선에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대됩니다. 국내 미세먼지 저감을 위해 정부는 수조 원 규모의 예산을 투입하며 다양한 정책을 시행하고 있습니다. 현재 예산의 상당 부분은 친환경 자동차 보급과 노후 경유차 폐차 등 도로 이동 오염원에 집중되어 있습니다. 그러나 전국 단위의 배출량을 살펴보면 대규모 사업장이나 발전소 등 산업 부문에서 발생하는 오염 물질의 비중도 상당합니다. 따라서 정책의 효율성을 높이기 위해서는 특정 분야에 치중하기보다 과학적 근거를 바탕으로 다양한 배출원을 균형 있게 관리하는 유연한 접근이 필요합니다. 미세먼지 예보의 정확도를 높이는 것은 국민의 일상 대응을 위해 매우 중요하지만, 이는 대단히 어려운 과제입니다. 예보 모델은 오염 물질의 배출량, 대기 중에서의 화학 반응, 그리고 시시각각 변하는 기상 조건이라는 세 가지 불확실한 요소를 모두 계산해야 하기 때문입니다. 특히 운전 습관에 따른 배출량 차이나 기후 변화로 인한 예측 불가능한 기상 패턴은 예보의 난이도를 더욱 높입니다. 이를 극복하기 위해 최근에는 인공위성 관측 데이터와 고도화된 과학 기술을 결합한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 미세먼지는 인체에는 해롭지만, 역설적으로 지구 온난화를 늦추는 냉각 효과를 내기도 합니다. 대기 중의 미세 입자들이 태양 빛을 반사하고 구름 형성을 도와 지표면에 도달하는 열을 줄여주기 때문입니다. 만약 우리가 미세먼지를 급격히 줄인다면, 그동안 가려져 있던 온실가스의 영향이 온전히 드러나 지구 온난화가 더욱 가속화될 위험이 있습니다. 따라서 대기 오염 개선과 기후 변화 대응이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하기 위해서는 오염 물질별 특성을 고려한 정교한 전략이 요구됩니다.

박록진, 우정헌, 정구희

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지구환경과학
융합

[강연] 바다의 비밀 - 심해탐사 (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 8강 | 8강 ⑤

바다의 거대한 흐름인 열염순환은 수온과 염분 차이에 의한 밀도 변화로 발생합니다. 극지방에서 차갑고 무거워진 물은 심해저로 가라앉아 대서양을 거쳐 인도양과 태평양까지 천천히 흐릅니다. 이 거대한 순환이 지구 전체를 한 바퀴 도는 데는 약 천 년이라는 시간이 걸리며, 표층부터 심해저까지 연결하는 중요한 역할을 합니다. 이러한 흐름은 심해에 산소와 영양분을 공급하며 지구의 기후 체계를 유지하는 핵심적인 동력이 됩니다. 심해의 열수분출공 주변에는 햇빛 없이도 번성하는 독특한 생태계가 존재합니다. 이곳의 생물들은 광합성 대신 황화수소를 에너지원으로 삼는 화학합성 세균과 공생하며 살아갑니다. 예를 들어 열수분출공 주변의 새우나 게는 일반적인 종과 달리 몸 안에 세균을 품고 영양분을 얻는 특별한 구조를 가졌습니다. 비록 척박해 보이는 환경이지만, 이들은 외부 세계와는 독립된 듯하면서도 정교하게 적응한 생명력을 보여주며 심해의 신비로움을 더해줍니다. 고립된 것처럼 보이는 열수분출공 사이에서도 생명은 끊임없이 이동하고 연결됩니다. 성체는 이동 범위가 좁지만, 알에서 깨어난 유생들은 플랑크톤 상태로 해류를 타고 멀리 퍼져 나갑니다. 또한 심해로 가라앉은 고래 사체는 '징검다리' 역할을 하여 생물들이 새로운 서식지로 이동하는 통로가 되어줍니다. 이러한 유생 분산과 생태적 징검다리 덕분에 멀리 떨어진 심해 생태계 사이에서도 유전적 유사성이 유지되며 생명의 연속성이 이어지게 됩니다. 기후 변화는 표층뿐만 아니라 심해 생태계에도 직간접적인 영향을 미칩니다. 엘니뇨와 같은 현상은 표층의 생산력을 변화시키고, 이는 심해 저서 생물의 주요 먹이원인 '마린 스노우'의 양에 영향을 줍니다. 비록 심해는 거대한 물 덩어리여서 대기와의 직접적인 열 교환은 느리지만, 상층부의 환경 변화는 침강하는 유기물을 통해 심해 생물들의 군집 구조를 바꿀 수 있습니다. 결국 바다는 표면부터 바닥까지 하나의 유기적인 시스템으로 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 인류의 미래를 위해 심해는 개척해야 할 거대한 보물창고이자 꿈의 영역입니다. 해저 도시 건설과 같은 공학적 도전은 엄청난 수압과 부식을 이겨내야 하는 과제를 안고 있지만, 인공 아가미와 같은 혁신적인 기술 개발은 인간의 활동 영역을 바다로 넓힐 가능성을 제시합니다. 심해는 우리가 아직 다 알지 못하는 자원과 생명의 신비를 간직하고 있습니다. 바다에 대한 지속적인 관심과 탐구는 지구의 미래를 새롭게 정의하는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

김동성, 김웅서, 이판묵

카오스재단카오스강연

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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[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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