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γ. 자연 환경

자연환경이라는 범주는 매우 광범위하다. 사실 이 용어는 알려진 우주 전체를 의미해야 한다. 그러나 여기서는 우리 행성인 지구와 특히 현재 또는 가까운 미래에 인간의 활동에 의해 영향을 받을 수 있는 세계의 부분으로 의미를 한정짓도록 하겠다.

여기서는 지구에 대한 일반적인 설명과 지구의 다양한 물리적 현상에 대해 설명하기보다는 지구의 독특한 구조와 현상에 관한, 독자가 흥미를 느낄 법만한 이야기를 하도록 하겠다.

지구의 몸통인 암석권은 주로 중력의 영향을 받아 50~60억 년 전에 형성되기 시작했다. 지구의 현재 구조는 지구 질량 자체의 중력과 자전, 달과 태양의 중력에 의한 바다의 조석 운동, 그리고 방사성 핵분열에 의해 생성된 열의 대국(아마도 고르지 않은)이 작용한 결과로 생겨나게 되었다. 이러한 과정들은 암석권에서의 구성 요인의 변화를 포함한 지속적인 변화의 원인이다. 이러한 암석권의 변화(대륙 이동, 산의 형성)는 실제로 매우 느리며, 그 결과는 수십만 년 또는 수백만 년이 지난 후에야 분명하게 드러난다.

동시에 암석권의 이러한 점진적인 변화는 조그만 부분에 기계적 응력을 축적시키고, 암석을 용해시켜 지진, 화산 폭발, 간헐천 등과 같은 갑작스럽고 급격한 사건들을 일으킨다.

지금까지 암석권에서 일어나는 과정에 대한 정량적인 이론은 정립되지 못하였고, 이는 수많은 가설의 대상이며 또한 종종 반론의 대상이 되고 있다. 게다가 앞으로 사람들이 이러한 과정들에 적극적으로 간섭할 수 있는 가능성은 거의 없다.

지각의 상층, 지표면과 토양, 마른 땅과 바다의 물, 가까운 우주로 합쳐지는 지역을 포함한 대기권 전체가 생물권을 형성한다. 생물권이라고 불리는 이유는 그곳이 생명이 존재하는 영역일 뿐만 아니라 그 안에서 일어나고 상태를 결정하는 많은 과정이 생명 현상과 밀접하게 관련되어 있기 때문이다. 생물권은 인간 활동에 영향을 미치는 바로 그 환경이며, 인간은 생물권의 영향을 받게 된다.

생물권의 모든 자연적 과정과 많은 인위적 과정의 주요 에너지원은 가시광선과 적외선의 형태로 지구에 도달하는 태양 복사다. 이 충분히 안정적인 흐름은 매분 1c㎡당 1.92칼로리(즉, 6×10¹³㎾)를 지구 대기 상층으로 가져온다(즉, 그 힘은 6x10¹³㎾). 지구 표면의 70%를 덮고 있는 구름은 이 복사의 약 50~60%를 다시 우주 공간으로 반사한다. 태양 복사의 비교적 적은 부분은 대기에 흡수되어 그 과정에서 가열되고, 10¹³kW가 조금 넘는 나머지 복사는 지구 표면에 도달한다. 지표면은 또한 복사의 일부(눈은 약 80%, 해양은 약 15%, 토양, 숲 및 기타 요소는 20~30%, 지구 표면 전체는 약 35%)를 반사하고 나머지는 흡수한다. 흡수된 복사는 육지와 바다, 그리고 그 표면의 모든 물체의 열이 된다. 또한 식물의 광합성 또한 복사의 흡수에 의해 이루어지는데, 이는 궁극적으로 수분 증발 및 기타 여러 가지 현상을 통해 지구상의 전체 바이오매스 형성을 담당한다.

지구 표면에서 발산되는 열은 다양한 방식으로 대기로 전달된다.

열대 지방과 극지방, 바다와 육지 사이의 태양열의 차이는 대기의 순환을 만들어낸다. 이는 대략 다음과 같이 작동한다: 열대 지방의 공기가 가열되어 지표면 위로 올라갔다가 추운 극지방으로 흘러들어가 식은 후 하강하는 식으로 순환하는 것이다. 적도를 향한 대기 하부 지역에서의 역이동은 지구 자전의 편향 효과와 산맥, 육지와 해양 사이의 특별한 대기 순환 하위 시스템 등의 존재로 인해 훨씬 더 복잡하다. 다양한 유형의 되먹임도 이러한 순환에 개입한다. 예를 들어, 구름은 가열된 지역에서의 증발로 인해 형성되어 해당 지역을 태양 복사열로부터 차단한다. 태양열로 따뜻해진 바다의 물은 해류에 의해 다른 부분으로 전달되어 새로운 열원 등을 생성하게 된다.

전체 대기 순환 시스템은 이와 동시에 일정하게 움직이면서도 안정된 평형을 유지한다. 이는 전 세계의 그 어느 지역이던지 기후 안정성이 있다는 것으로부터 알 수 있다. 우리는 이 고정된 5'정상' 순환 패턴을 중심으로 반복되는 대기 변동을 날씨의 변화로 간주한다.

기상 현상은 매우 강력하다. 약 10시간 동안 지속되며 큰 뇌우 구름이나 우박 구름을 형성하는 이러한 현상이 한 번 발생하는 동안 방출되는 전력은 수백만 kW 단위로 측정된다. 지름이 약 1,000kW에 달하는 지역의 날씨를 결정하는, 며칠 동안 지속되는 기단의 움직임은 수억 kW의 위력을 발휘한다.

수분의 순환은 대기 순환의 중요한 요소 중 하나이다. 매년 약 45만 ㎦의 물이 전 세계 바다 표면에서 증발한다. 30만 ㎦ 이상의 수분이 다시 바다로 침전되고, 나머지 10만 ㎦는 대륙 위로 침전되어 강에 공급되게 된다. 대기에 언제나 14,000㎥의 물, 1,200㎥의 모든 강, 280,000㎥의 호수, 모든 생물체 약 10,000㎥, 140,000㎥의 세계 해양, 24,000㎥의 빙하가 포함되어 있다는 것은 수분 순환의 또다른 특성이다.

응축 과정에서 수분의 증발과 방출에 소비되는 에너지는 대기 에너지 균형의 상당 부분을 차지한다.

전 세계 모든 지역의 생태계는 기후와 지형의 특정 특징, 지표면 물과 토양의 상태에 의해 결정된다. 반대로, 생물군[동식물]은 오랜 기간에 걸쳐 암석과 토양을 생성하고 대기와 수권의 구성을 변화시키며 지구 생물권의 기후와 구조에 영향을 미치는 역할을 한다.

태양 에너지와 지표면의 물질은 광합성 과정에서 약 1,800억 톤의 식물성 바이오매스(건조 중량 기준)와 약 3,000억 톤의 산소를 생산한다. 식물은 지표면에서 증발하는 전체 물의 약 50%에 해당하는 약 3만㎥의 물을 흡수하고 증발시킨다.¹

생물권의 기본 요소가 바이오매스 생성에 기여하는 상대적 비중은 대략적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다: 약 3억 6천만 ㎢의 표면적─전체의 43%에 달하는 전체 해양; 약 천만 ㎢의 면적─전체의 29%에 달하는 열대 우림; 약 4,200만 ㎢의 면적─전체의 10%에 달하는 목초지 및 초원지대; 약 2,500만 ㎢의 면적─전체의 10%에 달하는 온대지역 및 삼림; 약 1,400만 ㎢의 면적─전체의 8%에 달하는 농경지.

바이오매스는 인간을 포함한 동물계 전체에 식량을 제공한다. 식물에서 생산되는 산소는 호흡하는 생물체(지구 생명체에서 미미한 부분을 차지하는 혐기성 생물 제외)가 대기에서 제거한 산소와 무생물의 산화 과정에서 소모된 산소를 보충한다.

생물권의 상층부, 즉 점차 우주와 합쳐지는 대기의 높은 층에는 물질이 거의 없다. 이 영역에서 일어나는 광화학 및 전자기 프로세스는 생물권의 지상 영역에서 작동하는 힘에 비해 미미한 양의 에너지를 소비한다. 그럼에도 불구하고 이러한 과정은 매우 중요하다.

위에서 언급했듯이 태양 에너지의 대부분은 가시광선과 적외선 범위의 근적외선 영역에서 지구에 도달한다. 태양 에너지의 상대적으로 미미한 부분은 자외선, X-선 및 감마선 복사와 원자 및 원자 입자의 흐름의 형태로 떨어지게 된다. 가시광선과 달리 태양 에너지와 물질의 흐름에서 이 부분은 매우 가변적이다. 보이지 않는 태양 에너지 흐름의 복사는 주로 "태양 활동"이라는 총칭으로 알려진 다양한 현상의 결과이다. 여기에는 태양 흑점, 돌기 및 기타 과정의 형성이 포함된다.

이러한 에너지와 물질의 흐름은 지표면에 도달하지 않는다. 그중 일부는 지구 자기장에 의해 하전된 원자 입자로 소위 방사선 벨트에 축적되고, 다른 일부는 40~수백 km의 고도에서 대기의 이온화를 일으켜 전리층으로 알려진 것을 생성하게 한다. 여러 층의 이온화된 공기로 구성된 전리층은 짧은 전파를 반복적으로 반사하여 장거리 무선 통신을 가능하게 한다. 자외선은 대기 중에 오존을 형성하는데, 오존은 고도 약 30km에서 최대 농도에 도달하는 기체다. 오존은 모든 생명체에 해로운 과도한 자외선으로부터 지구 표면을 보호하는 일종의 장막 역할을 한다.

대기 상층의 전체 구조는 바로 이러한 불안정한 형태의 태양 복사에 의해 영향 받는다. 이와 관련된 현상으로는 자기폭풍, 극지방 오로라, 무선 통신 장애 및 기타 현상이 있다. 이러한 불안정한 형태의 태양 복사는 대기 하층과 생명체의 상태에 직간접적인 영향을 미치게 된다.

우리는 생물권에서 작동하는 과정 중 가장 잘 알려진 일부만 언급했다. 잘 알려지지 않은 수백만 가지의 다른 현상과 마찬가지로 이 모든 과정은 다양한 방식으로, 때로는 매우 놀라운 방식으로 서로 연결되어 있다.

오랜 시간에 걸쳐 발전해 온 이러한 상호 관계는 전체 생물권을 매우 복잡한 시스템으로 만들었으며, 시스템의 요소들은 계속 변화하면서 서로 균형을 이루고 있다.

생물권의 이러한 상태는 “자연 균형”이라고 불리며, 생태 및 환경 보호 문제에 관한 서적과 기사에서 자주 사용되는 용어이다. '자연 균형'을 지켜야 한다는 호소와, 균형이 깨진 사례와 그 후유증에 대한 수많은 사례들만으로도 여러 권의 책을 채울 수 있을 것이다.

인간은 항상 자연 환경의 균형을 교란해왔고 지금도 교란하고 있으며 생물권에 항상 압력을 가하고 있다.

앞서 언급했듯이 이러한 영향은 크게 세 가지 형태로 나누어질 수 있다: 지표면의 구조를 변화시키는 것 (대초원 경작, 산림 벌채, 토지 개량, 인공 호수와 바다 조성 및 지표수 시스템에 영향을 주는 기타 방식); 생물권의 구성을 변화시키는 것, 즉 광물 추출, 광물 은행 생성, 다양한 물질의 대기권 및 수역으로의 배출, 수분 순환의 변화 등을 통해 구성 물질의 균형과 순환을 변화시키는 것, 그리고 마지막으로 개별 지역과 지구 전체의 에너지 균형(열 균형 포함)을 변화시키는 것이다.

이 모든 행동은 앞선 지질 시대 동안 환경에 영향을 미친 복잡한 자연 과정 중 하나 이상의 요소, 즉 “자연 균형”의 하나 이상의 요소를 교란시킨다. 현재 이러한 교란은 종종 생물권 요소의 자연적인 변동을 훨씬 뛰어넘는다. 이러한 변화들 중 일부는, 특히 자연 환경의 오염은 모든 사람들에게 해를 끼친다. 우리는 현재(혹은 가까운 미래에) 전체 자연 과정에서 돌이킬 수 없는 변화가 일어나고 있다고 추정할 수 있다. 

생태학자들은 사회의 발전(인구 증가, 생산 및 소비의 증가)이 필연적으로 인간에게 부정적인 영향을 미칠 것이라는 믿음을 고수하고 있다. 이러한 결과는 자원 고갈과 함께 생태 위기라고 불린다.

사회의 생산 과정에서 환경의 변화는 불가피하다. 사실 인간 사회뿐만 아니라 모든 형태의 생명체가 그 활동을 통해 자연에 영향을 미친다. 현재 지구의 상태(산소가 있는 대기, 퇴적암의 존재 등)는 대부분 유기적 생명체의 영향을 받아 생겨난 것이다.

식물의 확산으로 인한 자연 균형의 교란을 우리는 진보적인 현상으로 봐야 할까, 아니면 환경 파괴로 봐야 할까? 현존하는 형태의 생명체와 연관지어서 본다면, 산소로 가득찬 대기권은 긍정적인 발전이라고 할 수 있다.

영국의 천체 물리학자 제임스 진스는 그의 저서 『별들의 행로(The Stars in Their Courses, 1931)』²에서 우주의 생명체는 물질의 노화로 인한 일종의 질병과 같은 비정상적인 존재라는 견해를 밝혔다. 그는 또한 낮은 온도, 방사선 강도 감소, 화학 반응 약화 등이 모두 지구의 물질이 노화되고 있다는 것을 보여준다고 말했다. 그러나 자연 환경이 비교적 안정적이었던 지구 초기에야 비로소 생명체가 출현하고 발전할 수 있었다. 이에 대해 진스의 견해를 따른다면, 생명 활동을 통한 자연 환경의 변화도 생명체의 발전만큼이나 부정적인 것으로 간주해야 할 것이다. 하지만 진지하게 그렇게 생각하는 사람은 그리 많지 않다.

반면에 생명의 발전을 “합법적이고” 긍정적인 과정으로 간주한다면, 오늘날까지 그 지속적 발전을 자극하는 변화는 이로운 것으로 간주되어야 한다.

문제의 핵심은 아마도 지질학적, 기후적 과정과 인류가 출현하기 훨씬 전에 일어난 생물학적 진화의 결과인 균형 자체에 있을 것이다. 다시 말해, 자연 균형은 인간이 생물학적 진화의 한계를 벗어난 시점에 깨지게 된 것이다.

실제로 인간과 환경 간의 상호작용 방식에 가장 큰 변화를 일으킨 것은 가장 높은 형태의 생명 활동인 인간 사회의 사회적 발전이며, 이는 환경에 큰 영향을 미쳤다. 이는 사람과 동식물을 구별하는 특징 중 하나이다.

인류 사회가 아직 맹아적 단계에 있었을 때 존재했던 자연의 균형을 회복하려는 시도는 무의미할 것이다. 그러나 인류의 발전과 확장을 거부하지 않으면서 자연의 균형을 보존해야 한다고 요구하는 것은, 만일 우리가 인간의 유일한 삶의 목표가 자연 환경을 자연 그대로의 상태로 지키고 보존하는 것이라고 생각하지 않는다면, 마찬가지로 무의미할 것이다.

인간에게 해로운 해충과 기타 생물을 박멸하거나 늪과 사막에서 땅을 개간하는 것에 반대하는 사람은 없을 것이다. 하지만 여기서 인간은 자연 환경에 영향을 미침으로써 스스로에게 해를 끼치는 것일까라는 질문이 제기된다. 대부분의 생태학자들은 사태가 정확히 그러하다고 생각하고 있다. 나는 다음과 같은 이유로 이 견해에 동의하지 않는다: 만약 우리 조상들이 약 300~500년 전(자연에 대한 대규모 학살을 시작했을 때) 지구 전체를 잘 관리된 자연 보호 구역으로 변모시켰다면 현대 사회는 존재할 수 없었을 것이다.

엄밀히 말하면, 자연의 균형은 사냥과 과일과 열매를 채집하여 살아가는 원시 부족에게만, 그리고 그 수가 변하지 않는 경우에만 유리하다.

인구 증가와 생활 수준의 상승을 포함한 다른 모든 형태의 사회 조직은 필연적으로 인간 거주지의 환경 변화를 수반한다. 숲을 벌채하고, 대초원을 갈아엎어 농지와 플랜테이션으로 바꾸고, 토지를 개량하고, 새로운 도시를 건설하고, 산업 생산을 조직하는 등 필연적으로 환경 상태에 영향을 미치는 많은 일들은 사회가 발전하기 위해서는 합리적이고 필수적인 것이었다. 전반적으로, 이러한 모든 조치들은 자연으로 하여금 인간이 없이 살 수 없는 다양한 물질과 자재들을 생산하게끔 하였다.

다른 한편에서는 자연경관이 사람들의 활동에 영향 받지 않고, 특정 지역에 전형적인 생물학적 균형, 즉 생태학적 균형을 가진 야생생물 보호구역을 설정할 필요가 있다. 이는 연구 목적뿐만 아니라 지구 생물상의 유전적 기금을 보존하는 데 있어서도 중요하다. 모든 종의 동식물을 보존하고 그 존재를 영속화할 수 있도록 충분한 수를 유지하기 위해서는 많은 노력을 기울여야 한다.

경제적 활용에 개방되지 않고 레크리에이션, 교육 또는 스포츠의 목적으로 사용되는 공원 및 기타 자연 구역도 필요하다. 그러나 지구의 자연 경관 전체를 자연 보호 구역으로 바꾸려는 것은 잘못된 것이다.

자연에 영향을 미치는 인간의 활동은 기본적으로 정당하고 긍정적인 과정이었지만, 무분별한 사냥으로 인한 일부 동물 종의 대량 멸종, 한 작물 재배와 과도한 방목으로 인한 토지의 잘못된 사용으로 인한 토양 붕괴, 수자원 보존에 중요한 역할을 하는 산림 파괴 등 자연 환경에 부정적인 영향을 미치는 사례도 많다. 환경에 대한 인간의 간섭으로 인한 또 다른 주요 부작용은 건강에 큰 문제를 일으키는 대기, 강, 바다, 세계 해양 및 토양의 오염이다. 언론 보도와 책에는 이러한 것들에 대한 설명과 연구가 넘쳐난다.

많은 생태학 연구에서 주장하는 것과 같이 인구 증가와 생산의 발전은 자연 환경에 대한 인간의 간섭의 부작용을 필연적으로 수반하는 것일까? 이는 과연 사회 발전에 장애물이 될까? 기술 발전은 자연 환경 오염의 원인인 것인가?

화학 산업(합성 섬유, 세제, 화학 비료, 석유 제품 생산 등)에 도입된 많은 기술 공정과 새로운 유형의 생산이 산업 선진국들의 환경 오염을 급격히 심화시킨 것은 사실이다. 반면, 기술 발전은 환경 오염을 방지할 수 있는 많은 가능성들을 창출해낸다. 오염 물질이 대기, 강, 바다로 배출되는 것을 막기 위해, 비록 아직은 매우 제한적이긴 하지만, 새롭고 효율적인 폐기물 처리 시설이 설계되어 가동되고 있다. 소련 바이칼 호수의 펄프 및 제지 공장에서 사용되는 정화 설비가 이를 잘 보여주고 있다.

핵연료를 생산하고 사용하는 모든 소련 원자력 발전소에서는 정교한 방사성 폐기물 오염 제거 및 처리 시스템이 오랫동안 운영되어 왔다. 사실, 방사능 오염의 큰 위험성과 그 예방에 대한 관심 덕분에 원자력 발전은 실질적으로 가장 깨끗하고 안전한 에너지 생산 방식이 되었다.

그러나 정화만이 유일한 방법인 것은 아니며, 사실 오염을 방지하는 주된 방법도 아니다. 기술적 진보는 그 어떤 기술 프로세스에서도 관련된 모든 물질을 활용하게 하는 것을 가능하게 만들었다. 그 어떠한 형태의 낭비도 없어야 한다. 이러한 기본적인 사회적 요구는 청결에 대한 고려뿐만 아니라 생산의 효율성과 모든 자원의 합리적 활용에 대한 고려로부터 나온다.

이러한 문제에 대한 과학적, 기술적 해결책이 이미 발견되었거나 모색되고 있다. 물을 거의 필요로 하지 않는 '청정' 및 '건식' 생산 방식이 펄프 및 제지 산업, 폴리메탈 광석에서 유용한 물질을 추출하는 과정과 목재를 저장 및 처리하는 과정에 적용되었다. 그리고 황산은 오랫동안 이산화황(섬유소 처리의 부산물)으로부터 생산되어 왔다.

모든 생물을 죽이는 화학 약품 대신 농업 해충을 박멸하는 다양한 생물학적 방법의 개발에 있어 많은 진전이 이루어졌다. 이러한 진전은 자연 환경을 산업 오염으로부터 보호할 수 있다는 자신감을 가지게 한다.

주된 문제는 재정적인 문제인데, 이는 생산 공정에서 생태적 순수성을 확보하려는 목적으로 산업을 리모델링하려면 기술 선진국의 5~7년간의 군사 예산에 필적하는 매우 큰 투자가 필요하기 때문이다. 배리 커먼너에 따르면 미국은 이러한 변화를 이루기 위해 약 6,000억 달러가 필요하다고 한다.

이제 사회가 실제로 그러한 목적을 위해 그렇게나 많은 돈을 쓸 준비가 되어 있는지 여부는 순전히 사회학적인 문제이다.

그러나 미래에는 인류가 생산하고 소비하는 에너지가 지구의 열 균형과 궁극적으로는 기후에 미치는 영향을 중화시켜야 하는 어려운 문제에 직면하게 될 것이다. 현재와 향후 수십 년 동안 화력발전소의 에너지 생산에서부터 나오는 이산화탄소는 인류의 경제 활동을 통해 대기로 배출되는 이산화탄소 중 가장 큰 비중을 차지할 것이다. 이산화탄소는 스펙트럼의 적외선 영역에서 장파장에 대한 대기 투명도를 감소시키고, 결과적으로 지구의 열이 우주 공간으로 복사되는 것을 감소시켜 소위 온실 효과를 심화시킨다.

이산화탄소를 포집 및 고정하고 대기 중으로 배출되는 것을 방지하는 방법을 고안하고 시행할 수도 있다. 원자력과 열핵 에너지원은 이산화탄소를 배출하지 않는다는 점도 고려되어야 한다. 따라서 원자력 발전소가 점차 전력 생산을 대신하게 되면 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양이 줄어들 것이다.

하지만 그 출처가 무엇이든간에 에너지는 여전히 대량으로 소비될 것이다. 광물 연료, 원자 및 열핵 반응의 활용은 전 세계의 열원 수를, 특히 산업이 밀집한 지역과 인구가 많은 중심지에서 증가시킨다. 그리고 이는 가열된 지역의 지리적 분포와 지구 전체의 열 균형을 변화시킨다.

태양 에너지를 태양으로부터 직접 가져와 활용하는 것은 더운 지역과 추운 지역의 지형에 변화를 가져올 수는 있어도 전체적인 열 균형에는 영향을 미치지 않는다. 이는 강의 수력 에너지 활용이나 해양 수심과 표면의 온도 차이에도 적용된다.

열 균형의 변화는 기후 변화를 일으킬 수 있다. 일각에서는 이러한 기후 변화가 대기 하층의 평균 기온을 상승시켜 그린란드와 남극의 빙하가 녹고 세계 해수면이 동반 상승하는 등의 위험한 결과를 초래할 수 있다고 생각한다. 또한, 해수면이 60미터 이내로 상승하면 인구 밀도가 높은 여러 국가의 광활한 영토가 침수될 수 있다.

누군가는 또 지구 전체에서 가장 낮은 대기권의 온도가 1~2°C 정도 꾸준히 상승하면 빙하와 빙하가 눈에 띄게 줄어들고 그에 따라 세계 해수면이 상승할 것이라고 생각할 수도 있다. 앞서 지적했듯이 전체적인 열 균형을 바꾸지 않는 기존 열원의 단순한 지리적 재분배는 이러한 온도 상승에 아무런 역할을 하지 않는 것처럼 보인다.

그러나 기후 형성 과정에 대한 최신 데이터에 따르면 기후 형성 과정은 더 복잡한 형태로 발전할 가능성이 높다. 대기 순환 패턴과 이와 연결된 해양 해류 시스템은 그 안의 모든 구성 요소가 유동적인 체계를 형성한다. 이러한 유동이 특정 크기와 지속 시간의 한계를 초과하지 않는 한, 전체 시스템은 이동 평형 상태를 유지한다. 그러나 이러한 요소 중 어느 하나라도 정상 상태에서 크게 벗어나면 즉각적인 변화가 일어난다. 예를 들어, 걸프 해류가 북극해로 가져오는 따뜻한 물의 양이 증가하면 궁극적으로 북극해의 얼음 크기가 줄어들게 된다. 이는 결국 대기와 해양 사이의 열 변화와 대기 순환 자체에 영향을 미치게 된다.

따라서 북극 기후가 따뜻해지면 해당 지역의 기온과 적도 지역의 기온 차이가 좁아지고, 이는 위도 동쪽 기류를 약화시켜 대서양에서 유럽으로 운반되는 수분의 양을 감소시켜 결과적으로 유럽 지역의 강수량 감소를 일으키게 될 수 있다.

아마도 이러한 일련의 현상들은 대기와 바다의 혼란스러운 난류 운동으로 인해 점차 가라앉고 그 에너지가 점차 분산될 것이다. 그러나 어느 시점에서는 대류 순환의 변화가 북극해로의 따뜻한 물의 이동을 증가시키는 역순환이 일어날 수 있다. 이 경우 자기 지속적인 반작용이 시작될 수 있으며, 사소해 보이는 현상도, 최초의 사태에 비교해보았을 때 정말 엄청난 규모의 사건을 유발할 수 있다.

이러한 자기 지속적 반작용은 기상학적 과정에서 중소 규모로 자주 관측된다.

불안정한 조건이 기후 형성 과정에 영향을 미칠 수 있을까? 과학자들에게 주어진 사실은 아직까지는 기후에 대한 정량적 이론을 뒷받침하지 못하고 있다. 그럼에도 불구하고 대부분의 과학자들은 오늘날의 대기 순환 분석뿐만 아니라 지구의 기후의 전체 역사에 기초해 이 질문에 긍정하고 있다.

과거에 지구의 기후는 근본적으로 변화하였으며, 아주 오래 전, 즉, 수억 년 전에는 기후 변화가 대륙과 해양의 상대적 위치 변화, 산의 형성 및 지축의 이동으로 인해 일어났지만, 지난 수만 년 동안의 기후 변화(마지막 빙하기와 같은)는 다른 요인에 의해 발생했을 수 있다.

이러한 요인이 무엇이든간에, 대기의 일반적인 순환과 해류 시스템에 필수적인 본질적 변화는 한 이동 균형 상태가 특정한 방아쇠 효과의 영향으로 인해 다른 이동 균형 상태로 이동하는 것으로 이해될 수 있다.

이러한 영향 중에는 총 지상 열 균형의 상대적으로 작은 변화와 열원의 지리적 재분배가 있을 수 있으며 여기서 체 균형은 변하지 않는다. 열의 지리적 분포와 관련해서는, 넓은 지역이 이미 시내 열 응집의 대상이 되고 있으며 산업 중심지와 심지어 수십만 ㎢의 국가 전체(예: 벨기에)가 강력한 열 복사원이 된다는 사실을 염두에 두어야 한다.

예컨대 벨기에가 수 km 높이의 벽으로 둘러싸여 있다면, 그 나라의 공기 온도는 몇도 올라갈 것이다.

우리가 기후 변화 가능성에 대해 많은 관심을 기울이는 이유는 이러한 변화가 인류의 성장과 발전에 가장 어려운, 당면한 장애물이 될 수 있다고 확신하기 때문이다.

현재로서는 이 장애물이 어디서부터 시작될 것인지 말하기는 매우 어렵지만, 전반적인 열 균형에 영향을 미치거나 넓은 지역(예: 100만 ㎢)에 걸쳐 평균 기온을 몇도 이내로 재분배하는, 몇 퍼센트 단위로 측정되는 작은 온도 상승은 기후의 전 세계적 변화를 촉발할 가능성이 매우 높다. 그 후 이러한 변화는 그에 따른 되먹임에 따라 각기 다른 속도로 진행될 수 있다.

우리는 인간이 생성하고 소비하는 에너지의 총량이 현재 수준보다 약 100배 증가해야만 전체 열 균형에서 인위적 열이 차지하는 비율이 1-2 %에 도달한다는 점에 주목해야 한다. 사실 이 정도는 그리 많지 않다. 70억~100억 명의 인구가 현재 미국처럼 1인당 에너지를 소비한다면 지구에서 그 정도의 열이 생산될 것이다. 

이 장애물을 넘어서는 것이 가능할까?

가능하다. 이 문제에 대해서는 세가지의 가능한 해결책이 있다. 그 중 한 가지 해결책은 에너지 생산을 제한하는 것이다. 이는 모든 식량 생산을 포함한 산업과 생산 라인에, 그리고 종국적으로는 인구 증가 자체에 제약을 가하여, 지구가 수용할 수 있는 인구 수 아래로 억제하는 것이다.

두 번째 해결책은 지구에서 에너지 생산과 소비를 제한하고 가장 에너지 집약적인 산업을 우주 공간으로 옮기는 것이다. 이 임무를 수행할 수 있을 만큼 충분히 큰 거주 가능한 우주 물체를 만드는 것은 수십 년 후에나 가능할 것이다. 이를 위해서는 엄청난 양의 원료를 궤도 속도로 우주 공간으로 보내야 한다. 이러한 작업에는 더 많은 에너지 소비가 필요할 수 있습니다. 하지만 우주 공간에도 원자재가 있으니 소행성 물질을 활용하면 어떨까? 이 주제에 대해서는 이정도가 충분할 것이다. 그럼에도 불구하고 멀게만 느껴질 수 있는 가능성을 무시해서는 안된다.

마지막으로 세 번째 가능성은 열 균형을 변경하거나 지표면의 열원을 적절히 재분배하여 기후를 조절함으로써 지구의 과열을 제어하는 것이다. 이 문제는 이 책의 뒷부분에서 다시 다루도록 하겠다.

편역: 박서준 | 집행위원