Transcript 지구온난화 I
지구온난화 I -인류의 역사와 환경 및 기후변화 인류의 역사 지구 기후 시스템과 주요 메커니즘 산업혁명 전∙후 지구환경 및 기후변화 주요 원인 인류의 역사 인간의 진화 인간의 진화 인간의 진화 ♣ 수렵채취 : 식물성 음식, 해산물 채취∙저장, 야생동물 사냥하여 식량 획득 불을 사용함으로써 환경영향 야기, 인간의 이동으로 인해 식물 및 동물의 분포도 변화 ♣ 정착생활 : 약 1만년 전 농업 시작, 동일한 면적에서 수렵∙채취보다 500배 이상 식량생산 가능, 인구증가에 따라 전적으로 농업의존 ♣ 농업혁명이 초래한 환경영향 1. 서식지 파괴 : 수천 종의 동식물 멸종, 기후변화, 연료부족, 홍수와 수자원 고갈 등 환경문제 초래 2. 토양침식 : 토양 훼손, 표토층 감소 3. 인구증가 : 농경사회에서는 대량의 식량 생산 가능하므로 인구조절을 하지 않음. 50년 전부터 인구조절 시작 4. 식량 단순화 : 수렵채취인들은 다양한 음식물을 섭취(고른 영양섭취, 낮은 질병발 생률). 체로키족은 400종 이상의 식물성 음식들을 먹음 ♣ 산업혁명 1. 화석연료(석유, 천연가스, 석탄)를 사용하면서 널리 퍼지기 시작한 변화 2. 과학과 의학의 발달로 인한 급격한 인구증가 3. 도시화의 가속 4. 천연자원 사용량 증가에 따른 자원고갈(화석연료, 광물 등) 5. 소비의 급격한 증가에 따른 쓰레기문제 초래 6. 산업공정에 의한 대기와 물 오염 ☞ 인간이 환경에 미치는 모든 영향을 가속화시킴 지구 기후 시스템과 주요 메커니즘 지구시스템 지구시스템 각 권끼리의 상호작용 대기권 수권 생물권 대기권 수권 생물권 암권 기단간의 해류의 원인 호흡을 위한 가스 풍화침식 상호작용 증발작용 화분과 씨의 운반 침전의 매체 수증기, 물의 공급 해수의 혼합 생물체의 물 빙하침식 태양열의 저장소 심층수의 순환 공급원 물의 공급원 호흡작용에 의한 가스의 공급 유기물에 의하여 용해된 물질의 제거 먹이사슬에 의한 상호작용 토양생성의 매체 지구의 기후시스템 지구의 기후시스템-대기권 권역별 대기 질량비 : 0.8:0.2:0.001:0.00001 구성성분 N2(78%), O2(21%), Ar(1%), H2O(0.04%), CO2(350ppm), 기타미량기체들(Ne, He, Kr, H, O3 등) 온실기체 - 수증기, CO2, CH4, N2O, CFCS, O3 등 - 소량이지만 현 기후 유지 및 변화에 중요한 역할 대기의 역할 ① ② ③ ④ ⑤ 산소가 있어 동식물의 호흡 가능 운석의 충돌로부터 지구 보호 온실효과 태양으로부터 오는 유해 자외선 차단 적도지방과 극지방의 온도차 감소 대기권에서의 공기, 물, 에너지 이동 - 산소 : 생명체 상징, 생물권에 의해 유지 - 물 : 증발과 강수과정은 설빙권과 생물권을 유지 - 에너지 : 태양에너지로써 대류 운동을 통행 이동 지구의 기후시스템-대기순환 지구의 기후시스템-수권 구성형태 무게비(%) 바다 97 얼음 2.4 지하수 0.6 호수, 강 0.02 수증기 0.001 수권 : 지구 표면의 70% 차지, 화산에서 분출된 수증기가 강수로 지표에 내려와 현재의 바다를 형성함. 바다 : 엄청난 에너지를 저장하거나 수송하고 많은 양의 이산화탄소를 녹여 저장 바람 또는 염분 농도 및 열적 차에 의한 열염분순환 지구 기후의 조정 역할 및 기후변동의 중요한 역할 구름 : 태양복사 및 지구복사 반사 지구의 기후시스템-설빙권 북반구 남반구 육지 해양 육지 해양 총면적(106km2) 100 154 49 206 최저 1.5% 2.8% 4.9% 1.4% 최고 18.2% 60% 5.3% 7.2% 설빙권 : 약 20억년전 형성, 그린랜드와 남극의 빙결지역, 대륙 빙하 및 설권, 해빙과 영구동결지역 등을 포함, 지표면의 5% 차지 설빙권의 역할 ① 높은 태양복사 반사율 ② 낮은 열 전도율 ③ 높은 열적 내구성 ④ 심해 해류 순환 ⑤ 부피 변동 시 해수면 높이를 변화시킬 수 있는 잠재력 지구의 기후시스템-생물권 생물권 : 기후시스템에서 절대적으로 다른 계에 의존 (지권, 대기권, 수권의 적절한 환경 하에서만 존재 가능) 약 35억년 전부터 기후시스템의 한 부분으로 작용 화산활동 → 수증기 분출 → 바다형성 → 원시생명체 출현 → 광합성에 의해 산소 배출 → 오존층 형성 → 생명체 진화 → 생체활동을 통하여 기후시스템 변화 생물권의 역할 ① 지표면 기온 유지 ② 대기 구성성분 유지 ③ 증산작용을 통하여 토양 속의 수분을 대기로 퍼 올리는 펌프역할 기체 현재 지구 무생물 지구 CO2 0.03% 98.0% N2 79% 1.9% O2 21% 0% Ar 1% 0.1% 1.7ppm 0% CH4 지구의 기후시스템-지권 지권 : 기후시스템의 근본인 암석과 토양, 가장 느리게 변화하는 영역 대륙은 대기 운동에 해저 지형은 해수의 이동에 영향을 줌 지권의 역할 ① 화산활동 – 분출된 먼지 층 태양복사를 반사시켜 지표면 냉각 ② 대기 순환과 물 순환의 일부분 담당 ③ 토양 속의 수분증발을 통하여 지표면 냉각 ④ 지역 강수의 주요 공급원 ⑤ 토양의 열전도율에 영향 지구의 기후시스템 지구의 기후시스템 지표면의 온도 는 14℃ 기후변화의 요인-천문학적 요인 1. 2. 3. 4. 태양활동의 변화 : 11년 주기, 태양에너지량의 변화가 0.07% 지축의 세차운동 : 19,000~23,000년 주기, 팽이처럼 원을 그리며 회전(여름철) 자전축 각도의 변화 : 41,000년 주기, 21.5°~24.5°까지 변화 지구의 공전 궤도 변화 : 약 10만년 주기, 거의 완전한 원에서 타원으로 편평화. 타원일 때 계절적 기후변화가 훨씬 크다. 기후변화의 요인-인위적요인(온실기체) − CO2 − N2O − CH4 기후변화의 요인-인위적요인(온실기체) 기후변화의 요인-온실기체 기후변화의 요인-인위적요인(온실기체) 북반구 남반구 기후변화의 요인-인위적요인(에어러솔) 참고 : IPCC 제4차보고서 기후변화의 요인-인위적요인(에어러솔) 배출원 : 황산, 화석연료 유기탄소, 화석연 료 검댕, 바이오매스 연소,질산, 미네랄 먼지 에어러솔 등 구름 알베도 효과(Cloud albedo effect) - 인위적 에어러솔이 증가하여 야기된 복사 강제력 때문에 일정한 물 함량에서 물방울 농 도는 증가하고 물방울 크기는 감소되어 구름 알베도가 증가하게 되는 효과. 1차 간접효과 (first indirect effect) 혹은 투메이 효과 (Twomeyeffect)라고도 부른다. 구름 수명 효과(Cloud lifetime effect) - 인위적 에어러솔이 증가하여 야기된 복사 강제력 때문에 물방울 크기가 감소되어 강수 효율이 감소하고 그로 인해 물 함량, 구름 두 께, 구름의 수명이 변경되는 효과. 2차 간접 효과(second indirect effect) 혹은 알브레히 트 효과(Albrecht effect)라고도 부른다. 반직접 효과 - 에어러솔을 흡수함으로써 태양복사를 흡수 하는 것을 말한다. 이것은 공기를 가열시키고 지표에 비해 정적 안정도(static stability)를 증가시키는 경향이 있다. 또한 구름방울의 증 발도 야기할 수 있다. 기후변화의 요인-자연 변동성 엘리뇨-남방진동(ENSO, ElNino-Southern Oscillation) : 기후시스템의 대기와 해양의 상호작용에 의 해 발생. 약 2~7년 주기로 발생. 적도 태평양에서 바람, 해수면온도 및 강수 패턴에 지대한 영향을 끼치며, 뿐만 아니라 태평양 전 지역과 지구상의 많은 다른 지역의 기후에 영향을 미치고 있다. 엘리뇨 : 태평양 적도 부근의 해수면 온도가 평균보다 0.5℃ 이상 높은 상태가 6개월 이상 지속되는 현상 남방진동 : 서태평양 지역의 상승기류와 동태평양 지역의 하강기류를 연결하는 무역풍을 일으켜 동서순환을 형성. 이 때 서태평양 지역의 기압이 낮아질수록 동태평양 지역의 기압이 높아지고, 서태평양 지역의 기압이 높아 지면 동태평양 지역의 기압은 낮아지는 해면 기압간의 시소 현상 기후변화의 요인-자연 변동성 Multivariate ENSO Index(MEI) 국제종합해양기상센터(ICOADS) : MEI를 통해 엘리뇨-남방진동 현상 모니터링 MEI를 구성하는 여섯개의 변수 1) 해수면 압력(sea-level pressure ; P) 2) 해수면 온도(sea surface Temperature; S) 3) 표면공기온도(surface air temperature; A) 4) 자오선류(meridional components of the surface wind; V) 5) 위도류(zonal components of the surface wind; U) 6) 운량비율(total doudiness fraction of the sky; C) 기후변화의 요인-자연 변동성 1. 북대서양 진동(North Atlantic Oscillation; NAO) - 아이슬란드 저기압과 아조레스(Azores) 고기압의 세기, 그리고 그 사이에서 주로 겨울에 부는 편서풍의 척도. 폭풍 진로, 기온, 강수가 북대서양에서 유라시아 쪽으 로 변동하는 데 관련 있다. 2. 북반구 극진동(Northern Annular Mode; NAM) - 북극의 낮은 해면기압과 강한 중위도 편서풍이 특징인 패턴의 진폭이 겨울에 변동 하는 현상. 북극 회오리와 관련 있어 성층권에 영향을 준다. 3. 남반구 극진동(Southern Annular Mode; SAM) - 남극의 낮은 해면기압과 강한 중위도 편서풍이 특징인 기후패턴이 변동하는 것. NAM과 비슷하지만 SAM은 연중 내내 존재한다는 것이 다르다. 4. 태평양-북미(Pacific-North American; PNA) 패턴 - 대류권의 이상 고기압과 이상 저기압이 아열대 서태평양에서 북미 동부해안 쪽으로 확장되는 대기의 대규모 변동. 5. 태평양 10년 진동(Pacific Decadal Oscillation; PDO) -북태평양 SST의 척도로, 알류산 저기압의 깊이에 대한 북태평양 지표(North Pacific Index; NPI) 척도와 강한 상관관계가 있다. ☞ 관측된 20세기 기후변화의 많은 것들은 이들 패턴의 변화라고 바꿔 말할 수 있다. 산업혁명 전/후의 지구환경 및 기후변화 주요 원인 산업혁명 전/후의 지구 환경 산업혁명 온실가스 전의 대기 중 농도 수증기 이산화탄소 1~3% 280ppm 2005년의 대기 중 농도 1~3% 379ppm 메탄 0.7ppm 1.77ppm 산화이질소 0.27ppm 0.32ppm 0.000538 프레온 가스류 - ppm (CFC-12) 지구 사람이 배출하는 주된 원인 온난화 지수 화석 연료 소비, 시멘트 생산, 토지 개발 화석 연료 소비, 쓰레기매립, 농사, 축산 1 23 비료 사용, 공업 생산 296 전자 공학 제품 생산, 공업제 120~ 품 생산, 냉각제 사용 22,000 참고 : 뉴턴코리아, 지구온난화 산업혁명 전/후의 지구 환경 1990년대 탄소순환 : 산업화이전 자연적 유동성(검은색), 인위적 유동성(빨간색) 탄소이동 : 화산, 호흡, 화석연료의 연소→대기권으로 이동→식물의 광합성, 해수에 용해, 석회암 생성 산업혁명 전/후의 지구 환경 산업혁명 전/후의 지구 환경 산업혁명 전/후의 지구 환경 산업혁명 전/후의 지구 환경 요약 1.