자연대 홍보기자단 자:몽 5기 | 박명신
6기 | 김세직
 

 지구의 기온 상승을 가져오는 온실 효과의 발견을 통해 ‘기후 변화’를 최초로 예측하고 대기 중 이산화탄소의 수치를 최초로 정량화하여 기후 변화 연구의 발전을 이끈 스반테 아레니우스에게 자몽상을 수여합니다!
 

  

그림1. 스반테 아레니우스 (사진=위키백과)
 

자몽이 바라본 노벨상
 

 노벨위원회는 총 6가지 분야에서 ‘매년 인류를 위해 크게 헌신한 사람’을 선정하여 노벨상을 수여한다. 노벨상의 6가지 분야를 넘어 복합적인 주제를 가졌거나 6가지 분야에 속하지 않은 공헌이어도 인류를 위해 헌신하였다면 노벨상을 받을 자격이 충분하다. 차별화된 주제 뿐 아니라 새로운 시각을 제시하거나, 현재까지 발견된 사실들을 종합하여 새로운 현상을 제시한 경우도 기존에 주목받지 못했던 분야를 주요 연구의 분야로 변화시켜 연구의 폭을 넓힌다는 점에서 과학 발전의 계기가 될 수 있다. 이와 같은 연구는 당대에는 크게 주목받지 못할 수 있지만 후대의, 그리고 현대의 연구에 큰 영향을 준다. 따라서 이번 기사에서는 이전의 연구를 바탕으로 당대에 생각하지 못했던 새로운 현상과 그 영향을 제시한 과학자의 업적을 인류를 위한 큰 헌신으로 해석했다.
 
  

화학자 아레니우스의 삶과 연구, 그 속에서 찾을 수 있는 기후 변화
 

 1859년 스웨덴 웁살라 부근의 마을 ‘비크’에서 태어난 아레니우스는 어릴 적부터 산술 계산에 소질을 보였고 17세에 웁살라 대학에 합격하여 물리학을 전공하였다. 그 후 스톡홀름 대학교에서 박사 학위를 위해 전기분해에 대한 연구를 진행했고, 현재 전기해리이론으로 불리는 연구를 박사 학위 논문으로 제출한다. 전기해리이론, 혹은 전리설은 전해질이 물에 용해될 때 전기적으로 반대되는 양극과 음극 이온으로 나뉘거나 분리되는 정도가 다양하다는 연구로, 이온화설의 기초를 이루는 획기적인 업적이었으나 당대로써는 받아들이기 어려운 주장으로 최고 낮은 등급을 받으며 학위 심사를 통과하였다. 하지만 그의 업적은 후에 차츰 증명되기 시작하였고, 인정받지 못했던 전기해리이론으로 노벨 화학상을 받게 되었다. 아레니우스의 이름은 고등학교 과목인 화학1에서 '아레니우스 산 염기'로 등장해 우리에게도 친숙하다. 아레니우스 산 염기는 그의 연구였던 전기해리이론을 바탕으로 정리된 산 염기에 대한 이론이다. 
 아레니우스는 자신의 주요 연구 대상이었던 물리화학 분야 외에도 다양한 분야의 연구에 관심을 두었다.  아레니우스 이전, 온실효과의 개념은 프랑스의 물리학자인 요셉 푸리에에 의해 정립되었다. 스반테 아레니우스는 이산화탄소의 정량화를 통해 온실효과가 지구에 주는 영향에 관한 연구를 발전시켰다. 그의 연구는 논문 기고 당시에는 크게 주목받지 못하였지만 온실효과와 지구의 상관관계를 처음으로 밝힌 연구로, 후대 과학자들에게 큰 영향을 주었다.
 
 

온실효과로 인한 기후 변화를 최초로 제시한 아레니우스
 

 아레니우스는 1896년, <지표면 온도에 대한 대기 중의 탄산(이산화탄소)의 영향에 관하여>라는 논문을 발표하였다. 해당 논문의 주요 내용은 대기 중에 존재하는 이산화탄소가 지구온난화를 일으킬 수 있다는 것이다. 아레니우스는 스톡홀름 물리학회에 기고한 해당 논문에서 대기 중 이산화탄소의 농도 변화가 지구 표면의 온도에 미치는 영향을 정량화했다. 온실 효과에 대한 아레니우스의 연구는 빙하기 동안의 온도 변화를 설명하기 위한 것에서 시작하였지만, 그는 연구에 대한 결과를 산업에서의 이산화탄소 배출로 인한 미래 기후에 적용하며 지구 온도 변화에 대한 추정치를 얻어낼 수 있었다.
 그의 연구에 따르면 지구는 온실과 같은 상태로 생각할 수 있는데, 지구에 존재하는 대기가 에너지의 흡수와 방출에 관여하여 온실과 같은 역할을 한다. 그는 공기 중에 탄산*의 양이 증가하면 지표면의 온도가 증가하고, 지표면의 온도뿐 아니라 공기 중의 수증기의 양을 증가시켜 온실 효과가 강화되는 결과를 초래한다고 밝혔다. 아레니우스는 랭글리의 수치를 이용하여 공기 중의 탄산 함량과 그에 의한 온도 변화를 계산하였고, 이산화탄소의 농도가 2배 상승하면 지구의 온도는 5~6℃ 상승한다는 사실을 논문에 기재하였다. 아레니우스의 계산과 그 수치는 현재 과학자들의 예측값과 상당히 유사하다. 하지만 아레니우스는 이산화탄소의 농도가 2배가 되는 시간을 적어도 1000년 후라고 보았고, 온실 기체로 인한 지구온난화가 인류에게 도움이 된다고 판단하였다.

*아레니우스는 논문에서 이산화탄소가 아니라 탄산(carbonic acid)이라는 표현을 사용하였다.
 
 

아레니우스, 지구온난화 예측의 방아쇠
 

 물리화학 분야뿐만 아니라 오로라, 화산활동 등 다양한 분야에 관심을 가졌던 스반테 아레니우스는 온실효과에도 관심을 가졌고, 그가 저술한 논문에 ‘온실가스’라는 개념을 처음으로 등장시켰다. 아레니우스는 지구를 하나의 거대한 온실이라고 생각하였고, 그 온실을 따뜻하게 하는 온실가스, 특히 이산화탄소의 영향을 중요시하였다. 아레니우스는 온실효과로 지구의 기온이 크게 상승하면 곡물 생산량이 크게 늘어나고 인류의 생활 반경이 늘어날 것이라고 예측하였다. 이러한 이유로 아레니우스는 온실효과를 ‘인류에게 축복’이라고 말했으나, 2023년 현재 지구에서는 온실효과로 인한 지구온난화가 인류를 비롯한 지구상 생물들에게 큰 위기로 다가오고 있다.
 아레니우스가 온실효과를 낙관적으로 평가하긴 하였으나, 그가 이와 같은 발언을 한 데에는 이유가 있었다. 아레니우스가 살던 시기는 ‘Little Ice Age(소빙하기)’라고 하는 시기로, 당시에는 1400년대부터 계속된 기온의 하강으로 평균 기온이 현재에 비해 약 2˚C 정도 낮았다. 더구나 산업혁명의 영향으로 대기 중 온실기체가 상승하게 된 지 얼마 지나지 않았기 때문에 온실효과가 작았다. 그리고 아레니우스는 1000년이 넘는 시간 동안 온실효과가 천천히 일어날 것이라고 예상했으나, 실상은 온실가스의 폭증으로 100년이 조금 넘는 시간만에 현재와 같은 변화가 일어났다.
 아레니우스의 평가와는 별개로 그의 온실효과에 관한 연구는 획기적이었으며 미래의 인류에게 유익한 정보를 주는 계기가 되었다. 온실효과로 지구의 평균 기온이 상승할 것이라는 그의 예측이 당시의 인류에게는 와닿지 않았을 수 있겠으나, 현재의 인류는 그의 예측을 시작으로 기후변화에 대비할 수 있게 되었다. 이산화탄소 농도는 현재 지구온난화 진행 상황을 거의 실시간으로 확인할 수 있는 가장 직관적인 지표로, 아레니우스는 이산화탄소 농도 상승에 따른 온실효과 변화를 직접 계산하였다. 학자들은 아레니우스의 예측을 배경으로 하여 온실효과에 대한 연구를 계속하였고, 결국 1972년 로마클럽 보고서에서 처음으로 지구온난화에 대한 언급이 등장하였다.
 
 

일곱 번째 자몽상의 주인공, 스반테 아레니우스
 

 노벨 화학상 수상자인 ‘스반테 아레니우스’, 그의 또 다른 도전인 지구 기후에 대한 연구는 20세기 초 당시 사람들에게 많은 관심을 받지 못하였다. 그러나 그의 연구는 현인류를 위해 절실하게 이용되고 있다. IPCC에서 발표하는 지구대기감시보고서에서는 이산화탄소 농도 지표를 주요 인자로 하여 2050년, 2100년과 같은 미래의 기온을 예측하는데, 이러한 이산화탄소 농도와 지구 평균 기온의 상관관계의 초석을 아레니우스가 마련한 것이다. 비록 아레니우스가 온실효과에 의한 기온 상승을 긍정적으로 평가한 바는 현재 받아들여지는 시각과는 다르지만, 그가 당시에 슈퍼컴퓨터와 같은 고급 장비의 발명 이전에 직접 수식을 전개하여 온실효과와 기온 간의 관계, 그리고 미래의 기온을 예측한 것은 인류가 위기를 대처하는 데 큰 기여로 작용하였음에는 틀림이 없다. 따라서 아레니우스를 일곱 번째 자몽상의 주인공으로 선정하였다.
 
 

[참고문헌]
 

[1] Henning Rodhe. 1997. “Svante Arrhenius and the Greenhouse Effect” Arrhenius and the Greenhouse Gases 26(1): 2-5
[2] 이성규,  “기후변화를 최초로 예언한 과학자”, The Science Times, 2019.02.27., (https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EA%B8%B0%ED%9B%84%EB%B3%80%ED%99%94%EB%A5%BC-%EC%B5%9C%EC%B4%88%EB%A1%9C-%EC%98%88%EC%96%B8%ED%95%9C-%EA%B3%BC%ED%95%99%EC%9E%90/)
[3] 안현우, “100년 전 신문에 실린 ‘지구온난화’ 예고… 경고는 생각보다 빨랐다”, 한국일보, 2021.08.14., (https://m.hankookilbo.com/News/Read/A2021081219540000966)
[4] 초록으로 그리는 정의로운 세상, “[활동] 단어로 본 기후위기”, 2020.10.21., (https://www.eco.or.kr/activity/?q=YToyOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjtzOjQ6InBhZ2UiO2k6OTt9&bmode=view&idx=9311490&t=board)
[5] 꿈틀E, “[신재생에너지, 그 문을 연 과학자들-5편] 스반테 아레니우스”, 2018.12.28., 한국에너지기술연구원 블로그, (https://m.blog.naver.com/energium/221428974965)
[6] 한국민족문화대백과사전, “지구온난화(地球溫暖化)”, (https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0066798)
 
 

자연과학대학 홍보기자단 박명신 기자 valerie233@snu.ac.kr
                                      김세직 기자 tooboon@snu.ac.kr
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