온실효과는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.
온실효과는 일상생활에서 비닐하우스에 들어가보신적이 있나요??
여름철 비닐하우스안이 엄청 덥죠?? 그 비닐하우스 천막이 태양열이 지구 밖으로 다 나가지 못하게 막아주는 이산화탄소 무리라고 보시면 되겠습니다. 이것은 바로 온실을 이용해서 공기가 대류로 날아가지 못하게 가두어 두면서 높은 온도를 유지하는 방법이랍니다.
그 반면 온길가스로 인한 온실효과는 다릅니다.
온실효과를 일으키는 가스 (온실가스: Greenhouse gas) 중 가장 대표적인 것이 이산화탄소입니다.
이산화탄소는 지구표면과 대류권을 데우고, 따라서 이산화탄소 농도의 증가는 양의 복사강제력을 가지고,
온실가스는 지구표면보다 자체 온도가 낮기 때문에 좀더 적은양의 장파복사를 우주에 방출하면서 지구표면과 대류권을 데운다.
온실가스가 지구표면보다 온도가 높으면, 오히려 지구표면과 대류권을 냉각시키게 된다. 또 중요한 사실은 온실가스가 성층권을 냉각시키는 작용을 하게 된다는 점이다.
그림 1. 지구 대기에 섞여있는 온실가스는 대기와 같은 온도를 가지고 있고, 대기는 지표면보다 일반적으로 춥기때문에, 온실가스가 방출하는 빛은 지표면이 방출하는 빛보다 적은 강도를 가지게 된다.(출처 : 한국기상학회)
그림에서 보여주듯이, 지표면보다 온도가 낮은 온실가스는 지표면보다 적은 농도로 빛을 방출 (즉 복사)하게 된다. 온실가스는 지표면이 방출하는 장파빛을 흡수하고, 위와 아래 방향으로 방출한다. 온실가스는 한 방향으로 오는 빛을 흡수하고, 양방향으로 방출하기 때문에, 지표면보다 온도가 낮더라도 양방향을 합한 총방출량은 일반적으로 흡수한 복사에너지보다 많게 된다. 즉, 온실가스는 적게 받고 많이 방출하기 때문에 시간에 따라 에너지를 잃고 냉각하게 된다. 냉각되는 온실가스는 비온실가스(예컨데, 질소분자)와 상호작용을 통해서 동일한 온도를 가지게 된다. 지표면은 온실가스가 아래로 방출하는 복사에너지를 받기 때문에, 온도가 증가하게 된다. 지표면과 대류권은 대류를 통해서 열이 교환되기 때문에, (장기적으로) 같은 방향으로 온도가 변하게 된다. 온실가스는 단기적으로 대류권을 냉각시키고 지표면을 가열시킨다. 냉각된 대류권과 가열된 지표면이 열을 교환한 이후에는 대류권과 지표면이 둘 다 온도 증가를 보이는데, 이는 온실가스가 지표면을 가열하는 효과가 대류권을 냉각시키는 효과를 능가하기 때문이다. 지표면과 열교환 측면에서 격리되어 있는 성층권은 온실가스에 의해서 냉각되게 된다.
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