'에너지'에 대한 이해로 파악하는 지구온난화 이유

지구온난화에 대해 알려면 일단 "에너지"란 무엇인가를 알아야한다.

"에너지"의 사전적 정의는 : 기본적인 물리량의 하나. 물체나 물체계가 가지고 있는 일을 하는 능력을 통틀어 이르는 말로, 역학적 일을 기준으로 하여 이와 동등하다고 생각되는것, 또는 이것으로 환살할 수 있는 것.

간단히 말하자면 에너지란 "무엇이 어떤 일을 하게 하는 것"이다. 그러나 우리는 해리포터가 아니다. 인간은 에너지를 그냥 생성해낼 수 없다. 이러한 인간의 한계를 잔인하게 콕 집어주어 설명하는 "에너지 보존의 법칙"이 있다. 

"에너지 보존의 법칙"이란 에너지는 발생하거나 소멸하는 일 없이, 서로 형태만 바뀌고 총량은 항상 일정하다는 법칙.

누가 이 신랄한 말을 처음했나 네이버에게 물었더니

...아닌 것 같아서 다시 구글에 물어 찾았다. 독일 물리학자 율리우스 로베르트 폰 마이어가 1842년에 처음으로 이 법칙을 입에서 내뱉었다고 한다.

인간은 1842년 전에도 스스로 해리포터가 아닌 걸 알고 있었다. 미래가 없다고 판단한 인간은 나쁜길로 빠지기 마련이다. 자생할 능력이 없는 인간은 다른 생명체로부터 에너지를 도둑질하기 시작한다.

지구상 생명체 중 유일하게 '에너지 도둑 전과'가 없는 생명체는 식물뿐이다. 식물은 태양으로부터 '줄(joule)'이라는 에너지를 얻기 때문이다.

태양에서 에너지가 생성되는 이유는 태양 분자끼리 치고박기 때문이다. 10평짜리 집에 사는 10인가족처럼. 

태양에는 입자(사람)가 떼거지로 몰려있어 서로 밀고 부딪치다 합체(주먹과 주먹의 만남)를 한다. 분자가 합체하는 것은 고급진 단어로 핵융합(가족싸움)이라고 한다. 핵융합 과정에서의 에너지가 지구에 전달된다.

(하지만 누가 물으면 "태양 입자의 중력 위치 에너지가 핵융합을 일으켜 방사선 에너지를 생성하며, 이 에너지를 지구에서 우리가 받습니다."라고 하라.)

태양의 '줄'을 직접 식용화하는 것은 식물뿐이다. 그래서 식물은 다른 지구 생명체에게 뜯긴다. (참고로 4'줄'은 1칼로리이다. 그러니 너무 많이 뜯어먹지 마라) "먹이사슬"이란 막장드라마가 수백만년 지속되어 오히려 깔끔하게 정리된 서로의 관계이다.

'줄'이 우리에게 주는 건 '에너지'이지, 의지와 영감을 주는 게 아니다. 그래서 우리는 '줄'로 에너지를 섭취하는 건 오케이해도, '줄'로 얻은 에너지를 소비하라는 건 (저는) 딱 질색이다. 그래서 우리는 '줄'을 먹는 것 이외에도 활용하는 다른 방법을 찾는다. 

찾았다!

소나 말을 키워 그들을 활용하는 '줄 도둑질'은 소매치기다. 그러다 인간은 '줄 활용 도매치기' 방법을 알게 된다. 바로 "불 지피기(연소)"다.

CO2 이산화탄소는 탄소(견우)와 산소(직녀) 커플이라고 보면 된다. 옥황상제는 견우와 직녀가 탱자탱자 전 세계 대기중을 여행하기만 하자 화를 냈다. 

나무도 탄소와 산소가 붙어다니니 화났다. 그래서 나무는 태양이 비치는 날 물 먹던 힘을 내어 탄소를 나무 안에 가둔다. 산소는 나무 몸 밖 대기중으로 다시 돌려보낸다.

이 과정이 식물의 광합성 과정이다. 즉, 광합성한 나무는 물, 태양에너지, 탄소 덩어리이다. 

나무 "불 지피기"를 하는 과정은 광합성의 정반대 과정이다. 한마디로 인간의 "불 지피기"는 까치와 까마귀가 견우와 직녀가 만나도록 길을 깔아주는 것과 같은 행위다. "불 지피기"로 탄소와 산소 부부가 재회하기 때문이다. 

자연적인 상태에서 대기중 산소는 나무 속 탄소와 만나지 못한다. 그러나 '어떤 힘'에 의해 산소분자와 탄소분자가 빨리 부딪치면 다시 결합한다. 이 과정이 옆의 산소분자와 탄소분자를 자극해 결국 다른 산소와 탄소도 결합하게 되고, 이 과정이 반복되면서 불이 나는 거다. 

견우와 직녀가 만나는 장면. 나무 속 견우와 함께, 나무에 축적되어있던 물과 태양에너지도 빠져나온다.

견우와 직녀 커플에게는 해피엔딩이지만, 나무는 불더미에 휩싸인다. 황궁 속 물과 태양에너지도 살길을 찾으러 허둥지둥 빠져나온다. (탄소는 도망간 지 오래다) 황궁 속 태양에너지는 수십 년간, 수백 년간 옥황상제가 축적해온 '줄'이다. 인간은 자원을 태우면 남이 수백 년간 쟁여놓은 '줄'을 한방에 뺏을 수 있다고 깨닫는다. 

나무로 "불 지피기"를 계속하던 인간은 슬슬 나무보다 더한 호구의 필요성을 느낀다. 산업혁명이 한창인 19세기, 우리는 불 지필 수 있는 호구란 호구는 다 찾아내기 시작한다. 불 지필 수 있는 돌로 석탄, 불 지필 수 있는 공기로 천연가스, 불 지필 수 있는 액체로 석유 등을 발견한다. 

"불 지피기"로 대량의 '줄'을 뽑아내도 활용이 마땅치않은 애들이 있다. 큰 예로 '말'을 인간이 이동수단으로 매일 쓰던 있다. 말은 앞에 불을 갖다 대면 놀라기만 한다다. 불을 갖다 댄 인간을 발로 차버리기도 한다. 

(힘 안 들이고 '줄'은 여전히 배속에 간직한 채) 말처럼 뛰어다니고 싶은 인간은 말 잘 듣는 증기기관에 마차 바퀴를 단다. 이렇게 개발된 게 자동차다. 

Source: Panther 

위 그림은 증기기관의 움직임을 보여준다. 빨간색 부분에 "불 지피기"를 통해 뽑은 수증기(물)와 태양에너지가 실린더(통로) 안에 찬다. 그 힘으로 왼쪽 제일 밑 피스톤이 밀리고, 밀리는 힘으로 바퀴가 돌아간다. 

왼쪽 주사 피스톤을 손으로 저렇게 빨리 계속 밀어야 된다고 생각해봐라. 증기기관의 장점은 태양에너지가 에너지만 주면 되지, 영감과 의지력은 주지 않아도 된다는 점이다. ㅋㅋㅋ

증기기관이 머나먼 과거 산업혁명 때만 사용되었다고 보기 쉽지만, 우리 자동차 앞에 사실은 다 달려있는거다. 아직도 우리는 증기기관을 활용한 자동차 엔진을 사용한다. (내연기관)

우리가 쓰는 말 '마력'은 말을 타고 다니던 사람에게 자동차에 대해 쉽게 설명해주려고 쓰이기 시작했다. 증기기관(자동차엔진)의 구조원리를 이해하기보다 말 몇 마리를 상상하는 게 더 쉽다. 말 700마리가 끄는 느낌이 어떨까 궁금하시면 700마력의 차를 타면 된다. :) 

19세기 후반 "불 지피기"로 생성된 '줄'을 전기로도 사용하기 시작한다. 

우리는 수도꼭지도 사용하고, '줄'꼭지도 사용한다.

"불 지피기"로 대량 강탈한 '줄'을 우리는 정말 유용하게 쓴다. 

요리하는 데도 쓰고(강탈한 '줄'로 '줄' 구워 먹기), 노트북으로 옷 배달하는 데도 쓰고(강탈한 '줄'로 배에 숨겨놓은 '줄' 감추기), 운전하기 위해서도 쓴다.(강탈한 '줄'로 먹은 '줄' 낭비 안 하는 법) 

이렇게 '줄' 소비가 많은 만큼, '줄' 생산을 위해 더 많은 "불 지피기"가 이루어진다. 

우리에게 편리함을 가져다주는 "불 지피기"가 지구온난화를 일으키는 이유는 "불 지피기" 원료가 석탄, 석유, 천연가스 등으로, 연소하면서 태양에너지 '줄'뿐만 아니라 탄소하고 수증기를 내뿜기 때문이다.

석탄기 시대 나무도 물과 태양에너지, 탄소(견우)를 보관한다. 자연적으로 부패하면 탄소는 시간을 거쳐 자연스럽게 공기중으로 배출된다. 

그러나 나무, 동물 등이 죽은 후, 습지 바닥에 빠져 모래와 흙으로 덮이면, 에너지와 탄소는 빠져나오지 못하고 갇혀있게 된다. 

지구 대기권에 이런식으로 탄소는 없어졌다가, 또 어떤 탄소는 나오기를 반복하며 지구 전체 탄소는 거의 일정한 양을 유지한다. 이를 '탄소 순환'이라고 한다. 

그러나 인간이 "불 지피기"를 통해 에너지를 얻으려다가 그동안 지구 밑바닥에 갇혀있던 탄소를 무자기로 배출해버린다. 지구의 총 탄소량은 거의 일정하다. 

다만 인간이 갇힌 탄소를 징역이 끝나기 전에 대기중에 먼저 풀어주면서, 지구 대기중 이산화탄소 농도가 올라가는 것이다. 

Source Delorme

위 그래프에 보이듯 지구 대기중 이산화탄소 농도가 이렇게 높아졌다. 빨간색 그래프가 내려갔다 올라갔다 하는 것은 식물이 광합성을 하는 여름과 식물이 광합성을 하지 않는 겨울의 차이이다. (옥황상제는 대기중 넘쳐나는 견우를 가둬 놔야하는 거다! 더많은 옥황상제를 더 심어야 한다!)

Source Vostok_Petit_data.svg

위 표는 대기중 이산화탄소 농도와 온도의 관계이다. 파란색 그래프가 지구의 온도, 초록색 그래프가 이산화탄소 농도이다. 빨간색은 먼지농도이다. 지구의 온도와 이산화탄소 농도가 직결되는 것을 볼 수 있다. 

지구는 태양이 준 에너지 일부를 받고 일부를 다시 돌려보낸다. 이산화탄소가 대기중에 꽉 찰수록 태양열이 지구 밖으로 다시 빠져나가지 못하게 한다. 그래서 '온실가스'라고 말할 때, 대부분 이산화탄소를 말한다. 

Source Robert A. Rohde

위 그래프는 지구 기온 예측치다. 예측치가 조금 차이 나는 이유는 몇몇(소수) 과학자는 '온실가스'에 '수증기'가 포함되지 않는다고 보기 때문이다. 

원료에 태양에너지를 얻기 위해 불을 지핀다. 그러나 그 과정에서 수증기와 탄소도 나온다. 태양에너지는 우리가 먹고 자는 데 쓰고, 수증기와 탄소는 대기중으로 빠져나온다. 수증기가 가득 찬 대기는 지구온난화를 가속한다는 게 주된 설이지만, 동의하지 않는 과학자도 있어 예측지가 차이가 난다. 하지만 대부분 지구 온도가 기이학적으로 상승할 것이라고 동의한다. 

 

지구온도 상승시 변화의 모습을 잘 정리한 동영상이 있다.

(출처: 유투브 ISinglePlayer)

우리가 먹고 자는데 "불지피기"를 제일 많이 한다고 얘기했지만, 다른 글에서 우리가 "불 지피기"를 이용해서 제일 많이 하는것, 따라서 우리가 지구온난화를 막기 위해 실천해야할 일을 적어보겠다.