코로나19 팬데믹은 氣候에도 影響을 미쳤을까
産業革命 以後 人間 活動에 依한 二酸化炭素 排出量은 꾸준히 增加하고 있다. 하지만 人類가 겪는 글로벌 規模의 危機는 二酸化炭素 排出量에도 影響을 미쳤다. 人類는 1973年 1次 石油波動을 始作으로 몇 次例 危機를 겪었는데, 그때마다 年間 二酸化炭素 排出量은 約 1~3%씩 減少했다. 그러나 大部分 2~3年 만에 다시 排出 增加 趨勢로 轉換됐다. 1978年 2次 石油波動은 多少 例外的인데, 減少 趨勢가 異例的으로 約 5年 程度 持續됐다.
코로나19 팬데믹의 餘波는 지난 數十 年間 人類가 經驗한 危機의 水準을 넘어서고 있다. 2020年 全 世界 年間 總 二酸化炭素 排出量은 34기가二酸化炭素톤(GtCO2)으로 2019年 排出量에 비해 約 7% 減少했다(Quere et al., 2021). 1970年 以來 가장 가파른 減少勢다(그림1).
[그림1] 1970~2020年 全 世界 年間 總 二酸化炭素 排出量 그래프(單位:GtCO2/yr). 數 次例의 글로벌 危機가 發生할 때마다 전 世界 二酸化炭素 排出量은 短期的으로 減少했다가, 다시 回復하는 趨勢를 보였다. Quere et al., 2021
그런데 二酸化炭素 排出量 減少가 無色하게도, 2020年 年平均 地球 指標 氣溫 上昇값은 觀測 始作 以來 두 番째로 높았다. 이는 産業化 以前(1850~1900年) 平均 氣溫 對備 1.25℃假量 높은 數値다. 또한 觀測 以來 가장 가파른 氣溫 上昇값을 보인 2016年(1.26℃)과도 큰 差異가 없다(그림2). 코로나19와 無關하게 地表의 氣溫 上昇은 이미 파리氣候協約 溫度 抑制 基準인 1.5℃에 近接해가고 있다.
[그림2] 1970年부터 2020年까지 年平均 地球 指標 氣溫 上昇값을 나타낸 그래프. 왼쪽 軸은 産業化 以前(1850~1900年) 平均 氣溫 對比 上昇을, 오른쪽 軸은 1981~2010年 期間 平均 對比 上昇을 나타낸다. 유럽中期豫報센터(ECMWF)의 데이터(赤色 莫大)를 비롯한 여러 機關(色 點)의 觀測 資料를 再分析했다. Copernicus Climate Change Service/ECMWF 提供
待機 中 二酸化炭素 濃度도 꾸준히 增加 趨勢다. 하와이 마우나로아 觀測所에 따르면, 2019年 5月 月平均 待機 中 二酸化炭素의 濃度는 414.7ppm이었으며, 2020年 5月은 417.31ppm, 2021年 5月은 419.13ppm으로 나타났다(그림3). 産業化 以前 待機 中 二酸化炭素 濃度(278ppm)에 비해 約 50% 增加한 數値다.
[그림3] 1958~2021年의 期間 동안 하와이 마우나로아 觀測所에서 觀測된 月 平均 待機 中 二酸化炭素 濃度(ppm). SCRIPPS Institution of Oceanography 提供
코로나19 팬데믹은 社會的 距離두기, 國境 封鎖 等을 통해 人間의 活動을 制限했다. 따라서 人爲的 二酸化炭素 排出도 自然스럽게 減少했다. 그런데 왜 如前히 大氣 中 二酸化炭素 濃度는 增加하고, 地球溫暖化는 深化되는 것일까? 人間의 活動 減少가 氣候와 環境에 影響을 미치지 않는 것일까? 본 리포트에서는 코로나19 팬데믹이 氣候에 미친 影響을 分析하여 이에 對한 答을 찾고자 한다. 이는 現在 炭素中立에 對한 世界的 關心이 高調되는 때에 氣候政策 樹立에 對해서도 適切한 示唆點을 提供해줄 수 있을 것이다.
○ 人間 活動 萎縮으로 二酸化炭素 및 大氣汚染物質 排出量 減少
世界保健機構(WHO)는 2020年 1月 30日 코로나19 에피데믹을, 3月 11日 팬데믹을 宣布했다. 사스코로바이러스-2街 아시아는 勿論 유럽과 美國 等地까지 퍼진 때였다. 中國은 2020年 1月 23日 우한市를 가장 먼저 封鎖하고, 뒤이어 大部分 都市에도 封鎖 措置를 斷行했다. 二酸化炭素 排出量이 減少하기 始作한 것도 이때다. 2020年 1月 末부터 2月까지 二酸化炭素 排出이 2019年 洞 期間에 비해 約 8% 減少했고, 全 世界 大陸에서 封鎖가 이뤄진 4月頃에는 約 17%가 減少했다(그림4). 6月 以後 封鎖가 弱化되면서 減少 傾向이 緩和됐다. 백신 普及과 함께 世界 經濟가 回復하면 排出量은 다시 增加할 것으로 豫想된다.
[그림4] 2019年 對備 2020年 1月 1日부터 2020年 12月 31日까지 全 世界 一瞥 二酸化炭素 排出量의 變化(왼쪽)와 2020年 1月 1日부터 2020年 6月 30日까지 여러 溫室氣體 및 大氣汚染物質의 全 世界 一瞥 排出量 變化(오른쪽). Quere et al., 2021, Forster et al., 2020
二酸化炭素뿐만 아니라 多樣한 大氣汚染物質의 排出도 急減했다. 코로나19로 인해 産業 活動이 萎縮되고 陸上 및 航空 交通量, 電力 生産이 減少했기 때문이다. 窒素酸化物(NOx) 排出量이 가장 많이 줄었다. 2020年 4月 基準 窒素酸化物 排出量은 2019年 對比 約 35% 減少했다. 一酸化炭素(CO), 二酸化港(SO2), 블랙카본(BC) 等 大氣汚染物質도 2020年 4月 基準 約 25~27% 減少했다. 國內도 마찬가지다. 2020年 2~3月 7大 都市 一酸化炭素 平均 濃度는 0.4929ppm으로 前年度 같은 期間 對比 0.0643ppm 줄었다. 二酸化窒素 濃度는 0.0039ppm, 오존 濃度는 0.0016ppm 下落했다.
大氣 中에 長期 滯留하는 溫室氣體와 달리, 窒素酸化物, 一酸化炭素, 二酸化黃, 블랙카본 等 大氣汚染物質은 數日에서 數十 年 間 短期滯留하면서 氣候에 影響을 준다. 이 때문에 ‘短期滯留 氣候變化 誘發物質(SLCFs?Short-Lived Climate Forcers)’이라 불린다. 短期滯留 氣候變化 物質은 地球의 氣候시스템과 大氣 質에 重要한 影響을 미친다. 大氣汚染物質은 다른 가스 物質들과 結合力이 좋아 待機 中 滯留時間이 짧다.
○ 地球 溫度 높이는 溫室가스 Vs. 溫度 낮추는 大氣汚染物質
코로나19 封鎖에 따른 大氣汚染物質 排出 減少는 2020年 全 世界 大氣質 向上에 크게 寄與했다. 獨逸 硏究陣에 따르면 팬데믹 以後 2020年 超微細먼지(PM2.5) 濃度는 2019年 對備 10~33% 減少한 것으로 나타났다. 光化學 스모그 主要 誘發物質인 二酸化窒素(NO2) 濃度 亦是 約 13~48% 減少했다. 反面, 一酸化窒素 排出 減少에 依한 化學的 作用으로 地表면 오존(O3) 濃度는 0%에서 4%로 多少 增加했다(Gkatzelis et al., 2021). 오존은 여러 汚染物質이 複雜한 反應을 거쳐 生成되며 待機 中 二酸化窒素와 一酸化窒素 濃度의 비가 生成 效率을 決定한다. 一酸化窒素가 二酸化窒素보다 더 많이 減少하면 오존 濃度가 增加할 수 있다고 알려져 있다 (Jacob, 1999). 오존 增加를 除外하고는 코로나19에 따른 全 世界的 封鎖가 全般的인 大氣 環境 改善에 肯定的인 影響을 미쳤다고 評價할 수 있다.
그렇다면 코로나19 封鎖政策이 氣候에도 影響을 미쳤을까? 溫室가스 및 大氣汚染物質이 氣候를 변화시키려면 ‘複寫强制力’을 發生시킬 수 있을 만한 排出量 變化가 있어야 한다. 複寫强制力은 地球로 入社되는 輻射에너지와 地球 밖으로 放出되는 輻射에너지의 差異다. 地球로 入社되는 에너지가 放出量 보다 더 클 때 ‘羊의 輻射强制力’이 發生하며 地球 溫度가 上昇하고, 反對로 複寫强制力이 音이면 地表面 溫度가 下降한다. 一般的으로 二酸化炭素 等 溫室가스 排出이 增加하면 地球輻射에너지가 大氣에 더 많이 吸收되고 밖으로 放出되는 量이 減少한다. 이에 따라 量의 輻射强制力이 發生하며 地球의 溫度가 올라간다. 反面, 黃酸化物 等 大氣汚染物質이 大氣 中에 增加하면 入社하는 太陽輻射에너지를 더 많이 反射시켜 放出 에너지가 더 커진다. 이는 音의 複寫强制力을 發生시켜 溫室氣體에 依한 地球 溫度 上昇을 一部 相殺한다.
美國 國立大氣硏究센터(NCAR)에 따르면 2020年 봄 溫室氣體 排出量이 減少하며 音의 複寫强制力이 發生한 反面, 二酸化黃 等 大氣汚染 物質 排出 減少는 量의 輻射强制力을 發生시켰다(Gettelman et al., 2021). 다만, 後者의 影響力이 더 커서 綜合的으로 約 0.29W/m2의 量의 輻射 强制力이 發生했다. 이는 地球의 溫度를 約 0.003℃ 높인 것으로 評價됐다.
要컨대 2020年 世界的 封鎖에 依한 排出量 減少가 氣候에 미친 影響은 매우 적다는 意味다. 다만, 地域的 날씨 變化에는 相當한 影響을 주었다는 硏究結果들은 있다. 筆者가 屬한 基礎科學硏究院(IBS) 氣候物理 硏究短刀 비슷한 內容의 硏究를 進行 中이다. 2020年 봄철 中國 地域 大氣汚染物質 減少가 우리나라를 包含한 東아시아 下層 구름을 短期的으로 增加시키고 그에 따라 降水量이 增加했다는 것이다.
○ 炭素中立에 對한 示唆點은?
이렇듯 코로나19로 二酸化炭素 排出이 一時的으로 抑制됐지만, 그럼에도 待機 中 二酸化炭素 濃度는 持續的으로 增加하고 있다. 二酸化炭素의 待機 中 滯留 時間은 5~200年에 이른다. 人爲的 二酸化炭素 排出과 吸收가 0에 이를 때까지, 卽 炭素中立을 이루기 前까지는 待機 中 二酸化炭素 濃度는 繼續 增加할 수밖에 없다.
1850年부터 2018年까지 人類는 總 約 2,363GtCO2의 二酸化炭素를 排出했다(Friedlingstein et al., 2019). 二重 68%는 化石燃料 使用에 依해, 32%는 開墾, 建築, 벌目 等 土地利用에 依해 輩出됐다. 이렇게 輩出된 二酸化炭素의 30%는 紙面에, 25%는 海洋에 吸收되었다. 남은 40%假量이 大氣 中에 남아 二酸化炭素 濃度를 높였다. 地球 溫度 上昇은 一時的인 二酸化炭素 排出에 反應하는 것이 아니라, 二酸化炭素 累積 排出量에 比例한다. 炭素中立을 이루기 前까지는 地球 溫度 亦是 持續的으로 上昇하게 될 것이다.
2018年 10月 松島에서 承認된 ‘氣候變化에 關한 政府間 協議體(IPCC) 1.5℃ 地球 溫暖化 特別報告書’는 많은 것을 示唆한다. 報告書에 依하면 파리氣候協約에 따라 地球 溫度 上昇을 産業化 對備 1.5℃ 以下로 抑制하려면 2020年부터 全 世界 炭素 排出 上昇 趨勢를 減少勢로 轉換해야 한다. 또한 2030年 人爲的 二酸化炭素 順 排出量은 2010年 對比 最小 45% 減縮해야하며 2050年에 炭素中立을 이루어야 한다.
2020年 코로나19 팬데믹으로 인해 우리는 意圖치 않게 2.6GtCO2의 二酸化炭素 排出을 減縮했다. 2050年 炭素中立 目標를 이루려면 每年 前年 對比 1~2GtCO2의 排出을 감소시켜야 한다는 計算이 나온다. 1年이 넘는 人類的 災殃과 經濟活動 萎縮을 겪었음에도 갈 길이 아직 먼 것이다. 코로나19 팬데믹은 우리에게 持續可能한 未來를 위해서 어느 程度의 社會?經濟的 努力이 必要한지를 間接的으로 보여준다.
※參考文獻
Friedlingstein, P. et al., 2019: Global carbon budget 2019. Earth Syst. Sci. Data, 11, 1783-1838.
Foster P. M. et al., 2021: Current and future global climate impacts resulting from COVID-19. Nature Climate Change, 10, 913-919.
Gettelman, A. et al., 2021: Climate impacts of COVID-19 induced emission changes. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL091805. Doi:
https://doi.org/10.1029/2020GL091805
Gkatzelis, G. I. et al., 2021: The global impacts of COVID-19 lockdowns on urban air pollution: A critical review and recommendations. Elem Sci Anth, 9: 1. Doi:
https://doi.org/10.1525/elementa.2021.00176
IPCC, 2018: Summary for Policymakers. In: Global warming of 1.5oC. World Meteorological organization, Geneva, Switzerland, 32pp.
Jacob, D. J., 1999: Introduction to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press.
Quere, C. L. et al., 2021: Fossil CO2 emissions in the post-COVID-19 era. Nature Climate Change, 11, 197-199.
글 이준이 基礎科學硏究院(IBS) 氣候物理 硏究團 硏究委員?부산대 敎授
※ 原文 出處 : 基礎科學硏究院
基礎科學硏究院(IBS)은 지난해에 이어 사스코로바이러스-2(SARS-CoV-2)의 科學的 理解와 克服 方案 摸索을 위한 ‘코로나19 科學 리포트 2’를 連載합니다. 이番 連載에서는 最近 世界的 關心을 불러일으킨 바이러스 變異와 백신?治療劑 開發 關聯 硏究動向과 爭點을 集中的으로 다룹니다. IBS 科學者들과 國內 專門家들이 傳達하는 最前線의 知識과 情報가 코로나바이러스感染症-19(COVID-19, 以下 코로나19) 終熄에 도움이 되기를 바랍니다.
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