현대 기후 변화가 일어난 원인
기후계는 수십 년 혹은 수 세기를 주기로 하는, 엘리뇨-남방진동과 같은 다양한 기후 변동을 가지고 있습니다. 그 외의 변화는 기후계 '외부'의 에너지 불균형으로 인해 발생하지만 기후계의 외부가 꼭 지구 외부를 의미하는 것은 아닙니다. 기후계의 외부 영향으로는 온실 기체의 농도 변화, 태양 광도의 변화, 화산 폭발, 태양 주위를 도는 지구 궤도의 여러 변화 등이 있습니다.
기후 변화에 있어 인간이 얼마나 많은 영향을 끼쳤는지 분석하기 위해서는 알려진 기후계 내부 변동이나 자연적인 외력은 배제해야 합니다. 여기서 사용하는 접근법은 모든 잠재 원인에 대한 일종의 '지문'을 지정한 다음 이 지문을 관측된 기후 변화 패턴과 비교하는 것입니다. 예를 들어 태양 궤도 변동을 주요 원인으로 배제합니다. 이 지문은 대기 전체를 따뜻하게 만들 것입니다. 하지만 이 지문을 빼더라도 하층부 대기만 따뜻해지는데 이는 온실 기체의 효과로 인해 발생하는 것입니다. 현대 기후 변화의 원인은 전적으로(100%) 점차 증가한 온실 기체 때문이며 에어로졸이 여기에 약간의 감쇠 효과를 가지고 있습니다.
온실 기체
이 부분의 본문은 온실 기체, 온실 기체 방출, 온실 효과, 복사 강제력 및 지구 대기의 이산화탄소입니다.
지구는 태양에서 내려온 햇빛을 흡수하고 이를 복사열의 형태로 다시 방출합니다. 대기 중의 온실 기체는 적외선을 흡수한 후 다시 방출하여 복사열이 대기를 통과해 우주로 방출하는 속도를 지연시킵니다. 산업 혁명 이전에는 자연적으로 발생하는 온실 기체 때문에 지표면 근처의 기온은 온실 기체가 하나도 없었을 때보다 약 33 °C 더 높았습니다. 온실 효과에 가장 큰 영향을 주는 요인은 수증기(~50%)와 구름(~25%)이지만 이 둘은 기온에 영향을 받아 증가하는 관계가 있는 기후계 내부 요소에 해당하며 온도에 따라 두 요인의 크기가 계속해서 피드백됩니다. 반면 이산화 탄소(~20%), 지상의 오존, 염화 플루오린화 탄소(CFC), 아산화질소 등의 기체 농도는 온도에 영향을 받지 않는 기후계 외부 압력에 속합니다.
산업 혁명 이후에는 화석 연료(석탄, 석유, 천연 가스)를 추출하고 연소하는 등 인간의 활동으로 대기 중 온실 기체 양이 크게 증가하여 복사 불균형 현상이 발생했습니다. 2019년 기준 이산화 탄소와 메테인의 농도는 1750년 이후 각각 약 48%, 160% 증가했습니다. 현재의 이산화 탄소 농도는 지난 2백만 년 기준 최고 수치입니다. 메테인의 농도는 지난 80만 년 기준 최고 수치입니다.
2019년 기준 전 세계의 인위적인 온실 기체 방출량은 이산화 탄소 약 590억 톤과 맞먹습니다. 총 온실 기체 방출량 중 이산화 탄소가 75%, 메테인이 18%, 아산화 질소가 4%, 플루오린화 기체가 2%였습니다. 이 중 이산화 탄소의 배출은 주로 교통, 제조업, 난방, 전기를 위한 에너지를 쓰기 위해 화석 연료를 태우며 발생하였습니다. 그 외에도 산림 벌 체와 산업 공정에서도 이산화 탄소가 배출되었는데 주로 강철, 알루미늄, 비료를 제조하기 위해 사용하는 화학반응으로 이산화 탄소가 배출되었습니다. 메테인은 주로 가축 목축, 천연 거름 이용, 쌀 재배, 매립지, 폐수, 석탄 및 석유, 천연가스 채굴 과정에서 배출되었습니다. 아산화질소는 주로 비료의 미생물 분해 과정에서 배출되었습니다.
온실 기체 방출에 산림 벌채가 큰 요인을 차지하고 있지만 그럼에도 지구의 육지 표면, 특히 숲이 가장 큰 탄소 흡수원 역할을 하고 있습니다. 토양의 생물학적 탄소 고정이나 광합성과 같은 지표면의 탄소 흡수 작용으로 연간 전 세계 이산화 탄소 배출량의 29%가 다시 흡수됩니다. 바다도 두 단계 과정을 통해 중요한 이산화 탄소 흡수원 역할을 합니다. 먼저 표층수에 이산화 탄소가 용해되고 나면 바다의 열염순환 과정에서 이산화 탄소가 흡수된 바닷물이 해양 심층으로 깊숙히 골고루 가라앉고 시간이 지나면 탄소의 순환 과정으로 바다 심해에 축적됩니다. 지난 20년간 전 세계의 바다가 그동안 배출한 이산화 탄소의 20~30%를 흡수하였습니다.
