강건한 문명을 세우고 자연에 대한 탐구와 지식의 축적으로 우리 인간은 지구상에서 가장 번영하는 동물이 되었다. 하지만 인간이 날로 늘어나고 그에 따라 지구의 소중한 자원을 마구 소비하면서 기후변화 같은 전 지구적 문제로 인류의 생존은 종말의 기로에 섰다. 기후변화가 일으키는 재난재해는 시급히 해결해야 할 당면 문제다.

그러나 인류는 또다시 지식으로 이 문제를 타개하려고 부단히 노력하고 있다. 신재생에너지를 개발해 에너지 생산의 패러다임을 바꾸고 있으며 날씨로 일어나는 재난재해도 날씨를 인위적으로 조작함으로써 제어하는 데까지 나섰다. 이와 더불어 과학자들은 문제의 근본 원인인 지구온난화를 단지 탄소 배출을 줄여서 저지하는 것이 아니라 우리의 힘으로 능동적으로 막는 방법을 강구하고 있다. 이것이 ‘지구공학’이라는 학문이 탄생한 계기다.

지구공학, 인위적으로 기후변화 막기

지구공학은 지구 생태계나 기후순환 시스템을 물리화학적 방법을 동원해 우리 손으로 조작함으로써 온난화 속도를 늦추는 기술이다. 가장 기본적인 아이디어는 햇빛을 가리거나 반사시키는 방식으로 햇빛을 인위적으로 조작해 지구 온도를 떨어뜨리는 공학적 방법으로 온난화를 막자는 것이다.

이 아이디어는 재미있게도 필리핀에 있는 피나투보 화산의 폭발로부터 얻었다. 피나투보 화산은 폭발하면서 수천만t에 달하는 이산화황을 방출했는데 이것이 성층권에 황산염 입자가 모인 층을 형성했다. 그러자 지구에 도달하는 일사량이 무려 30%나 줄면서 3년이 넘게 냉각 현상이 일어난 것이다. 연구에 따르면 지구 전체로 봤을 때 평균 기온을 0.5도 떨어뜨렸다고 한다. 그래서 과학자들은 생각한 것이나 우리가 직접 미세한 입자층을 만들어서 태양빛을 반사한다면?

하지만 이런 가정을 직접 해볼 수는 없다. 그래서 미국 하버드 대학교 데이비드 키스 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 성층권에 탄산칼슘을 뿌려 햇빛을 차단하면 어떻게 되는지 모델링해봤다. 그 결과 오존층에 거의 영향을 주지 않았으며 지구 평균 온도 상승을 절반 수준으로 억제하고, 강수량의 불균형도 없앨 수 있다는 사실을 확인했다. 허리케인의 강도 역시 85% 이상 줄일 수 있는 것으로 드러났다.

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미 하버드대가 진행 중인 ‘스코펙스(SCoPEx·성층권통제섭동실험)’ 프로젝트의 개념도. 탄산칼슘 입자가 담긴 곤돌라를 기구에 실어 성층권에 올려 보낸 뒤 분사해 햇빛 차단 효과를 확인한다. (출처: 하버드대학교)

아직 생태계에 미칠 수 있는 영향을 속속들이 알지 못한다

내친김에 같은 하버드 대학교 프랭크 코이치 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 현실에서 직접 검증해보기로 했다. 대형 기구에 탄산칼슘 입자 600kg을 싣고 지상 20km 성층권에 올라가 적게는 100g부터 많게는 2kg까지 살포하며 화산이 뿜은 화산재가 햇빛을 가리듯 에어로졸이 햇빛을 막는 효과를 실험하는 ‘스코펙스(SCoPEx, 성층권통제섭동실험)’ 프로젝트를 진행하고자 했다. 연구팀은 2021년 6월 스웨덴우주국이 운영하는 스웨덴 북쪽 이스레인지우주센터에서 기구에 에어로졸을 싣고 올려보낼 계획이었다. 하지만 지난 1일 스웨덴우주국은 스웨덴 환경단체와 지역 주민 등의 반대로 비행 시험을 취소했다.

안타깝게도 지구공학에는 불확실성이라는 문제가 있다. 태양을 막는 지구공학의 부작용이 면멸히 연구되지 않았기 때문이다. 많은 생태학자들은 에어로졸을 이용한 햇빛 차단 기술을 실제로 사용할 때 에어로졸이 일으키는 냉각 효과가 균등하게 나타나지 않으면 생태계와 생물 다양성에 악영향을 줄 수 있다고 우려했다. 또한 강우와 지표 자외선 복사가 바뀌고, 산성비가 증가해 해양 산성화를 일으킬 수 있다고 한다. 장기적으로 일사량이 줄 경우 지구의 물 순환 패턴이 바뀌면서 다시금 이상 기후가 나타날 수도 있는 것이다. 어떤 사람은 지구공학이 성공할 경우 석탄이나 석유 같은 자원을 과거처럼 아무 생각 없이 펑펑 쓰는 도덕적 해이가 일어날 수도 있다고 지적한다. 쉽지 않은 문제다.

물론 지구공학에는 에어로졸을 이용한 방법만 있는 것은 아니다. 현재까지 과학자들이 제시한 다양한 대안을 보면 바다에 인공 구름 만들기가 있다. 바다에 있는 층적운은 지구 표면의 20%를 덮고 있는데 이 구름이 태양광 반사에 아주 많이 기여한다. 또 우주에 대형 거울 띄우기라는 기상천외한 것도 있다.

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다양한 지구공학의 방법들. (출처: IPCC 5차보고서)

기후변화 위기에 맞서 인류가 행동에 나서지 않으면 안 되는 오늘날, 지구공학을 실제로 적용한다면 생태계가 어떻게 변화할 것인지에 대한 더 면밀한 연구가 하루빨리 이뤄지기를 기대하본다.

글: 정영호 과학칼럼니스트/일러스트: 유진성 작가

*본 콘텐츠의 저작권은 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 있습니다.