지구촌의 위기


	우리 지구는 현재 여러 가지 어려운 문제들에 봉착해 있다. 거의 매일 신문이나 잡지, 방송과 통신 매체들을 통하여 듣는 각종 환경 오염, 인구의 급격한 증가 그리고 핵전쟁의 공포 등은 우리 인류의 미래를 암울하게 만들고 있다. 특히 인공 위성에 의한 관측으로 지구 규모의 환경 변화가 알려지기 시작하면서 지구는 우리들 생각 이상으로 심하게 병들고 있다는 것을 알게 되었다. 유명한 시사저널지 타임지는 이러한 사실을 인식하면서 1989년 신년호에서 '올해의 인물'(Man of the Year) 대신에 '올해의 행성'(Planet of the Year)라는 타이틀로 위기의 지구를 선정하였다(그림 9). <- 그림 9. 위기에 처한 지구(타임지 1989년 1월 2호 표지, 올해의 지구)
인구 폭탄
그림 10. 세계의 지역별 인구의 장래 예측. (UN 세계인구백서, 1992년)	오늘날 인류가 직면하고 있는 가장 큰 문제는 인구의 증가이다. 과학과 의술의 발달은 인류의 수 명을 연장시켜 지구촌 인구가 기하급수적으로 늘어나고 있다. 현대 인류의 조상이라고 일컫는 호모사피엔스가 나타난 시기는 마지막 간빙기였던 15만년에서 5만년 전이었으며, 당시 인구는 200~300만명 정도로 추정된다. 그로부터 인구는 아주 천천히 증가하여 서기 1년경에는 2억5천만 명, 1650년에는 5억 명에 도달하였다. 그러나 19세기 초부터 증가율이 상승하기 시작하여 1830년에는 10억 명이 되고, 1930년에는 20억, 1975년에는 40억 명을 넘어섰다. 5억 명이 10억 명이 되는데 약 200년, 10억 명에서 20억 명으로 증가하는데 100년, 20억 명에서 40억 명으로 되는데는 불과 35년이 소요되었다. 이처럼 최근에 들어 인구의 수가 2배로 증가하는 기간이 현격하게 줄어들고 있다(그림 10). 이러한 인구의 기하급수적인 증가는 식량, 에너지, 물, 주거 공간 문제 등 숱한 문제를 지구촌에 야기할 것이다. 사태를 더욱 심각하게 만들고 있는 것은 현재 폭발적으로 인구가 증가하고 있는 개발 도상국의 90% 이상이 이미 식량, 물, 에너지 부족 등의 심각한 상황에 놓여 있다는 것이다. 과연 인구의 증가는 언제까지 지속될 것이며, 그런 상황에서 인류는 그에 알맞는 생활 수준을 유지해 나갈 수 있을 것인가? ‘지구에는 도대체 몇 억의 사람들이 생존해 갈 수 있는가?’ 여기서 말하는 생존이란 단순히 죽지 않는다는 것이 아니라 모든 사람이 굶주림과 공포에서 해방되고, 몇 가지 기본적인 욕구를 충족시킬 수 있는 자유나 기회가 많은 생활을 할 수 있다는 의미이다. 좋은 질의 식량, 물, 공기는 절대적으로 필요하다. 그 가운데 하나라도 없으면 인류는 곧 멸망하거나 건전한 건강을 유지할 수가 없다. 인구의 증가가 현재와 같은 추세로 증가하면 2000년경에는 60억을 돌파할 것이고, 2050년에는 100억이 넘어설 것으로 전망되고 있다. 대부분의 인구 학자들이 예견한 바에 의하면 지구가 수용할 수 있는 최대 인구인 ‘환경 수용 능력’(carrying capacity)은 100억명도 채 되지 않는다고 한다. 2050년이라면 불과 50년밖에 남지 않은 기간이다. 30년마다 인구를 2배로 늘려 가는 현재의 추세를 막아야 인류가 지구상에서 번성을 누릴 수 있다. 어떻게 해서라도 인구의 폭발을 막아야 할 책임이 인류 모두에게 지워진 짐이라 할 수 있다.

핵 겨울
	몇 해전 방영되어 전세계적으로 파문을 일으켰던‘그 날 이후’라는 영화가 있었다. 핵전쟁의 가능성과 그의 가공할 만한 참상을 생생한 영상으로 우리 인류에게 고발한 영화였다. 1945년 8월 6일 일본의 히로시마에 원자폭탄이 투하된 이후, 과학 기술의 발달에 힘입어 각종 핵무기가 개발되었다. 현재 우리 인간은 5만 여종 이상의 전쟁용 핵무기를 보유하고 있다. 상상하기도 싫은 일이지만 미래 언젠가 일어날 가능성이 있는 핵전쟁은 대부분 나라들의 도시들에 핵 세례를 퍼부을 것이다. 핵전쟁이 환경에 주는 영향이나 그것이 가져오는 피해에 대하여 1980년대 초기까지는 대체로 열선, 폭풍, 방사선 등 핵폭발의 직접적인 영향에 의한 것만 생각하였다. 그러나 1971년 화성에 도달한 최초의 우주선 마리너9호가 보내 온 데이터로부터, 화성에서 일어난 맹렬한 폭풍으로 날려 올라간 모래 먼지가 화성 표면의 급격한 온도 저하를 가져온다는 사실을 알았다. 이 자료는 약 10년 후인 1983년 미국의 저명한 우주 물리학자 세이건(Carl Sagan) 등에 의하여 핵전쟁에 의한 기후 변동, 소위 ‘핵겨울’을 발견하는 계기가 되었다. 이 시나리오는 핵전쟁이 일어나면, 그로 인해 발생한 다량의 연기와 먼지가 지구의 상공을 덮어 지표는 어두워질 뿐만 아니라 급속하게 한랭화되어 살아남은 사람들과 지구 위의 생태계 전체가 파멸적인 상태에 빠진다고 하는 것이다. 많은 핵무기들이 폭발하면, 땅에 있는 모든 것을 증발시킬 뿐만 아니라 수 km 반경 안에 있는 모든 구조물을 파괴시킬 정도의 거대한 화구를 만들어 낸다. 또 대규모의 삼림 화재에 의한 연기와 수백만 톤이나 되는 먼지가 대기 중으로 불려 올라가게 된다. 이런 검은 구름은 수주일 동안 지구를 덮음으로써, 지구에 도달하는 태양 광선의 양을 감소시킬 것이다. 곧 이어 2~3일 내에 지구의 기온은 영하로 급격하게 떨어지게 되어, 정오에 밤이 찾아오고, 낮은 오싹한 황혼이 되게 하는 핵겨울이 지구를 엄습하게 된다. 핵겨울이 내습하면 핵폭발에서 살아남은 사람들은 ① 지독한 추위에 시달리고, 농작물과 가축들은 시들어 죽게 될 것이다. 이에 따라 인류는 ② 극심한 기아에 직면할 것이다. 핵겨울이 얼마나 오랫동안 지속될 것인가에 대한 답은 전쟁이 일어난 때에 따라 달라질 것이다. 왜냐하면 비는 대기 중의 먼지 입자를 씻어 내리기 때문이다. 만일 전쟁이 건기에 일어난다면 입자들이 대기 중에 오랫동안 남게 되어, 다음의 우기가 다가와 비가 올 때까지 대류권 내에 남아 있을 것이다. 그러나 성층권까지 올라간 입자들은 수년간 더 머물게 될 것이다. 핵전쟁이 우기에 일어난다면 올라간 입자의 약 95%가 40일 이내에 씻겨 내려와 그 충격은 덜 할 것이다. 핵겨울 시나리오는 엄청난 반향을 불러일으키며, 많은 과학자들 사이에 논쟁을 불러 일으켰다. 핵겨울에 의한 온도 감소와 핵겨울의 지속 기간에 대하여 많은 이견이 있지만, 핵전쟁은 지구의 기온을 하강시킬 것이라는 데에는 의견 일치를 보이고 있다. 최근에는 핵겨울 가설이 컴퓨터의 모델 시험으로 등장하게 되었다. 이들 모델에 의하여 만들어진 시나리오는 핵전쟁이 지구 전체에 미치는 파멸적인 환경 변화와 이에 따른 피해는 우리들 모두가 상상하는 것 이상으로 훨씬 심각한 것임을 보여주고 있으며, 핵전쟁은 상상할 수도 없는 엄청난 결과를 초래한다는 것을 과학과 인간의 이성에 호소해야 한다고 덧붙이고 있다.

지구 온난화(Global Warming)
그림 12. 하와이 마우나 로아의 '대기권 감시소'에서 측정된 대기중의 이산화탄소(CO₂)량의 변화. 매년 일정하게 증가하는 것을 알 수 있다.	많은 과학자들은 2020년까지 과거 1,000년 동안에 비해 훨씬 더 따뜻해지리라고 예측한다. 실제로 일부 과학자들에 의하면, 최근 100년 사이에 지구 평균 기온이 약 0.5℃ 상승하였다고 주장하며, 그 결과 해수면은 30~40 cm나 상승하였다고 말한다. 만약 지구 온난화 현상이 계속 될 경우, 해수면은 상승 속도가 가속되고, 기후대가 극지방으로 이동하는 등의 결과로 나타나는 기상 재해는 현재 발달한 과학 기술로도 예측하기 힘든 상태이다. 사실 우리 스스로가 지구의 온난화를 인식하기란 그리 쉬운 일이 아니다. 일년 여에 걸친 토론 끝에 기상학자들은 지구의 평균 기온을 결정하는데 합의를 보았는데, 100년 동안 지구의 평균 기온은 계속 상승하여 왔다. 그렇다면 이 기온 상승이 기후 변화에 따른 자연 현상인지 아니면 화석 연료 사용 등으로 인한 인위적 현상인지 명확하지 않다. 그러나 온실 효과는 대기 중에 있는 이산화탄소의 양과 관계가 있는 것은 분명하다. 하와이의 마우나 로아(Mauna Loa) 화산에 대기권 감시소(Atmosphering monitoring system)가 설립되었다. 그곳은 대기 오염으로부터 가장 방해를 받지 않는 가운데 대류권의 대기량을 측정하는데 가장 유리하고 손쉬운 장소로서 선택되었다. 그곳에서 스크립스 해양 연구소에 근무하는 찰스 킬링(C. Keeling) 박사는 1958년부터 아주 정확한 방법으로 대기 중의 이산화탄소의 양을 측정하기 시작했다. 그에 따르면 대기 중의 이산화탄소의 양은 일년의 기간 동안에는 일시적으로 봄·여름철은 감소하고 가을·겨울철에는 증가하지만 매년 조금씩 상승한다고 하였다(그림 12). 1958년 315ppm 이던 이산화탄소의 양이 1992년 360 ppm에 이르러 지난 35년간 45ppm 이상 상승하였다. 더구나 남극 빙하 속에서 100년전에 갇힌 공기를 분석하여 알아낸 이산화탄소의 양이 280 ppm으로 지난 1세기 동안 약 25%의 증가를 밝혀 내었다. 행성 천문학자들은 외계 관측 사실로부터 금성의 500℃나 되는 표면 온도는 이산화탄소로 이루어진 두꺼운 대기가 태양열을 흡수하여 저장하는 온실 효과 때문이라는 것을 알고 있다. 지구의 대기층은 매우 얇으며 이산화탄소의 양이 0.03% 밖에 안된다. 그러나 앞서 지적하였듯이, 일부 학자들은 지구의 기온이 매년 상승하는 원인을 금성 대기의 온실 효과에 근거하여 지구 대기 중 이산화탄소의 증가로 설명하고 있다.
온실 효과(Greenhouse Effect)
그림 13. 온실효과와 탄소순환. (A) 온실효과, (B) 자연계의 탄소순환, (C) 인간에 의한 이산화탄소의 증가	온실 효과는 말 그대로 온실이 열을 가둠으로써 보온하는 것을 말한다. 태양에서 방출된 빛 에너지는 지구의 대기층을 통과하면서, 일부분은 대기에 반사되어 외계로 방출되거나, 대기에 직접 흡수된다. 그리하여 약 50% 정도의 햇빛만이 지표에 도달하게 되는데, 이때 지표에 의해 흡수된 빛 에너지는 열 에너지나 파장이 긴 적외선으로 바뀌어 다시 바깥으로 방출하게 된다. 이 방출되는 적외선은 반 정도는 대기를 뚫고 외계로 빠져나가지만, 나머지는 구름이나 수증기, 이산화탄소 같은 온실 효과 기체에 의해 흡수되어지며, 온실 효과 기체들은 다시 지표로 되돌려 보낸다(그림 13-A). 이와 같은 작용을 반복하면서 지구를 덥게 하는 것이다. 실제 대기에 의해 일어나는 온실 효과는 지구를 항상 일정한 온도를 유지시켜 주는 매우 중요한 현상이다. 만약 대기가 없어 온실 효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 햇빛을 받아 수십도 이상 올라가지만, 반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 것이다. 따라서 현재 환경 문제와 관련하여 나쁜 영향으로 많이 거론되는 온실 효과는 그 자체가 문제가 아니라, 일부 온실 효과를 일으키는 기체들이 과다하게 대기 중에 방출됨으로써 야기될지 모르는 이상 고온에 따른 지구 온난화 현상을 이야기하는 것이다.
탄소 순환(Carbon Cycle)
	탄소는 생명체의 기본이다. 그것은 바위, 토양, 물, 식물과 동물체, 그리고 대기권에서 발견된다. 이들 속에 함유된 탄소는 주로 이산화탄소의 형태로 서로 주고받는다. 이를 탄소 순환이라고 한다. 이미 금성의 예에서 보았지만, 온실 효과를 일으키는 주요 원인으로 이산화탄소를 이야기한다. 특히 킬링 박사는 지구 대기 중의 이산화탄소의 양이 해마다 꾸준히 증가하고 있어, 이산화탄소에 의한 지구 온난화를 경고하고 있다. 따라서 지구의 탄소의 순환 과정과 인간 활동은 대기 중의 이산화탄소의 증가에 어떻게 기여하는지를 살펴볼 필요가 있다. 지구 대기 중의 이산화탄소의 양은 대기, 암석, 바다, 및 각종 생물들에 의한 탄소의 흡수 및 방출 작용으로 조절되고 있다. 예를 들어, 식물의 경우 호흡하거나 죽어서 부패하게 되면 이산화탄소를 대기 중으로 방출하고, 광합성을 할 경우 탄소 동화 작용을 하면서 이산화탄소를 대기 중으로부터 흡수한다. 해양에서는 플랑크톤의 광합성이나 다른 화학적 작용에 의해 이산화탄소를 대기로부터 제거하거나 용해시킨다. 한편, 해양 생물들의 부패나 해수의 증발에 의해 거의 같은 양의 이산화탄소를 대기 중으로 방출시킨다. 한편, 지질 시대에서는 과거 수백 만년 전에 죽은 식물이나 해양 생물로부터 생성된 화석 연료인 석탄, 석유, 및 천연 가스 등의 형태로 이산화탄소가 저장되기도 하였다. 이와 같이 이산화탄소의 순환이 자연 상태에서는 일정하게 방출과 흡수를 계속하면서 균형을 유지하고 있다(그림 13-B). 그러나 문명이 발달하면서 인간들은 이산화탄소의 순환에 인위적으로 개입하기 시작하였다. 예를 들어, 각종 에너지를 얻기 위하여 화석 연료를 소비하였으며, 늘어나는 인구에 따른 식량과 주거를 위하여 삼림을 훼손하였다. 매년 목재를 얻기 위해 나무를 베어 내고, 농경지와 목축지를 늘리기 위해 없어지는 삼림이 50만 에이커에 이르고 있다. 이와 같이 인간들에 의해 이루어지는 산업과 농업 활동으로 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 양은 년간 약 70억 톤에 이르며, 이 양들의 대략 반 정도가 해양이나 식물 및 토양에 의해 흡수되고 나머지는 대기에 그대로 축적되게 된다(그림 13-C). 이산화탄소가 열을 흡수하는 대표적인 기체로 지구 온난화에 막대한 영향을 미친다면, 향후 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 양은 대체 에너지 개발이나 삼림의 훼손을 방지하여 줄일 수 있을 것이다. 그러나 현재의 어떠한 기술도 대기 중에 한번 방출된 이산화탄소를 제거할 수 없다는데 문제의 심각성이 있다 하겠다.
열을 흡수하는 기체(Heat-Absoring Gases)
그림 14. 열을 흡수하는 기체들의 종류와 특성	대기 중의 열을 흡수하여 저장함으로써 온실 효과를 일으키는 기체는 자연 상태의 수증기 외에 이산화탄소뿐만 아니라 메탄(CH₄), 프레온 가스(CFCs), 및 산화이질소(N₂O) 등이다. 화석 연료나 열대림의 화재로 대량으로 방출되는 이산화탄소, 가축 이용의 증대와 농업의 확대로 산출되는 메탄, 냉매재, 살충제 또는 세척제로 사용하는 프레온 가스, 그리고 화학 비료에서 나오는 질소 등이 최근에 크게 증가하고 있으므로, 과학자들은 이들 기체에 의한 온실 효과의 증대로 지구의 온난화를 염려하고 있다. 다음은 그러한 기체들의 특성을 간단히 요약한 것이다(그림 14). 이산화탄소(CO₂): 이산화탄소는 주로 화석 연료와 산림 등의 연소로 대기 중에 방출되며, 일단 방출되면 100년 이상 대기 중에 머무른다. 열을 흡수하는 기체로는 수증기 다음으로 풍부하며, 인위적 온실 효과에 대한 기여도는 약 50%를 차지한다. 메탄(CH₄): 메탄은 홍수가 난 전답이나 가축들의 배설물, 및 범람원 등 주로 산소가 없는 환경에서 박테리아가 유기물을 분해할 때 생성된다. 일단 배출된 메탄은 대기 중에 십 년 정도 분해되지 않고 머무르며, 열을 흡수하는 능력은 이산화탄소의 약 20~30배에 이른다. 따라서 인위적 온실 효과의 기여도는 15~20% 정도이다. 프레온 가스(CFCs): 프레온 가스는 1930년대 이후, 사용량이 급격히 늘었는데, 주로 냉장고, 에어컨 등의 냉매재, 절연체 및 반도체의 세척제, 그리고 각종 스프레이 제품에 사용된다. 일단 대기 중에 방출된 프레온 가스는 400년 이상 분해되지 않고 머무르며, 열을 흡수하는 능력은 매우 효과적이어서 이산화탄소의 1만6천 배에 이른다. 실제 대기 중의 양은 0.001ppm 이하로 적지만 인위적 온실 효과에 대한 기여도는 20% 정도이다. 산화이질소(N₂O): 일명‘웃음 가스’(laughing gas)로 알려진 이산화질소는 토양이나 화학 비료, 그리고 화석 연료의 연소 등에서 배출되며, 대기 중에는 약 180년 동안 머무른다. 이산화탄소에 비해 150배 정도 열을 잘 흡수하여 인위적 온실 효과의 기여도는 5% 정도를 차지한다.
지구온난화 논쟁
그림 15. 지구 기후 모델로 계산한 년도별 평균 온도 변화(실선)와 예측(점선).	위와 같이 열거한 기체들은 열을 흡수하는 기체들로 온실 효과에 많은 기여를 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재 이들 기체들에 의한 온실 효과로 인하여 실제 지구 온난화가 일어나고 있는지에 관해서는 과학자들 간에 아직 논란이 계속되고 있다. 다만 이들 기체가 현재와 같은 비율로 계속 대기 중에 방출될 때, 그 효과를 컴퓨터를 이용하여 지구의 기후 모델을 작성하여 계산한다면, 앞으로 2040년에 가면 현재보다 온도가 약 3℃ 정도 상승할 것으로 예측하고 있다(그림 15). 그 자세한 사항들을 요약하면 다음과 같다. 기온은 저위도 지역에서 3℃, 중위도 지역에서 4℃, 고위도 지역에서는 10℃ 전후씩 높아지는데, 실제로는 이만큼 많이 높아지지는 않는 것으로 생각된다. 적도 지역과 고위도 지역에서는 우량이 늘고, 아열대에서는 감소한다. 미국과 캐나다 쪽이 농작에 적합한 기후가 되는 것으로 해석된다. 바다의 한기가 약해지고 우리 나라의 겨울의 한파도 약해진다. 우리 나라는 위도로서는 건조화 지역에 속하지만 동남 아시아 여름의 몬순이 강화되므로 다우화가 된다고 추정된다. 21세기가 끝날 무렵에는 인류는 중대한 결단을 하지 않으면 안될 것이다. 꾸준한 인구 증가로 인하여 앞서 언급한 각종 온난화 기체를 무절제하게 계속 방출한다면, 온실 효과는 더욱 커져 여러 가지 기상 재해를 가져 올 것으로 예측된다.
기상 변화
	만약 2040년에 약 3℃의 기온이 상승한다면 연간 10 km의 속도로 기후대가 극 방향으로 이동한다. 그 결과 강우와 강설 양상이 바뀌고 현재와 다른 계절 변화를 가져와 극 지역의 빙하를 녹이고, 적도 지방에는 사막이 확장될 것이다. 또 지구의 대기 순환이 약해지고, 극지방과 적도 지방의 기온 차는 줄어들 것이다. 우리 나라는 건조 지역에 속하지만 여름의 몬순이 강화될 것이다.
해수면 상승
	그리고 무엇보다 기온이 상승하게 되면, 북극이나 남극에 있는 빙하가 녹게 된다. 만약 3℃정도의 기온이 상승할 경우, 북극에 있는 빙하는 대부분이 물에 뜬 빙산으로 녹더라도 해수면에는 영향이 없지만, 남극의 경우 대륙 빙하이기 대문에 녹으면 약 7 m 정도의 해수면이 상승할 것으로 예측된다. 그럴 경우 각 대륙의 해안가를 따라 실제 물 속에 잠기는 면적은 약 3%에 불과하지만, 전 세계의 대도시들의 대부분이 해안가에 발달하고, 따라서 인류의 약 1/3이 해안 지역에 거주하는 것을 감안하면 그 재앙은 엄청난 것으로 문제의 심각성을 더하여 주고 있다.
생태계의 파괴
	온난화로 인한 기후대의 이동 속도가 식생(埴生)의 이동 속도 보다 훨씬 빠를 경우, 식생들은 기후에 적응하지 못하여 분포 지역이 축소·소멸될 우려가 있다. 특히 고산 식물의 대부분은 서서히 영역이 좁아져서, 멸종되고 말 것이다. 과학자들은 현재 산호가 전세계적으로 대량으로 죽어 가고 있는 현상이 지구 온난화의 첫 희생자가 아닌가 걱정하고 있다.

오존층 파괴
그림 16. 대기중에 방출된 프레온가스 속의 염소에 의해 오존이 분해되는 과정. 염소 원자 1개는 오존 분자 수만개를 분해한다.	성층권에 위치하는 오존층(ozone layer)은 태양으로부터 방출되는 파장이 매우 짧은 자외선 등의 유해파를 흡수하여 지구의 생명을 보호하여 주는 중요한 존재다. 오존층은 주로 성층권에 분포하고 있으며 지상 20~30 km에서 최대 농도가 되지만, 그래도 그 높이의 대기 전체에 비교하면 10만 분의 1을 차지하는 극히 미량이다. 그래서 해수면 상의 기압과 기온 하에서라면 고작 3 mm 두께의 층밖에 되지 않는다. 오존은 이와 같이 희박함에도 불구하고 성층권의 기온과 지구상의 생물에 큰 영향력을 지니고 있다. 그러나 이 오존층이 인공적으로 만든 화학 물질인 프레온 가스에 의하여 파괴되고 있다는 사실이 최근에 밝혀졌다. 앞서 열을 흡수하는 기체로서의 프레온 가스의 역할을 이야기하였지만, 실제 프레온은 온실 효과보다는 오존층 파괴의 주범으로 더욱 심각한 영향을 주고 있다. 우리들에게 프레온 가스로 널리 알려진 염화 불화 탄소(Chlorofluoro-carbons: CFCs)는 CFC-11과 CFC-12의 2종류로 우리 생활의 도처에서 매우 요긴하게 사용되고 있다. 프레온 가스는 냉장고나 에어컨의 냉매재, 단열재, 전기 제품의 정밀 부분 세척제, 쿠션의 발포제 등에서 우리는 프레온의 혜택을 받고 있다. 그러나 지상에서 사용된 프레온은 서서히 성층권까지 올라가 거기서 자외선에 의해 분해된다. 이때, 튀어나온 염소 원자에 의해 오존층이 파괴된다. 프레온 가스는 지상에서는 매우 안정된 물질이지만 성층권에서는 강한 자외선에 의해 분해되어 염소 원자를 낸다. 염소 원자는 오존과 반응하여 일산화염소와 산소 분자가 된다. 일산화염소는 곧 산소 원자와 반응하여 염소 원자와 산소 분자로 되돌아간다. 이처럼 오존을 파괴하는 반응이 반복하여 진행되기 때문에 염소 원자 1개가 있으면 오존 분자 수만 개가 차례로 분해된다(그림 16).
그림 17. 인공위성 님버스 7호가 포착한 남반구 오존양의 변화. NASA의 자료를 기초로 제작된 전체 오존량의 월평균치로서 청색부분이 오존량이 적은 부분이다. 남극 상공에 구멍이 뻥 뚫린 것처럼 극단적으로 오존이 감소하는 것을 알 수 있다.	남극 상공의 오존층이 극도로 줄고 있다는 사실은 인공위성 님버스(NIMBUS) 7호가 보내 온 화상을 보면 잘 알 수 있다. 1980년대에 들어서 남극에서 매년 봄에 오존의 감소 비율이 해마다 뚜렷해지기 시작하였으며, 그림에서와 같이 최근 들어 남극 상공에서 오존의 감소가 뚜렷이 나타난다(그림 17). 성층권의 오존층은 해로운 자외선을 차단함으로써 지구상의 생물들을 보호하는 중요한 방패 역할을 한다. 오존층이 얇은 적도에 가까운 지역일수록 자외선이 강하여 피부암의 발생률이 높아진다. 프레온 가스에 의해 오존층이 파괴되면 지표에 도달하는 자외선도 강해진다. 오존층의 파괴로 해로운 자외선이 지표에 직접 내려 쬐면 피부암 환자가 증가할 것이다. 오존이 1% 감소하면 피부암은 3% 증가하는 것으로 학자들은 밝히고 있다. 그렇게 되면 피부암 외에도 백내장 등의 햇빛과 관련된 질병에 걸리는 사람도 늘어날 것이다. 더 나아가 농작물이나 바다의 플랑크톤, 그리고 어류가 감소되어 생태계에도 큰 영향이 나타난다. 현대 생활에 긴요하게 사용되는 프레온은 성층권까지 올라간 후 거기서 분해되어 오존층을 파괴하고 지구에 중대한 영향을 미칠 염려가 있다고 미국의 화학자 롤랜드 박사 팀이 경고한 것은 지금부터 거의 20년전인 1974년이었다. 미국의 NASA가 작성한 ‘오존 트랜스 패널’(Ozone-trans Panel)의 보고서에서 남극의 오존홀 영역에서만 오존이 감소하는 것이 아니라, 지구 전체 성층권의 오존이 감소되고 있다고 했다. 이로서 프레온에 의한 오존층 파괴는 중요한 지구 환경의 문제로서 잡지나 신문 방송을 통해 일반인에게도 알려지게 되었다.

산성비(Acid Rain)
그림 18. 산성비의 피해를 대표적으로 보여주는 사례. 독일 중부의 울창한 침염수림(A: 1970년)이 산성비에 의해 막대한 피해를 입었다(B: 1985년).	체코슬로바키아와 독일 국경에 걸친 에르츠 산지는 동유럽의 알프스라 불릴 만큼 아름다운 경관을 과시하고 있었다. 그러나 지금은 산성비 때문에 메마른 산림이 몇십 km나 이어지는 볼품없는 산이 되고 말았다(그림 18). 지금 북반구의 선진 공업국은 예외 없이 산성비의 피해 지역이다. 서독에서는 전체 국토의 1/3을 차지하는 산림 중에서 산성비에 의한 피해 면적이 55%나 된다. 네덜란드에서는 전체 산림 면적의 40%, 스위스 33%, 프랑스 20%가 산성비의 피해를 입었다고 보고되었다(그림 19). 일본에서도 산성도가 상당히 높은 산성비가 내리고 있다. 간토 지방의 잡목 고사나 세토의 소나무 고사는 산성비로 인한 피해로 보는 지적도 있다. 모델에 따른 예측에 의하면 진키 지방에서 서남 일본의 평야 부지역 널리 분포하는, 산성비에 약한 적황색 토양에서는 40년 후에는 피해가 현저하게 될 것이라고 예측한다. 동아시아 지역도 공업화에 따라 산성비의 피해가 염려되며, 우리 나라도 서울, 부산 등 대도시 지역과 울산, 창원, 구미 등의 공업 도시를 중심으로 서서히 산성비의 피해가 나타난다. 유럽에서는 ‘초록색 흑사병’으로 중국에서는 ‘공중 사신(空中死神)’등으로 불리는 산성비의 피해는 세계 각지로 퍼지고 있다. 산성비는 삼림을 말라죽게 하고 호소(湖沼)의 생물을 죽게 할뿐만 아니라, 아테네의 파르테논 신전, 인도의 타지마할 등의 고대 유적지를 포함한 모든 토목, 건축물을 부식시키는 등 치명적인 피해를 주고 있다. <<- 그림 19. 산성비의 pH 범위(상)와 지난 30년간(1960년부터 1980년까지)의 유럽에서 산성비로 인한 피해 지역의 변화(하)
그림 20. 산성비의 발생 과정과 피해를 도식적으로 보여주고 있다.	석탄, 석유, 천연 가스등의 화석 연료의 사용으로 대량의 황산화물이나 질산화물이 대기 중으로 방출된다. 그들은 대기를 떠돌아다니는 동안에 황산물이나 질산물로 된다. 이들이 빗방울의 핵이 되거나, 또는 떨어지는 동안에 흡수되어 강한 산성비를 내리게 한다(그림 20). 구름을 구성하는 미소한 물방울에 산성 물질이 흡수되어 생기는 산성 안개도 커다란 문제가 되고 있다. 토양이나 호소가 산성화되면 생물에 유해한 알루미늄 등이 녹아 나오고, 칼슘 등의 영양류는 녹아서 물과 함께 흘러가고 만다. 수목에 미치는 산성비의 영향은 식물체에 대한 직접적 영향과 토양을 산성화시켜 토양 비옥도를 저하시킴과 동시에 식물에 유해한 수용성(水溶性) 알류미늄을 토양에 녹여 내어 식물의 생육에 간접적 영향을 준다. 실험 결과에 따르면 pH 3 전후인 산성비는 직접적인 영향을 식물에 미치고 생육을 억제한다. 실제로 내리고 있는 pH 4~5인 산성비는 단 시간 노출된 것만으로 식물에 해로운 영향은 쉽게 나타나지 않지만, 장시간 계속되면 토양을 산성화시켜 수목의 성장을 저해한다. 토양은 산성비에 대해 어느 정도까지는 저항하여 산성화를 막고 있다. 그러나 산성 물질의 축적이 어느 한계를 넘어서면 더 이상 식물이 자라지 못하는 토양이 되고 만다. 이것을 방지하기 위한 대책을 세워야 한다. 구체적인 방지책은 산성비의 원인인 대기 오염 가스의 배출을 억제하고, 토양에 석회석을 살포하여 토양의 산성화를 지연시키며, 산림을 구성하는 나무의 종류를 산성비에 강한 품종으로 바꾸어 심는 일 등이다.

사막화 현상
그림 21. 사막화의 위험도. 현재 사막인 곳의 바깥쪽에서 사막화의 위험도가 높은 지역이 집중적으로 분포하고 있다.	현재 지구 육지의 약 1/3이 건조 또는 반건조 지역이다. 사막화가 문제로 되고 있는 곳은 사막의 주변에 분포하는 반건조 지역인데, 여기에 관목이 드문드문 자라는 초원이 펼쳐져 있다. 사막화란 위와 같은 지역에서 일어나는 것으로, 그 토지가 가지는 생물 생산 능력의 감퇴 또는 중단을 의미하는데, 종국적으로 사막과 같은 상태를 초래하는 일이다. 최근에 사막화되어 나가는 면적은 해마다 600만ha 비율로 계속되는데, 이에 따른 피해 농촌 인구는 해마다 약 천7백만 명이나 발생한다(그림 21). 세계 최대 사막화 지역은 사하라 사막 주변에서 아라비아 반도를 거쳐 중앙 아시아로 이어지는 곳이다. 그래서 지금 아프리카의 많은 나라들이 기아에 허덕이고 있으며 물과 식량을 찾아 이동하고 있다. 사막화는 반건조 지역 중에서도 마을이나 도로를 중심으로 그 바깥쪽으로 퍼져 가는 경향이 있다. 그것은 과방목, 과경작, 땔감용 수목의 벌채 등 인위적 식생 파괴가 원인인 것으로 생각된다. 더욱 더 불행한 것은 일단 사막화가 시작되면 대개가 복구가 불가능할 정도로 사막화가 가속화된다는 사실이다. 일단 식생(埴生)이 상실되면 바람이나 물에 토양이 쉽게 침식당하게 되어, 영양분이나 수분을 공급할 토양이 유실된다. 이와 같은 토양은 식물들이 자라지 못하고 사막화는 더욱 가속화되고 만다. 따라서 사막화의 방지책은 식생의 회복이 가능한 초기에 빨리 세워야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 사막은 인위적 요인 외에 기후적 요인이 있다. 기후적 요인으로는 지구 온난화 현상으로 빙하가 녹아 해수면이 상승하고, 그 결과 기후대의 이동이다. 사하라 사막의 경우, 1980년대 금세기 최악의 큰 가뭄이 이 지역의 사막화 작용을 가속시켰다. 현재로서는 어느 요인이 주된 원인인가는 정확하게 밝혀져 있지 않다. 기상학적으로는 사막화 현상을 다음과 같이 설명한다. 적은 비, 또는 인위적 식생 파괴로 일단 사막화가 시작되면 태양 에너지의 흡수량이 줄어들기 때문에 하강 기류가 우세하게 되어 비를 줄이고, 더욱 사막화가 진행된다. 이를 ‘포지티브 피드백 메커니즘’(positive feedback mechanism)이라 한다. 사막화 현상을 방지하기 위하여 유엔 환경 계획(UNEP)와 민간 단체에서 1970년 이후 계속 노력하고 있다. 사하라 사막의 남쪽 끝의 사휄 지방은, 사막화가 가장 심각한 상태에 있는 지역의 하나이다. 민간 기업이 주체가 되어 이 지역에 사막화를 저지하고 녹화하려는 ‘사휄 그린벨트 계획’이나, 이집트에서 일본 사단법인 사막 개발 협회가 건조 지대에서의 보수제(保水劑)를 이용하여 식생 재배를 시도하는 ‘그린어스 계획’(Green Earth Project) 등은 사막화 방지를 위한 녹화 계획의 한 예다. 사막화 과정은 대기, 식생, 물, 지형 등의 지표 부근의 다양한 형상과 관계되기 때문에, 더욱 관련되는 여러 과학에 의한 입체적 접근이 필요하다. 더 나아가 위성 자료와 항공 사진 판독 등의 정확한 자료를 입력한 기후 모델에 따라 사막화 지역을 최소화 할 수 있는 연구도 필요하다.

열대림과 야생 동물의 감소
그림 22. 동아프리카 모잠비크의 화전에 의해 피어오르는 연기. 삼림을 태워 농지를 확장하고 있다.	주로 중남미, 아프리카, 동남아시아에 분포하는 열대림은 지구 삼림 총면적의 44%를 차지하고 있다. 이들은, 지구 규모의 환경 보전 조절 기능을 지니면서, 전세계 생물 종의 반 이상이 서식하는 생물 종의 보고임과 동시에 온난화의 원인이 되는 이산화탄소의 흡수원으로서도 그 역할이 크다. FAO(유엔 식량 농업 기구)의 조사 결과에 의하면 전세계의 열대림은 1980년 이후 5년간에 연평균 1,130만ha 씩 감소해 왔다. 1980년 미국에서 발간된 '서기 2000년의 지구'에서는 금세기말까지 연간 1,800~2,000만 ha씩 세계의 삼림이 감소할 것으로 예측하고 있다. 열대림의 감소와 악화의 원인으로는 열대 지역의 인구 증가, 과다한 화전 이동 경작, 과도한 방목, 화재, 선진국에 의한 상업용 벌채 등의 요인이 복잡하게 얽혀 있지만, 그 중에서도 가장 큰 원인은 화전 이동 경작으로 특히 남미, 아프리카 및 동남아시아 등에서 심각한 실정이다(그림 22).
그림 23. 멸종 위기에 처한 바다사자(위)와 노랑부리백로(아래).	열대림 감소로 인한 영향과 피해로는 탈취적인 경작이 계속됨에 따라 토양 비옥도의 저하, 홍수 의 발생, 생물 종의 감소, 기후 완화 능력의 저하 외에도 이산화탄소 방출량의 증가에 따른 온난화의 가속화 등이다. 삼림 파괴에 의한 이산화탄소 배출량은 화석 연료의 연소에 의한 배출량의 30-50%에 달하는 것으로 알려지고 있다. 또한 삼림 파괴에 대한 이산화탄소 배출량은 탄소를 기준으로 10~26억톤에 달하며, 이 중 90%가 열대림에서 방출된다. 열대림 문제는 개발도상국의 빈곤, 인구 증가가 삼림 파괴의 배경이 되기 때문에 개발도상국의 입장에서는 지속 가능한 열대림 관리 시스템을 조기에 확립하는 것이 필요한데, ITTO(국제 열대 목재 기구)를 중심으로 열대 목재 무역의 안정적 확대와 생산국과 소비국의 협력에 의한 삼림의 보전 개발이 지향되고 있다. 또한 야생 동물에 있어서도, 열대림 감소 등의 생육 환경의 악화와 남획 등의 인간 활동에 따라 멸종의 속도가 빨라지고 있다. 아래 표 1에서 보는 바와 같이 열대림 등에 의한 지구 환경의 파괴로 인하여 2000년까지 300~1,000만종의 동식물이 멸종될 것으로 예상되고 있는데(그림 23), 이는 전 생물 종의 15%에 달하는 막대한 숫자이다.

구 분	1990년의 생물종수(만종)	2000년의 소멸률(%)
계	3,000~10,000	15
열대림 라틴아메리카 아프리카 아시아	300~1,000 150~500 300~1,000	33 13 43
비열대림 해양, 하천, 섬 등	2,250~7,500	8