맨위로가기

온실 효과

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

온실 효과는 온실과 유사하게 태양열을 가두는 현상을 비유적으로 표현한 용어이다. 조제프 푸리에가 1824년 처음 제안했으며, 이후 유니스 뉴턴 푸트와 존 틴달 등의 연구를 통해 이산화탄소와 수증기가 열을 흡수하는 능력이 밝혀졌다. 온실 효과는 지구 표면의 온도를 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 온실 기체 증가로 인한 강화된 온실 효과는 지구 온난화를 일으키는 주요 원인으로 작용한다. 지구 외에도 금성, 화성, 타이탄 등 다른 천체에서도 온실 효과가 나타난다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 대기 방사 - 태양 복사조도
  • 대기 방사 - 폐열
    폐열은 에너지 변환 과정에서 발생하는 활용 가치가 낮은 열에너지로, 다양한 분야에서 발생하며 환경 문제의 원인이 되기도 하지만, 재활용을 통해 에너지 효율을 높이는 데 활용될 수 있다.
  • 기후인자 - 도시 열섬
    도시 열섬 현상은 도시의 토지 이용, 건축 환경, 건축 자재, 녹지 부족 등으로 인해 도시 지역의 기온이 주변 농촌보다 상대적으로 높게 나타나는 현상으로, 에너지 소비 증가, 대기 오염 심화, 인간 건강 악화 등의 영향을 미쳐 쿨 루프, 녹지 조성 등 다양한 방법으로 완화되고 있다.
  • 기후인자 - 폐열
    폐열은 에너지 변환 과정에서 발생하는 활용 가치가 낮은 열에너지로, 다양한 분야에서 발생하며 환경 문제의 원인이 되기도 하지만, 재활용을 통해 에너지 효율을 높이는 데 활용될 수 있다.
  • 기후 변화 - 기후변화
    기후변화는 자연적 요인과 인간 활동으로 지구 기후 시스템이 점진적으로 변화하는 현상으로, 산업 혁명 이후 온실 기체 농도 증가로 지구 평균 기온이 지속적으로 상승하며 해수면 상승, 극한 기상 현상 증가 등 심각한 영향을 초래한다.
  • 기후 변화 - 기후변화 적응
    기후변화 적응은 인간과 자연 시스템이 기후 변화와 영향에 적응하여 피해를 줄이고 기회를 활용하는 과정으로, 삶, 생계, 경제 등 다양한 범주에 대한 영향 분석을 통해 재난 위험 경감과 지속 가능한 발전을 추구하며 정책적으로도 중요한 주제이다.
온실 효과
지구 온난화 현상
기본 정보
정의행성 표면에서 방출된 에너지가 대기를 통과하면서 일부는 흡수되어 다시 표면으로 되돌아오는 현상. 이로 인해 행성 표면 온도가 상승함.
설명태양 복사 에너지는 지구 대기를 통과하여 표면을 가열하고, 따뜻해진 표면은 적외선 형태로 에너지를 방출함. 이 적외선은 대기 중의 온실 기체에 의해 일부 흡수되어 대기가 데워지고, 이 열이 다시 지구 표면으로 방출되어 지구 표면 온도를 높이는 현상.
평균 온도지구 표면 평균 온도: 14 °C
온실 효과가 없을 경우 예상되는 지구 표면 평균 온도: −18 °C
온도 증가량산업 혁명 이후 지구 평균 온도 증가: 1.2 °C
2010년대 지구 평균 온도 증가: 0.18 °C/10년
온실 효과 기여도수증기: 36%–70%
이산화탄소: 9%–26%
메탄: 4%–9%
오존: 3%–7%
역사
발견조제프 푸리에 (1824년)
실험유니스 푸트 (1856년)
용어 사용닐스 에콜름 (1901년)
작동 원리
에너지 균형지구는 태양으로부터 에너지를 흡수하고, 다시 우주로 방출한다. 이 과정에서 지구의 에너지 균형이 이루어짐.
지구 복사지구 표면은 태양 에너지의 일부를 흡수하고, 나머지는 적외선 형태로 방출한다.
대기 흡수온실 기체는 지구에서 방출되는 적외선 에너지를 흡수하여 대기를 따뜻하게 만들고, 일부 열을 다시 지구 표면으로 방출한다.
온도 상승온실 기체로 인해 지구 표면으로 다시 방출되는 에너지가 증가하면 지구 표면 온도가 상승한다.
온실 기체
주요 온실 기체수증기
이산화탄소
메탄
아산화 질소
오존
인위적 온실 기체이산화탄소
메탄
아산화 질소
이산화탄소 농도 증가산업 혁명 이후 대기 중 이산화탄소 농도가 크게 증가함.
추가 효과인위적인 온실 기체 증가는 지구 온난화를 가속화시킴.
지구 온난화
주요 원인인간 활동에 의한 온실 기체 배출 증가.
영향지구 평균 온도 상승
극지방 빙하 감소
해수면 상승
기후 변화
생태계 변화
대응 노력온실 기체 감축
재생 에너지 사용 확대
탄소 포집 기술 개발
추가 정보
태양 복사태양에서 오는 에너지는 매우 많음
대기권에서 많은 부분이 반사되거나 흡수됨
지구 에너지 균형
지구 에너지 균형
참고 자료
관련 링크기상청 - 온실효과란 무엇인가
국립환경연구소 - 알아두면 좋은 지구온난화

2. 용어

'온실 효과'라는 용어는 온실과 관련이 있다. 온실과 온실 효과는 모두 태양열을 유지하는 방식으로 작동하지만, 열을 유지하는 방식은 다르다. 온실은 주로 대류(공기의 이동)를 차단하여 열을 유지한다.[15][16] 반면에 온실 효과는 공기를 통한 복사 전달을 제한하고 우주로 방출되는 열복사의 비율을 줄임으로써 열을 유지한다.

온도가 비닐하우스(온실) 내부처럼 상승하기 때문에 이러한 이름이 붙었다. 하지만 비닐하우스는 지표면이 태양 복사를 흡수하여 온도가 상승하고, 거기서부터 열전도에 의해 데워진 공기의 대류·확산이 비닐 덮개에 의해 방해되어 온도가 상승하기 때문에, 대기권에 의한 온실 효과와는 원리가 다르다. 온실 효과는 온실과 마찬가지로 열에너지가 외부로 확산되기 어렵게(내부에 축적되기 쉽게) 되어, 원리는 다르지만 결과적으로 온실과 비슷한 효과를 미치기 때문에 붙여진 이름이다.

3. 온실 효과의 발견과 연구

조제프 푸리에는 1824년에 온실 효과의 존재를 처음으로 제안했다.[9] 1856년 유니스 뉴턴 푸트는 이산화탄소가 있는 공기가 건조한 공기보다 태양열을 더 많이 흡수하여 온도를 높인다는 것을 실험으로 증명했다. 그녀는 "...그 기체의 대기는 우리 지구에 높은 온도를 줄 것이다..."라고 결론지었다.[10][11] --

1859년, 존 틴달은 여러 기체와 수증기의 적외선 흡수 및 방출을 측정하는 실험을 통해 온실 효과가 대기의 작은 구성 성분, 특히 수증기, 탄화수소, 이산화탄소에 의해 발생한다는 것을 밝혔다.[18] 1896년 스반테 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 두 배로 증가하면 지구 온난화가 일어날 수 있다는 것을 정량적으로 예측했다. 1901년 닐스 구스타프 에크홀름은 이 현상에 "온실"이라는 용어를 처음 사용했다.[12][13]

4. 온실 효과의 원리

온실 효과는 지구 표면 온도가 대기가 없을 때보다 높아지는 현상이다. 대기가 없을 경우 지구의 온도는 태양으로부터 받는 광에너지(태양복사)와 같은 흑체복사온도가 된다. 태양복사로 계산되는 지구의 흑체복사온도는 약 -20℃로, 현재 지구 평균 기온인 약 15℃보다 훨씬 낮다. 이 차이는 대기의 보온 효과로 인해 열이 대기 중에 머물러 발생한다.[98]

물체는 열을 가지고 있으며, 온도에 따라 전자기파를 방출한다(열복사). 온도가 높을수록 방출되는 전자기파 양이 증가하고, 가장 강한 방사가 되는 파장이 짧아진다(빈의 변위 법칙). 물질마다 흡수하기 쉬운 전자기파 파장(흡수 특성)이 있으며, 방출된 전자기파는 흡수 특성을 가진 물질에 흡수되어 열진동으로 변하여 물질을 따뜻하게 한다.[98]

온실 효과와 관련된 방사는 전자기파 중 빛으로 인식되는 영역 부근이다. 빛은 파장에 따라 자외선 영역, 가시광선 영역, 적외선 영역으로 분류된다.[98]

태양 방사(태양광)는 파장 0.5µm 부근(가시광선)에서 가장 강하며, 지구와 대기로부터의 방사는 파장 8~12µm 부근(적외선)에서 가장 강하다. 오존은 근자외선, 질소와 산소는 원자외선·진공 자외선을 흡수하여 태양으로부터 지표에 도달하기 전에 흡수된다. 수증기와 이산화탄소 등은 적외선을 흡수한다. 가시광선은 대부분 대기를 투과하여 지표에 도달하고 지표를 따뜻하게 한다.[98]

태양 방사는 자외선은 오존, 질소, 산소에 흡수되고, 가시광선은 지표에 흡수된다. 흡수된 전자기파는 열이 되고, 다시 전자기파로 방출되지만, 대기와 지표 모두 태양보다 온도가 낮아 적외선 부근 파장이 가장 강한 방사가 된다. 방출된 적외선은 수증기와 이산화탄소 등에 흡수되어 다시 적외선으로 방출된다.[98]

대기와 우주 사이에는 열이 열복사로만 전달되지만, 대기와 지표 사이에는 열복사, 열전도, 열전달 세 가지 방식으로 열이 전달된다. 지표에서 대기로의 열전도·열전달로 지표와 대기 온도차가 작아져 대기에서 지표로의 방사도 증가하고, 증가한 방사로 따뜻해진 지표는 다시 대기로 열을 보내는 것을 반복한다.

이러한 과정이 반복되면서 지표와 대기가 따뜻해짐에 따라 우주로 방출되는 전자기파 양도 증가한다. 이 우주를 향한 방사(외향 방사)는 지구로 돌아오지 않아, 이 양이 증가할수록 지구를 식힌다. 우주로 직접 반사되는 것을 제외한 지구에 대한 태양 방사와 외향 방사가 일치할 때까지 지표·대기 간 열 순환이 계속 증가하고 온실 효과는 강해진다. 방사가 일치하면 온실 효과가 안정되고 지구 온도가 일정하게 유지된다.[98]

행성 등의 열 수지가 균형을 이루는 온도를 유효 온도라고 하며, 태양 광도, 행성 알베도, 태양까지 거리에 따라 계산된다. 지구의 유효 온도는 255K(-18℃)로 계산되지만, 실제 평균 온도는 288K(15℃)이다. 이 차이의 큰 이유는 수증기와 이산화탄소에 의한 온실 효과 때문이다.[98]

금성의 유효 온도는 -46℃로 계산되지만, 실제 온도는 460℃이다. 이는 95기압의 이산화탄소에 의한 온실 효과 때문이다. 화성은 유효 온도 -56℃, 실제 온도 -53℃로 거의 같다. 화성 대기 주성분은 이산화탄소이지만 0.006기압으로 낮아 온실 효과도 약하다. 온실 효과 크기를 정확히 파악하려면 이산화탄소 외 수증기 등 강력한 온실 효과를 가진 가스도 고려해야 한다.[98]

4. 1. 복사와 흡수

물질은 온도의 4제곱에 정비례하여 열복사를 방출한다. 지구 표면에서 방출되는 복사열의 일부는 온실 가스와 구름에 흡수된다. 이러한 흡수가 없다면 지구 표면의 평균 온도는 가 되겠지만, 일부 복사열이 흡수되기 때문에 지구의 평균 지표면 온도는 약 이다. 따라서 지구의 온실 효과는 의 ''온도 변화''로 측정될 수 있다.[14]

열복사는 제곱미터당 와트(W/m²) 단위로 측정되는 에너지량으로 특징지어진다. 현재 장파장 복사는 평균적으로 제곱미터당 398W의 비율로 지표면을 떠나지만, 우주에 도달하는 것은 제곱미터당 239W에 불과하다. 따라서 지구의 온실 효과는 제곱미터당 159W의 ''에너지 흐름 변화''로도 측정할 수 있다.[59]

온도가 높은 물질은 파장이 짧은 복사를 방출한다. 따라서 태양은 태양광으로 단파 복사를 방출하는 반면, 지구와 대기는 장파 복사를 방출한다. 태양광에는 자외선, 가시광선, 근적외선 복사가 포함된다.[14]

태양광은 지구와 대기에서 반사되고 흡수된다. 대기와 구름은 약 23%를 반사하고 23%를 흡수한다. 지표면은 7%를 반사하고 48%를 흡수한다.[8] 전반적으로 지구는 들어오는 태양광의 약 30%를 반사하고,[33][34] 나머지(240W/m2)를 흡수한다.[59]

온실 효과는 나가는 장파 복사의 플럭스 감소로, 지구의 복사 평형에 영향을 미친다. 나가는 복사의 스펙트럼은 다양한 온실 가스의 효과를 보여준다.


지구와 대기는 장파 복사, 즉 열 적외선 또는 지구 복사를 방출한다.[14] 나가는 장파 복사(OLR)는 지구와 대기에서 방출되어 대기를 통과하여 우주로 나가는 복사이다.

온실 효과는 지구의 나가는 장파 복사를 주파수(또는 파장)의 함수로 나타낸 그래프에서 직접 확인할 수 있다. 지구 표면에서 방출되는 장파 복사 곡선과 나가는 장파 복사 곡선 사이의 영역은 온실 효과의 크기를 나타낸다.[19]

다양한 물질이 서로 다른 주파수에서 우주에 도달하는 복사 에너지를 감소시키는 역할을 하며, 어떤 주파수에서는 여러 물질이 함께 작용한다.[35] 이산화탄소는 약 667 cm−1(15마이크로미터 파장에 해당)에서 나가는 복사량 감소(그리고 온실 효과 증가)에 대한 책임이 있는 것으로 이해된다.[36]

온실 가스가 있는 대기의 각 층은 아래층에서 위로 방출되는 장파 복사의 일부를 흡수한다. 또한 흡수한 양과 평형을 이루도록 모든 방향(위쪽과 아래쪽)으로 장파 복사를 방출한다. 이로 인해 복사열 손실이 줄어들고 아래쪽이 더 따뜻해진다. 가스 농도가 증가하면 흡수와 방출량이 증가하여 표면과 아래층에 더 많은 열이 보유된다.[2]

지구의 표면 온도는 대기가 존재하지 않는 경우, 태양으로부터 받는 광에너지(태양복사)와 같은 흑체복사온도가 된다고 생각된다. 태양복사로부터 계산되는 지구의 흑체복사온도는 약 -20℃이며, 현재 지구의 평균기온인 약 15℃보다 훨씬 낮은 온도이다. 이 차이는 대기의 보온 효과에 의해 열이 대기 중에 머무르는 것에 의해 생긴다고 생각된다.

물체는 각각 열을 가지고 있으며, 그 온도에 따라 전자기파를 방출한다(열복사). 물체의 온도가 높을수록 방출되는 전자기파의 양이 증가하고, 가장 강한 방사가 되는 파장이 짧아진다(빈의 변위 법칙). 또한, 물질에는 각각 흡수하기 쉬운 전자기파의 파장(흡수 특성)이 있으며, 방출된 전자기파는 흡수 특성을 가진 물질에 흡수되어 그 물질의 열진동으로 변하여 물질을 따뜻하게 한다.

태양으로부터의 방사(태양광)는 파장 0.5µm 부근(가시광선)에서 가장 강하며, 이보다 파장이 길거나 짧아질수록 약해진다. 한편, 지구와 대기로부터의 방사는 파장 8~12µm 부근(적외선)에서 가장 강하며, 이보다 파장이 길거나 짧아질수록 약해진다. 대기를 구성하는 물질 중 오존은 근자외선, 질소와 산소는 원자외선·진공 자외선을 흡수하기 때문에, 이들은 태양으로부터 지표에 도달하기 전에 흡수된다. 또한, 수증기와 이산화탄소 등은 적외선을 흡수한다. 한편, 가시광선을 흡수하는 기체는 적기 때문에, 가시광선의 대부분은 대기를 투과하여 지표에 도달하고 지표를 따뜻하게 한다.

태양 방사는 1차 방사된 후, 자외선은 오존, 질소, 산소에 흡수되고, 가시광선은 지표에 흡수된다. 흡수된 전자기파는 열이 되고, 열은 머지않아 전자기파로 다시 방출되지만, 대기와 지표 모두 태양에 비해 온도가 낮기 때문에, 그 방사는 적외선 부근의 파장이 가장 강한 방사가 된다. 방출된 적외선은 흡수 특성을 가진 수증기와 이산화탄소 등에 흡수되어 다시 적외선으로 방출된다.

대기와 우주 사이에서는 열은 열복사로만 전달되는 반면, 대기와 지표 사이에서는 열에는 열복사, 열전도, 열전달이라는 세 가지 운반 패턴이 있다. 따라서, 지표에서 대기로의 열전도·열전달에 의해 지표와 대기의 온도차가 작아짐으로써 대기에서 지표로의 방사도 증가하고, 증가한 방사로 따뜻해진 지표는 다시 대기로 열을 보내는 것을 반복한다.

4. 2. 단열 감률

대기의 아랫부분인 대류권에서는 고도가 높아짐에 따라 기온이 감소한다. 고도에 따른 온도 변화율을 ''단열감률''이라고 한다.[46]

지구에서는 평균적으로 고도 1km당 약 6.5°C(1,000ft당 약 약 -15.8°C)씩 기온이 감소하지만, 이는 지역에 따라 다르다.[46]

온도 감률은 대류에 의해 발생한다. 지표면에 의해 데워진 공기는 상승한다. 공기가 상승함에 따라 팽창하여 냉각된다. 동시에 다른 공기는 하강하여 압축되고 가열된다. 이 과정은 대기 내에 수직 온도 구배를 만든다.[46]

이 수직 온도 구배는 온실 효과에 필수적이다. 만약 단열감률이 0이라면 (즉, 대기 온도가 고도에 따라 변하지 않고 지표 온도와 같다면) 온실 효과는 없을 것이다(즉, 온실 효과 값은 0이 될 것이다).[47]

4. 3. 유효 방출 고도

온실 기체는 지구 표면 근처의 대기를 장파 복사에 대해 거의 불투명하게 만든다. 하지만 고도가 높아질수록 대기가 희박해지고, 수증기가 적어지며, 흡수선의 압력 확장이 감소하여 기체 분자가 흡수할 수 있는 파장이 제한되면서 장파 복사가 우주로 빠져나갈 수 있게 된다.[48][54]

주어진 파장의 복사는 ''유효 방출 고도''를 가지는데, 이는 복사층 내 고도의 가중 평균이다. 유효 방출 온도와 고도는 파장(또는 주파수)에 따라 달라진다.[49]

간단하게 생각하면, 모든 나가는 장파 복사가 행성 복사에 대한 전반적인 유효 온도 T_\mathrm{eff}와 같은 기온의 고도에서 방출된다고 간주할 수 있다.[73] 이 고도를 '유효 복사 고도'(ERL)라고 부르기도 한다. 이산화탄소 농도가 증가하면, 같은 질량의 이산화탄소를 그 고도 이상으로 유지하기 위해 ERL이 상승해야 한다.[74]

지구의 전반적인 등가 방출 고도는 10년당 23m씩 증가하고 있으며, 이는 1979년부터 2011년까지 10년당 0.12°C의 지구 평균 지표면 온도 상승과 일치한다.[73]

5. 대기 중 적외선 흡수 성분

지구 온실 효과는 대기 중의 여러 성분들이 지구 표면에서 방출되는 적외선을 흡수하여 발생한다. 이러한 성분에는 온실 기체 외에도 구름, 에어로졸 등이 있다.[14]

구름은 기체는 아니지만, 적외선 복사를 흡수하고 방출하여 대기의 방사성 특성에 영향을 미친다.[105] 액체 상태인 구름은 지구 복사열을 가두는 역할을 한다.

에어로졸 역시 지구 복사를 흡수한다.[14] 에어로졸에 대한 자세한 내용은 미세먼지 문서를 참고하면 된다.

5. 1. 온실 기체

온실 기체는 장파 복사를 흡수하고 방출하여 지구 온실 효과에 기여하는 기체이다. 주요 온실 기체와 그 기여도는 다음과 같다:[104][105]

기체기여도
수증기72%
이산화탄소9%
메테인4%
오존3%



수증기는 대기 중에 매우 많고 흡수 가능한 열량도 크지만, 구름을 형성해 햇빛을 반사하기도 하므로 실제 온실 효과에 미치는 영향은 정확히 알기 어렵다. 또한 현재로서는 대기 중 수증기량을 인위적으로 조절할 수 없다.

이산화탄소는 산업 혁명 이후 화석 연료 사용 증가로 그 양이 크게 늘었다. 1750년 산업혁명 시작 이후 31% 증가하여 2003년에는 376ppm을 기록했는데, 이는 남극 빙하 속 이산화탄소 농도로 측정한 과거 65만 년 동안 가장 높은 수치이다.

메테인은 화석연료 연소, 비료, 논, 쓰레기 더미, 초식동물 소화 과정 등에서 발생한다. 인구 증가와 식량 생산 증가는 대기 중 메테인 농도 증가의 주요 원인으로 꼽힌다.

구름은 기체는 아니지만, 적외선 복사를 흡수하고 방출하여 지구 온실 효과에 영향을 준다.[105]

5. 1. 1. 이산화탄소 (CO₂)

산업 혁명 이후 화석 연료 사용이 늘어나면서 대기 중 이산화탄소 농도는 급격히 증가했다. 1750년 산업 혁명 시작 이후 31% 증가하여 2003년에는 376ppm에 도달했는데, 이는 남극 빙하 속 이산화탄소 농도를 통해 측정한 지난 65만 년 동안 가장 높은 수치이다.[17]

대기 중 CO2 농도의 킬링 곡선.


마우나로아 천문대의 측정에 따르면, 대기 중 이산화탄소 농도는 1960년 약 313ppm에서[26] 2013년 400ppm을 넘어섰다.[27] 현재 관측되는 이산화탄소 농도는 빙핵 자료에서 나타난 과거 최대치(약 300ppm)를 초과한다.[28] 지난 80만 년 동안[29] 빙핵 데이터에 따르면 이산화탄소 농도는 180ppm에서 산업화 이전 수준인 270ppm 사이에서 변화했다.[30] 고기후학자들은 이 기간 동안 이산화탄소 농도 변화가 기후 변화의 주요 요인이라고 본다.[31][32]

이산화탄소는 온실 효과에 큰 영향을 미친다. 존 틴달은 1859년부터 다양한 기체의 적외선 흡수 및 방출을 측정하여 이산화탄소가 온실 효과에 상당한 영향을 미친다는 것을 밝혔다.[18] 1896년 스반테 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 두 배로 증가하면 지구 온난화가 일어날 것이라고 예측했다.

5. 1. 2. 메테인 (CH₄)

메테인(CH₄)은 이산화탄소보다 단위량당 온실 효과가 더 크지만, 대기 중 농도는 상대적으로 낮다.[102] 메테인은 주로 습지, 논, 가축의 소화 과정 등에서 발생하며, 현재 연간 2억 5천만 톤이 대기 중으로 배출된다.[100] 화석연료를 태울 때에도 발생하지만, 비료 사용, 쓰레기 매립, 초식동물의 호흡 등 다양한 원인으로 인해 발생한다. 인구 증가와 식량 생산 확대는 대기 중 메테인 농도 증가의 주요 원인으로 여겨진다. 툰드라 지역의 토양 온도 상승과 해저 메테인 가스 방출 역시 메테인 농도 증가에 영향을 줄 수 있다는 가설이 제기되고 있다. 소의 트림에 포함된 메탄이 온실 효과를 유발한다는 사실이 화제가 되기도 했다.

5. 1. 3. 수증기 (H₂O)

수증기는 대기 중에 매우 많은 양이 존재하며, 흡수할 수 있는 열량 역시 이산화탄소나 메테인보다 훨씬 크다. 그러나 수증기는 구름을 형성하여 햇빛을 반사하기도 하므로, 수증기가 온실 효과에 미치는 영향을 정확히 파악하기는 어렵다.[104][105] 또한 현재로서는 대기 중 수증기량을 인위적으로 조절할 방법이 없다.

단위량당 전자파 흡수율(온실 효과 계수)을 기준으로 보면, 수증기는 이산화탄소나 메탄보다 높고, 대기 중 농도를 고려하면 매우 큰 온실 효과를 갖는다. 하지만 수증기는 이산화탄소나 메탄에 비해 순환 주기가 매우 짧아 대기 중에 머무는 평균 기간(수명)이 10일 정도로 짧다. 또한 온실 효과로 얻은 열을 상태 변화를 통해 저장하거나 대류를 통해 우주로 방출하는 등 냉각 효과가 강해, 종합적으로 볼 때 수증기의 온실 효과 강도는 작다.

수증기는 대량으로 증가하거나 감소하더라도 증발이나 강수 등 자연적인 작용에 의해 곧 원래 상태로 돌아가기 때문에, 인위적으로 대량의 수증기를 직접 증가시키는 것은 불가능하다. 게다가 다른 온실 효과 가스의 증감으로 기온이 오르내리면 수증기량은 거의 그에 맞춰 증감한다(다만, 기온의 상승이나 하락이 너무 크면 반대로 기온 변화를 억제하는 작용을 하기도 하지만, 기본적으로는 앞서 말한 바와 같다). 이러한 과학적 사실 때문에 수증기는 “방사강제력에 대한 피드백 기작으로만 작용한다”고 여겨지며, 인위적인 온실 효과 가스 배출이나 “지구온난화대책의 추진에 관한 법률 시행령” 등에서 규정하는 온실 효과 가스에서는 제외된다. IPCC 보고서의 미래 예측에서도 수증기 증가의 영향은 인위적인 것으로 다루지 않는다.

5. 2. 구름

구름은 햇빛을 반사하여 지구를 냉각시키는 효과와 장파 복사를 흡수하여 온난화시키는 효과를 동시에 가진다.[56] 얇은 권운은 순 온난화 효과를 가질 수 있다. 구름은 적외선을 흡수하고 방출하여 대기의 복사 특성에 영향을 미칠 수 있다.[57]

5. 3. 에어로졸

에어로졸은 햇빛을 산란시키거나 흡수하여 기후에 영향을 미치는 작은 입자이다.[14] 에어로졸은 지구 표면과 대기 중 다른 곳에서 방출되는 지구 복사를 흡수한다.[14]

자세한 내용은 미세먼지 문서를 참고하라.

6. 에너지 균형과 온도



행성의 온도는 들어오는 복사와 나가는 복사 사이의 균형에 따라 결정된다. 물질은 온도의 4제곱에 비례하여 열복사를 방출한다. 지구 표면에서 방출되는 복사열의 일부는 온실 가스와 구름에 흡수된다. 이러한 흡수가 없다면 지구 표면의 평균 온도는 -18°C가 되겠지만, 일부 복사열이 흡수되기 때문에 지구의 평균 지표면 온도는 약 15°C이다. 따라서 지구의 온실 효과는 33°C의 온도 변화로 측정될 수 있다.[14]

열복사는 제곱미터당 와트(W/m²) 단위로 측정되는 에너지량으로 나타낼 수 있다. 과학자들은 지구 표면을 떠나는 장파장 열복사량이 우주에 도달하는 양보다 얼마나 더 많은지를 기준으로 온실 효과를 측정하기도 한다.[59][60][35][19] 현재 장파장 복사는 평균적으로 제곱미터당 398W의 비율로 지표면을 떠나지만, 우주에 도달하는 것은 제곱미터당 239W에 불과하다. 따라서 지구의 온실 효과는 제곱미터당 159W의 에너지 흐름 변화로도 측정할 수 있으며,[59] 지구 표면을 떠나지만 우주에 도달하지 않는 장파장 열복사의 비율(0.40) 또는 백분율(40%)로 표현할 수도 있다.[59][60][61]

온실 효과는 행성 냉각 효율의 감소로 이해할 수 있다. 온실 효과는 표면에서 방출된 복사 플럭스의 비율에서 우주에 도달하지 않는 부분, 즉 40% 또는 159 W/m2로 정량화된다.


온실 효과를 온도 변화 또는 장파장 열복사의 변화로 표현하든 동일한 효과를 측정하는 것이다.[60] 지구와 대기는 장파 복사, 즉 열 적외선 또는 지구 복사를 방출한다.[14] 나가는 장파 복사(OLR)는 지구와 대기에서 방출되어 대기를 통과하여 우주로 나가는 복사이다. 온실 효과는 지구의 나가는 장파 복사를 주파수(또는 파장)의 함수로 나타낸 그래프에서 확인할 수 있다. 지구 표면에서 방출되는 장파 복사 곡선과 나가는 장파 복사 곡선 사이의 영역은 온실 효과의 크기를 나타낸다.[19]

이산화탄소는 약 667 cm−1(15마이크로미터 파장에 해당)에서 나가는 복사량 감소(그리고 온실 효과 증가)에 대한 책임이 있는 것으로 알려져 있다.[36] 온실 가스가 있는 대기의 각 층은 아래층에서 위로 방출되는 장파 복사의 일부를 흡수한다. 또한 흡수한 양과 평형을 이루도록 모든 방향(위쪽과 아래쪽)으로 장파 복사를 방출한다. 이로 인해 복사열 손실이 줄어들고 아래쪽이 더 따뜻해진다. 가스 농도가 증가하면 흡수와 방출량이 증가하여 표면과 아래층에 더 많은 열이 보유된다.[2]

IPCC 보고서에 따르면 온실 효과(G)는 159 W m⁻²로 나타나는데, 여기서 G는 지표면에서 방출되는 장파 복사 플럭스에서 우주에 도달하는 외향 장파 복사 플럭스를 뺀 값이다.

:G = SLR - OLR

:g̃ = G/SLR = 1 - OLR/SLR

정규화된 온실 효과(g̃)는 "지표면에서 방출되는 열복사량 중 우주에 도달하지 않는 비율"이며, IPCC 수치에 따르면 g̃ = 0.40이다.[59][60][61]

온실 효과가 온도 차이 ΔTGHE로 표현될 때, 이것은 지표면의 열복사 방출과 관련된 유효 온도에서 우주로의 방출과 관련된 유효 온도를 뺀 값을 나타낸다.

:ΔTGHE = Tsurface,eff - Teff

일반적으로 행성은 복사 평형 상태에 가깝게 유지되며, 유입되는 에너지와 방출되는 에너지의 비율이 잘 균형을 이룬다. 이러한 조건 하에서 행성의 평형 온도는 평균 태양 복사량과 행성 반사율(흡수되지 않고 우주로 다시 반사되는 태양광의 양)에 의해 결정된다.

6. 1. 유효 온도

행성에서 방출되는 외향 장파복사의 세기는 행성의 ''유효 온도''에 해당한다.[37][2] 유효 온도란, 균일한 온도로 복사하는 행성(즉, 흑체)이 같은 양의 에너지를 방출하기 위해 필요한 온도이다.

이 개념은 우주로 방출되는 장파복사량과 지표면에서 방출되는 장파복사량을 비교하는 데 사용될 수 있다.

  • ''우주로의 방출:'' 우주로의 장파복사 방출을 기준으로 지구의 전반적인 ''유효 온도''는 -18°C이다.[37][2]
  • ''지표면에서의 방출:'' 지표면의 열 방출을 기준으로 지구의 ''유효 지표면 온도''는 약 16°C이다.[59] 이는 지구의 전반적인 유효 온도보다 34°C 더 높다.


지구의 지표면 온도는 종종 평균 지표면 근처 기온으로 보고되며, 이는 약 15°C[4][38]이며, 유효 지표면 온도보다 약간 낮다. 이 값은 지구의 전반적인 유효 온도보다 33°C 더 높다.

주어진 양의 열복사를 방출하는 데 필요한 온도


주어진 열복사선속에는 연관된 '유효 복사 온도' 또는 '유효 온도'가 있다. 유효 온도는 그만큼의 열복사를 방출하기 위해 흑체(완벽한 흡수체/방출체)가 가져야 할 온도이다.[58]

행성 등의 열 수지가 균형을 이루는 온도를 유효 온도라고 하며, 태양의 광도, 행성의 알베도, 태양까지의 거리 등에 따라 계산할 수 있으며, 이 계산에 의해 255K 또는 -18°C의 지구 유효 온도가 얻어진다. 지구의 실제 평균 온도는 288K 또는 15°C이다. 두 값의 차이인 33°C 차이의 큰 이유 중 하나는 수증기와 이산화탄소에 의한 온실 효과 때문이다.

다른 지구형 행성을 살펴보면, 금성의 유효 온도는 -46°C로 산출된다. 금성은 태양광의 77%를 반사하는 높은 알베도를 가지고 있는 것이 태양까지의 거리에 비해 낮은 유효 온도의 큰 요인이다. 그러나 실제 금성의 온도는 460°C이며, 95기압의 이산화탄소에 의한 온실 효과가 이 510°C라는 온도차에 기여하고 있다. 화성의 경우 유효 온도는 -56°C이며, 실제 -53°C와 거의 같다. 화성의 대기 주성분은 이산화탄소이지만 0.006기압으로 낮고, 온실 효과도 약하기 때문이다. 정확한 온실 효과의 크기를 생각할 때는 이산화탄소 외에 수증기 등 강력한 온실 효과를 가진 가스의 존재에도 유의할 필요가 있다.[98]

6. 2. 복사 균형

행성의 온도는 들어오는 복사와 나가는 복사 사이의 균형에 따라 결정된다. 물질은 온도의 4제곱에 비례하여 열복사를 방출한다. 지구 표면에서 방출되는 복사열의 일부는 온실 가스와 구름에 흡수된다. 이러한 흡수가 없다면 지구 표면의 평균 온도는 -18°C가 되겠지만, 일부 복사열이 흡수되기 때문에 지구의 평균 지표면 온도는 약 15°C이다. 따라서 지구의 온실 효과는 33°C의 ''온도 변화''로 측정될 수 있다.[14]

열복사는 제곱미터당 와트(W/m²) 단위로 측정되는 에너지량으로 나타낼 수 있다. 과학자들은 지구 표면을 떠나는 장파장 열복사량이 우주에 도달하는 양보다 얼마나 더 많은지를 기준으로 온실 효과를 측정하기도 한다.[59][60][35][19] 현재 장파장 복사는 평균적으로 제곱미터당 398W의 비율로 지표면을 떠나지만, 우주에 도달하는 것은 제곱미터당 239W에 불과하다. 따라서 지구의 온실 효과는 제곱미터당 159W의 ''에너지 흐름 변화''로도 측정할 수 있다.[59] 온실 효과는 지구 표면을 떠나지만 우주에 도달하지 않는 장파장 열복사의 비율(0.40) 또는 백분율(40%)로 표현할 수도 있다.[59][60][61]

온실 효과를 온도 변화 또는 장파장 열복사의 변화로 표현하든 동일한 효과를 측정하는 것이다.[60] 지구와 대기는 장파 복사, 즉 열 적외선 또는 지구 복사를 방출한다.[14] 나가는 장파 복사(OLR)는 지구와 대기에서 방출되어 대기를 통과하여 우주로 나가는 복사이다. 온실 효과는 지구의 나가는 장파 복사를 주파수(또는 파장)의 함수로 나타낸 그래프에서 확인할 수 있다. 지구 표면에서 방출되는 장파 복사 곡선과 나가는 장파 복사 곡선 사이의 영역은 온실 효과의 크기를 나타낸다.[19]

이산화탄소는 약 667 cm−1(15마이크로미터 파장에 해당)에서 나가는 복사량 감소(그리고 온실 효과 증가)에 대한 책임이 있는 것으로 알려져 있다.[36] 온실 가스가 있는 대기의 각 층은 아래층에서 위로 방출되는 장파 복사의 일부를 흡수한다. 또한 흡수한 양과 평형을 이루도록 모든 방향(위쪽과 아래쪽)으로 장파 복사를 방출한다. 이로 인해 복사열 손실이 줄어들고 아래쪽이 더 따뜻해진다. 가스 농도가 증가하면 흡수와 방출량이 증가하여 표면과 아래층에 더 많은 열이 보유된다.[2]

행성에서 방출되는 외향 장파복사의 세기는 행성의 ''유효 온도''에 해당한다. 유효 온도란, 균일한 온도로 복사하는 행성(즉, 흑체)이 같은 양의 에너지를 방출하기 위해 필요한 온도이다.

  • ''우주로의 방출:'' 우주로의 장파복사 방출을 기준으로 지구의 전반적인 ''유효 온도''는 -18°C이다.[37][2]
  • ''지표면에서의 방출:'' 지표면의 열 방출을 기준으로 지구의 ''유효 지표면 온도''는 약 16°C이다.[59] 이는 지구의 전반적인 유효 온도보다 34°C 더 높다.


지구의 지표면 온도는 종종 평균 지표면 근처 기온으로 보고되며, 이는 약 15°C [4][38]이며, 유효 지표면 온도보다 약간 낮다. 이 값은 지구의 전반적인 유효 온도보다 33°C 더 높다.

주어진 열복사선속에는 연관된 '유효 복사 온도' 또는 '유효 온도'가 있다. 유효 온도는 그만큼의 열복사를 방출하기 위해 흑체(완벽한 흡수체/방출체)가 가져야 할 온도이다.[58]

IPCC 보고서에 따르면 온실 효과(G)는 159 W m⁻²로 나타나는데, 여기서 G는 지표면에서 방출되는 장파 복사 플럭스에서 우주에 도달하는 외향 장파 복사 플럭스를 뺀 값이다.[59][60][19][35]

:G = SLR - OLR

또는, 온실 효과는 다음과 같이 정의된 정규화된 온실 효과(g̃)를 사용하여 설명할 수 있다.

:g̃ = G/SLR = 1 - OLR/SLR

정규화된 온실 효과는 "지표면에서 방출되는 열복사량 중 우주에 도달하지 않는 비율"이다. IPCC 수치에 따르면 g̃ = 0.40이다. 다시 말해, 지표면에서 방출되는 열복사량의 40%가 우주에 도달하지 않는다.[59][60][61]

온실 효과가 온도 차이 ΔTGHE로 표현될 때, 이것은 지표면의 열복사 방출과 관련된 유효 온도에서 우주로의 방출과 관련된 유효 온도를 뺀 값을 나타낸다.

:ΔTGHE = Tsurface,eff - Teff

온실 효과에 대한 비공식적인 논의에서는 종종 실제 지표면 온도를 온실 가스가 없다면 행성이 가졌을 온도와 비교한다. 그러나 공식적인 기술적인 논의에서 온실 효과의 크기가 온도로 정량화될 때, 이는 일반적으로 위의 공식을 사용하여 이루어진다. 이 공식은 실제 지표면 온도가 아닌 유효 지표면 온도를 참조하며, 현실을 가상적인 상황과 비교하는 것이 아니라 지표면과 대기 상단을 비교한다.[62]

일반적으로 행성은 복사 평형 상태에 가깝게 유지되며, 유입되는 에너지와 방출되는 에너지의 비율이 잘 균형을 이룬다. 이러한 조건 하에서 행성의 평형 온도는 평균 태양 복사량과 행성 반사율(흡수되지 않고 우주로 다시 반사되는 태양광의 양)에 의해 결정된다.

온실 효과는 지표면 온도가 행성의 전체 유효 온도보다 얼마나 더 높은지를 측정한 것이다.

7. 온실 효과와 기후 변화



인간 활동으로 인해 온실 가스가 추가되면서 온실 효과가 강화되는 것을 ''강화된 온실 효과''라고 한다.[14] 21세기 전반에 걸쳐 ARGO, CERES 및 기타 기기의 측정 결과에서 알 수 있듯이,[21] 인간 활동으로 인한 복사 강제력의 증가는 직접 관찰되었으며,[22][23] 이는 주로 대기 중 이산화탄소 농도 증가 때문이다.[24]

화석 연료 연소, 시멘트 생산, 열대 삼림 벌채와 같은 활동들이 이산화탄소를 발생시킨다.[25] 마우나로아 천문대에서 측정한 이산화탄소 농도는 1960년 약 313ppm(백만분율)[26]에서 증가하여 2013년 400ppm을 돌파했다.[27] 현재 관측되는 이산화탄소 농도는 빙핵 자료에서 나온 지질학적 기록 최대값(≈300ppm)을 초과한다.[28]

지난 80만 년 동안[29] 빙핵 데이터는 이산화탄소가 180ppm 정도의 낮은 값에서 산업화 이전 수준인 270ppm까지 변화했음을 보여준다.[30] 고기후학자들은 이산화탄소 농도 변화를 기후 변화에 영향을 미치는 중요한 요인으로 본다.[31][32]

7. 1. 강화된 온실 효과

태양의 열은 지구에 들어왔다가 다시 지구 복사열로 방출된다. 그러나 온실가스가 증가하면서 지구를 둘러싸게 되고, 이로 인해 지구에 막이 생겨 태양열이 밖으로 나가지 못하게 된다.[14]

산업화의 영향으로 화석 연료 연소로 인해 발생한 이산화탄소가 대기 중에 많아지면서 온실가스가 늘어났고, 이에 따라 지구 온난화가 심각한 환경 문제로 대두되었다. 인간 활동으로 인해 대기 중 온실가스 농도가 증가함에 따라 자연적인 온실 효과가 증가하는 것을 ''강화된 온실 효과''라고 한다.[14]

화석 연료 연소, 시멘트 생산, 열대 삼림 벌채와 같은 활동으로 인해 이산화탄소가 발생한다.[25] 마우나로아 천문대에서 측정한 이산화탄소 농도는 1960년 약 313ppm[26]에서 2013년 400ppm을 돌파했다.[27] 이는 빙핵 자료에서 나온 지질학적 기록 최대값(≈300ppm)을 초과하는 수치이다.[28]

지난 80만 년 동안[29] 빙핵 데이터는 이산화탄소가 180ppm 정도의 낮은 값에서 산업화 이전 수준인 270ppm까지 변화했음을 보여준다.[30] 고기후학자들은 이산화탄소 농도 변화를 기후 변화에 영향을 미치는 중요한 요인으로 본다.[31][32]

온실 효과는 지구 기후에서 중요한 역할을 한다. 온실 효과 기체의 증가량에 대한 온실 효과 증강 정도(기온 상승 정도)는 원래 온실 효과 기체의 양에 따라 달라진다. 현재 지구 온난화는 이산화탄소 증가로 인해 온실 효과가 강화되어 발생하고 있을 가능성이 높다고 여겨진다.

7. 2. 지구 온난화

태양의 열은 지구에 들어오면 다시 나가는데, 이를 지구 복사열이라고 한다. 그러나 온실가스의 증가로 인해 온실가스가 지구를 둘러싸면서 지구에 막이 생기고, 태양의 열이 밖으로 나가지 못하게 된다.

온실가스는 지구 대기 중에 존재하며, 땅에서 복사되는 에너지를 일부 흡수하여 온실효과를 일으킨다. 대표적인 온실가스에는 수증기, 이산화탄소, 메테인이 있다. 산업화의 영향으로 화석연료 연소로 발생된 이산화탄소가 대기 중에 많아지면서 대기 중 온실가스가 늘어났고, 이에 따라 지구 온난화가 심각한 환경 문제로 대두되었다.[20]

인간 활동으로 인한 추가적인 온실 가스로 인해 온실 효과가 강화되는 것을 ''강화된 온실 효과''라고 한다.[14] 21세기 전반에 걸쳐 ARGO, CERES 및 기타 기기의 측정 결과에서 추론할 수 있듯이,[21] 인간 활동으로 인한 복사 강제력의 증가는 직접 관찰되었으며,[22][23] 주로 대기 중 이산화탄소 농도 증가 때문이다.[24]

화석 연료 연소, 시멘트 생산, 열대 삼림 벌채와 같은 활동들이 이산화탄소를 발생시킨다.[25] 마우나로아 천문대에서 측정한 이산화탄소 농도는 1960년 약 313 ppm(백만분율)[26]에서 증가하여 2013년 400 ppm을 돌파했다.[27] 현재 관측되는 이산화탄소 농도는 빙핵 자료에서 나온 지질학적 기록 최대값(≈300 ppm)을 초과한다.[28]

지난 80만 년 동안[29] 빙핵 데이터는 이산화탄소가 180 ppm 정도의 낮은 값에서 산업화 이전 수준인 270 ppm까지 변화했음을 보여준다.[30] 고기후학자들은 이 기간 동안 기후 변화에 영향을 미치는 근본적인 요인으로 이산화탄소 농도 변화를 고려한다.[31][32]

현재 문제가 되고 있는 지구온난화는 "이산화탄소 증가에 의해 온실효과가 강화되고 있기 때문에 발생하고 있다"는 가능성이 높다고 여겨진다. 그러나 온난화의 원인으로는 태양 복사 변화나 미지의 기후인자에 기인한 가능성도 부정할 수 없다고 여겨진다. 또한 "이산화탄소 증가에 의한 온난화"에 대한 강한 반발도 있다.

한 설에 따르면 지구의 평균 기온은 1905년부터 2005년까지 100년 동안 약 0.7℃ 상승했다고 알려져 있다.

8. 다른 천체의 온실 효과



행성에서 방출되는 외향 장파복사의 세기는 행성의 ''유효 온도''에 해당한다. 유효 온도란, 균일한 온도로 복사하는 행성(즉, 흑체)이 같은 양의 에너지를 방출하기 위해 필요한 온도이다.

이 개념은 우주로 방출되는 장파복사량과 지표면에서 방출되는 장파복사량을 비교하는 데 사용될 수 있다.


  • ''우주로의 방출:'' 우주로의 장파복사 방출을 기준으로 지구의 전반적인 ''유효 온도''는 -18°C이다.[37][2]
  • ''지표면에서의 방출:'' 지표면의 열 방출을 기준으로 지구의 ''유효 지표면 온도''는 약 16°C이다.[59] 이는 지구의 전반적인 유효 온도보다 34°C 더 높다.


지구의 지표면 온도는 종종 평균 지표면 근처 기온으로 보고되는데, 이는 약 15°C[4][38]이며, 유효 지표면 온도보다 약간 낮다. 이 값은 지구의 전반적인 유효 온도보다 33°C 더 높다.

여러 천체에서의 온실 효과[78][79][80]
금성지구화성타이탄
관측 표면 온도, T_\mathrm{observed}
온실 효과, \Delta T_\mathrm{GHE}503K-change33K-change6K-change21K-change 온실 효과;
12K-change 온실 효과+역온실 효과
압력92 atm1 atm0.0063 atm1.5 atm
주요 기체CO2 (0.965)
N2 (0.035)		N2 (0.78)
O2 (0.21)
Ar (0.009)		CO2 (0.95)
N2 (0.03)
Ar (0.02)		N2 (0.95)
CH4 (≈0.05)
미량 기체SO2, ArH2O, CO2O2, COH2
행성 유효 온도, T_\mathrm{eff}73 K 권계면;
82 K 성층권계면
온실 효과, G16000 W/m2150 W/m213 W/m22.8 W/m2 온실 효과;
1.9 W/m2 온실 효과+역온실 효과
정규화된 온실 효과, \tilde g0.990.390.110.63 온실 효과;
0.42 온실 효과+역온실 효과



태양계에서 지구 외에도 금성, 화성, 타이탄에서 온실 효과가 나타난다. 단순히 대기 중 온실 기체의 양을 비교하여 서로 다른 천체에 대한 온실 효과의 상대적인 크기를 예측할 수는 없다. 이는 온실 효과의 크기를 결정하는 데 온실 기체의 양 이외의 요인들도 역할을 하기 때문이다.

전체 대기압은 각 온실 기체 분자가 흡수할 수 있는 열 복사량에 영향을 미친다. 고압은 더 많은 흡수로 이어지고 저압은 더 적은 흡수로 이어진다.[49]

이는 스펙트럼선의 "압력 확장" 때문인데, 전체 대기압이 높을 때 분자 간 충돌이 더 높은 비율로 발생한다. 충돌은 흡수선의 폭을 넓히고 온실 기체가 더 넓은 파장 범위에서 열 복사를 흡수할 수 있도록 한다.[65]

지구 표면 근처의 공기 중 각 분자는 초당 약 70억 번의 충돌을 경험한다. 이 비율은 고도가 높아짐에 따라 압력과 온도가 모두 낮아지므로 낮아진다.[94] 즉, 온실 기체는 상층 대기보다 하층 대기에서 더 넓은 파장을 흡수할 수 있다.[48][54]

다른 행성의 경우, 압력 확장은 전체 대기압이 높으면(금성과 같이) 각 온실 기체 분자가 열 복사를 가두는 데 더 효과적이고, 대기압이 낮으면(화성과 같이) 열 복사를 가두는 데 덜 효과적임을 의미한다.[49]

8. 1. 금성

금성은 매우 짙은 이산화 탄소 대기로 인해 극심한 온실 효과를 겪고 있다.[79] 금성의 대기는 약 97%가 이산화탄소로 구성되어 있어, 지표 온도를 최대 까지 높인다.

금성은 지구보다 태양에 약 30% 더 가깝지만, 금성이 입사되는 태양빛의 77%를 반사하는 반면 지구는 약 30%만 반사하기 때문에 금성이 지구보다 태양빛을 적게 흡수한다. 온실 효과가 없다면 금성의 표면 온도는 일 것으로 예상된다.[81][82][83] 따라서 태양에 더 가까운 것이 금성이 지구보다 더 따뜻한 직접적인 이유는 아니다.

높은 압력으로 인해 금성 대기 중의 CO2는 넓은 파장 범위에 걸쳐 흡수하는 연속 흡수를 나타내며, 이는 지구에서의 흡수와 관련된 대역 내 흡수로 제한되지 않는다.[49]

금성에서는 이산화탄소와 수증기를 포함하는 폭주 온실 효과가 발생했을 것이라는 가설이 오랫동안 제기되어 왔고, 여전히 상당 부분 받아들여지고 있다.[84][85] 금성은 폭주 온실 효과를 경험하여, 96%가 이산화탄소인 대기와 지구의 수중 900m에서 발견되는 것과 거의 같은 표면 대기압을 가지게 되었다. 금성에는 한때 물로 된 바다가 있었을 수도 있지만, 평균 지표 온도가 현재 로 상승하면서 모두 증발했을 것이다.[86][87][88]

여러 천체에서의 온실 효과[78][79][80]
금성지구화성타이탄
관측 표면 온도, T_\mathrm{observed}
온실 효과, \Delta T}_\mathrm{GHE}503K-change33K-change6K-change21K-change 온실 효과;
12K-change 온실 효과+역온실 효과
압력92 atm1 atm0.0063 atm1.5 atm
주요 기체CO2 (0.965)
N2 (0.035)		N2 (0.78)
O2 (0.21)
Ar (0.009)		CO2 (0.95)
N2 (0.03)
Ar (0.02)		N2 (0.95)
CH4 (≈0.05)
미량 기체SO2, ArH2O, CO2O2, COH2
행성 유효 온도, T_\mathrm{eff}73 K 권계면;
82 K 성층권계면
온실 효과, GW/m2150 W/m213 W/m22.8 W/m2 온실 효과;
1.9 W/m2 온실 효과+역온실 효과
정규화된 온실 효과, \tilde g0.990.390.110.63 온실 효과;
0.42 온실 효과+역온실 효과



금성 대기의 지표 온도가 470℃에 달하는 것은, 90기압에 달하는 금성 대기의 대부분이 온실 효과 기체인 이산화탄소이기 때문에, 그만큼 광학적 두께가 크기 때문이라고 여겨진다. 하지만, 여전히 금성 대기의 지표 온도에는 수수께끼가 남아 있으며, 다른 소량의 수증기나 황산화물에 의한 광학적 두께의 기여나 황산의 구름 효과가 영향을 미치고 있다는 설도 있다.

8. 2. 화성

화성은 대기가 희박하여 온실 효과가 미미하다.[78] 지구보다 약 70배나 많은 이산화탄소가 존재하지만,[89] 수증기가 부족하고 대기가 얇기 때문에 온실 효과는 약 6K-change 정도에 불과하다.[90] 지구 온난화를 예측하는 데 사용되는 복사 전달 계산은 화성의 대기 구성을 고려하면 화성의 온도를 정확하게 설명할 수 있다.[91][92][62]

여러 천체에서의 온실 효과[78][79][80]
금성지구화성타이탄
관측 표면 온도, T_\mathrm{observed}
온실 효과, \Delta T_\mathrm{GHE}6K-change온실 효과;
온실 효과+역온실 효과
압력92 atm1 atm0.0063 atm1.5 atm
주요 기체CO2 (0.965)
N2 (0.035)		N2 (0.78)
O2 (0.21)
Ar (0.009)		CO2 (0.95)
N2 (0.03)
Ar (0.02)		N2 (0.95)
CH4 (≈0.05)
미량 기체SO2, ArH2O, CO2O2, COH2
행성 유효 온도, T_\mathrm{eff}73 K 권계면;
82 K 성층권계면
온실 효과, GW/m2150 W/m213 W/m22.8 W/m2 온실 효과;
1.9 W/m2 온실 효과+역온실 효과
정규화된 온실 효과, \tilde g0.990.390.110.63 온실 효과;
0.42 온실 효과+역온실 효과


8. 3. 타이탄

타이탄은 토성의 위성으로, 온실 효과와 반온실 효과를 모두 가지고 있다.[79][93] 타이탄 대기의 질소(N2), 메탄(CH4), 수소(H2)는 온실 효과에 기여하여, 이 기체들이 없을 때 예상되는 온도보다 표면 온도를 높인다.[79][93]

일반적으로 질소와 수소는 적외선을 흡수하지 않지만, 타이탄에서는 압력 유도 충돌, 대기의 큰 질량과 두께, 차가운 표면에서 방출되는 열복사의 긴 파장 때문에 열복사를 흡수한다.[49][79][93]

높은 고도에 있는 먼지층은 태양 복사의 파장은 흡수하지만 적외선에는 투명하여 약 의 반온실 효과에 기여한다.[79][93]

이 두 효과의 순 결과는 - = 의 온난화이며, 따라서 타이탄의 표면 온도 는 대기가 없을 때 예상되는 온도보다 더 따뜻하다.[79][93]

9. 온실 효과와 관련된 오해

온실 효과는 복사열 전달의 정상적인 과정이며, 하향 열 복사는 상향 열 복사의 순 에너지 흐름을 감소시킬 뿐이라는 점에서 열역학 제2법칙을 위반한다는 주장은 오해이다.

온실 효과에 대한 흔한 오해는 온실 가스가 차가운 대기에서 지구의 따뜻한 표면으로 열을 보내 열역학 제2법칙을 위반한다는 것이다.[66][67] 그러나 이는 복사 열 흐름이 양방향 복사 흐름을 고려한 순 에너지 흐름이라는 점을 간과한 오해이다.[68] 복사 열 흐름은 표면에서 대기와 우주로 향하며,[5] 이는 표면이 대기와 우주보다 따뜻하기 때문에 열역학 제2법칙에 부합한다. 온실 가스가 표면으로 하향 열 복사를 방출하는 것은 사실이나, 이는 복사 열 전달의 정상적인 과정일 뿐이다.[69] 하향 열 복사는 상향 열 복사의 순 에너지 흐름(복사 열 흐름)을 감소시켜 냉각을 늦추는 역할을 한다.[70]

참조

[1] 웹사이트 Solar Radiation and the Earth's Energy Balance http://eesc.columbia[...] Columbia University 2010-10-15
[2] 서적 Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Cambridge University Press 2014-03-25
[3] 웹사이트 The Elusive Absolute Surface Air Temperature (SAT) http://data.giss.nas[...] NOAA 2008-09-03
[4] 웹사이트 Yearly average temperature https://climatechang[...]
[5] 웹사이트 Climate and Earth's Energy Budget : Feature Articles https://earthobserva[...] 2020-12-14
[6] 웹사이트 Atmospheric Carbon Dioxide Reaches New High Despite Pandemic Emissions Reduction https://www.smithson[...] 2021-06-22
[7] 웹사이트 Climate Change: Global Temperature https://www.climate.[...]
[8] 웹사이트 What is Earth's Energy Budget? Five Questions with a Guy Who Knows https://www.nasa.gov[...] 2023-04-24
[9] 논문 Remarques Generales sur les Temperatures Du Globe Terrestre et des Espaces Planetaires https://books.google[...] 2020-06-08
[10] 서적 Circumstances affecting the Heat of the Sun's Rays https://books.google[...] 2016-01-31
[11] 웹사이트 Happy 200th birthday to Eunice Foote, hidden climate science pioneer https://www.climate.[...] 2019-10-08
[12] 웹사이트 Who first coined the term "Greenhouse Effect"? http://www.easterbro[...] 2015-11-11
[13] 논문 On The Variations Of The Climate Of The Geological And Historical Past And Their Causes
[14] 간행물 Annex VII: Glossary https://www.ipcc.ch/[...] IPCC
[15] 웹사이트 Greenhouses: Heating, Cooling and Ventilation https://extension.ug[...] 2023-03-12
[16] 서적 Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007, Chapter 1 https://www.ipcc.ch/[...] Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 2023-03-24
[17] 간행물 Circumstances affecting the heat of the Sun's rays https://web.archive.[...] 1856-11-01
[18] 서적 Heat considered as a Mode of Motion
[19] 웹사이트 Taking the Measure of the Greenhouse Effect https://www.giss.nas[...] NASA Goddard Institute for Space Studies - Science Briefs 2022-01-13
[20] 웹사이트 Earth Matters: Earth's Radiation Budget is Out of Balance https://earthobserva[...] NASA Earth Observatory 2022-03-01
[21] 웹사이트 IPCC AR6 WG1 https://www.ipcc.ch/[...]
[22] 웹사이트 New study directly measures greenhouse effect at Earth's surface https://www.carbonbr[...] Carbon Brief 2021-04-18
[23] 웹사이트 Direct observations confirm that humans are throwing Earth's energy budget off balance https://phys.org/new[...] Science X 2021-04-18
[24] 웹사이트 Enhanced Greenhouse Effect http://www.ace.mmu.a[...] Ace.mmu.ac.uk 2010-10-15
[25] 간행물 Fourth Assessment Report, Working Group I Report "The Physical Science Basis" http://www.ipcc.ch/p[...] IPCC
[26] 웹사이트 Atmospheric Carbon Dioxide – Mauna Loa http://www.esrl.noaa[...] NOAA 2008-12-08
[27] 잡지 Climate Milestone: Earth's CO₂ Level Passes 400 ppm http://news.national[...] 2017-12-10
[28] 논문 A slippery slope: How much global warming constitutes "dangerous anthropogenic interference"? https://zenodo.org/r[...] 2020-06-08
[29] 뉴스 Deep ice tells long climate story http://news.bbc.co.u[...] 2010-05-04
[30] 논문 Ice Core Record Extended http://pubs.acs.org/[...] 2006-09-06
[31] 서적 Thin Ice: Unlocking the Secrets of Climate in the World's Highest Mountains https://books.google[...] Owl Books 2018-06-01
[32] 웹사이트 Temperature change and carbon dioxide change http://www.ncdc.noaa[...] 2008-08-20
[33] 웹사이트 Earth Fact Sheet http://nssdc.gsfc.na[...] NSSDCA 2010-10-15
[34] 서적 Introduction to Atmospheric Chemistry Princeton University Press 2009-12-09
[35] 논문 Attribution of the present-day total greenhouse effect https://pubs.giss.na[...] 2023-06-14
[36] 논문 Dependence of Earth's Thermal Radiation on Five Most Abundant Greenhouse Gases https://wvanwijngaar[...] 2020
[37] 웹사이트 Solar Radiation and the Earth's Energy Balance http://eesc.columbia[...] Eesc.columbia.edu 2010-10-15
[38] 웹사이트 GISS discussion http://data.giss.nas[...] 2015-09-05
[39] 웹사이트 What is the Surface Area of the Earth? https://www.universe[...] 2017-02-11
[40] 웹사이트 Earth's Radiation Balance https://cimss.ssec.w[...] 2023-04-25
[41] 웹사이트 Don't Worry about CO2, Worry about the Earth's 'Energy Balance' https://www.scientif[...] Scientific American 2023-06-02
[42] 논문 An imperative to monitor Earth's energy imbalance http://nora.nerc.ac.[...] 2016
[43] 웹사이트 Earth's energy imbalance https://www.climate-[...] 2016-01-27
[44] 웹사이트 RRTM Earth's Energy Budget http://climatemodels[...] University of Chicago 2023-06-09
[45] 웹사이트 Earth's Big Heat Bucket - Bad News, Good News https://earthobserva[...] NASA Earth Observatory 2006-04-24
[46] 웹사이트 ATMOSPHERIC PROCESSES AND PHENOMENA: Chapter 5: Atmospheric Stability http://pressbooks-de[...] 2023-05-31
[47] 서적 Radiative Transfer in the Atmosphere and Ocean Cambridge University Press 1999
[48] 논문 The Effect of Pressure Broadening of Spectral Lines on Atmospheric Temperature https://ui.adsabs.ha[...] 1950
[49] 웹사이트 Infrared radiation and planetary temperature https://geosci.uchic[...] American Institute of Physics 2011-01
[50] 논문 The "Greenhouse" effect and Climate Change http://astrosun2.ast[...] 1989
[51] 웹사이트 METEO 469: From Meteorology to Mitigation - Understanding Global Warming - Lesson 5 - Modelling of the Climate System - One-Layer Energy Balance Model https://www.e-educat[...] Pennsylvania State University College of Mineral and Earth Sciences - Department of Meteorology and Atmospheric Sciences
[52] 서적 Global Warming Science Princeton University Press 2022
[53] 서적 Global Warming: Understanding the Forecast, Chapter 4: Greenhouse Gases http://forecast.uchi[...] Wiley 2011
[54] 서적 Atmospheric Science Academic Press 2006
[55] 논문 Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Convective Adjustment 1964
[56] 웹사이트 Cloud Radiative Effect https://www.gfdl.noa[...] NOAA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory 2023-06-15
[57] 논문 Influence of Cirrus Clouds on Weather and Climate Processes: A Global Perspective 1986-06-01
[58] 웹사이트 Box 2: Solar and Earth Radiation and the Greenhouse Effect (adapted from Mackenzie, 2003) http://www.soest.haw[...] 2006
[59] 서적 Climate Change 2021: The Physical Science Basis https://www.ipcc.ch/[...] IPCC 2021
[60] 논문 Observational determination of the greenhouse effect https://www.nature.c[...] 1989
[61] 논문 Observational determination of the greenhouse effect https://www.osti.gov[...] 1990
[62] 논문 Estimating the power of Mars' greenhouse effect 2013
[63] 웹사이트 The Earth's Energy Imbalance: Where does the energy go? https://unfccc.int/s[...] United Nations Climate Change 2023-06-14
[64] 웹사이트 Predicted Planetary Temperatures https://www.acs.org/[...] American Chemical Society
[65] 서적 Principles of Planetary Climate Cambridge University Press 2010
[66] 웹사이트 Global Warming Violates the Second Law of Thermodynamics: Brief Responses to Climate Change Denialism Statements https://www.geol.umd[...] University of Maryland 2023-06-13
[67] 논문 Comment on "falsification of the Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within the Frame of Physics" 2010
[68] 서적 Radiative Heat Transfer Academic Press 2021
[69] 웹사이트 Thermal Radiation Heat Transfer https://ntrs.nasa.go[...] NASA 1971
[70] 웹사이트 The Earth's Energy Budget II -- Radiation Emitted by the Earth, the Greenhouse Effect, and the Overall Energy Balance http://www.atmo.ariz[...] University of Arizona, Hydrology & Atmospheric Sciences 2017
[71] 웹사이트 ACS Climate Science Toolkit - Atmospheric Warming - A Single-Layer Atmosphere Model https://www.acs.org/[...] American Chemical Society 2022-10-02
[72] 웹사이트 ACS Climate Science Toolkit - Atmospheric Warming - A Multi-Layer Atmosphere Model https://www.acs.org/[...] American Chemical Society 2022-10-02
[73] 논문 A mental picture of the greenhouse effect 2017
[74] 웹사이트 Radiation Balance of the Earth-Atmosphere System https://www.aos.wisc[...] University of Wisconsin 2023-06-01
[75] 웹사이트 What is the best description of the greenhouse effect? https://www.realclim[...] 2023-06-01
[76] 논문 How increasing CO₂ leads to an increased negative greenhouse effect in Antarctica 2015-12-16
[77] 논문 Unmasking the negative greenhouse effect over the Antarctic Plateau 2018
[78] 웹사이트 Atmospheres and Planetary Temperatures https://www.acs.org/[...] ACS 2023-05-29
[79] 논문 The greenhouse and antigreenhouse effects on Titan https://wray.eas.gat[...] 1991-09-06
[80] 웹사이트 Titan https://solarsystem.[...] NASA 2023-05-29
[81] 웹사이트 ATM S - Climate and Climate Change https://atmos.washin[...] University of Washington 2023-06-14
[82] 웹사이트 Venus Fact Sheet https://nssdc.gsfc.n[...] 2023-04-25
[83] 웹사이트 5 Weird Facts About Venus https://www.britanni[...] Britannica 2023-04-25
[84] 논문 The Runaway Greenhouse and the Accumulation of CO₂ in the Venus Atmosphere http://pubs.giss.nas[...] 1970-06
[85] 웹사이트 NASA climate modeling suggests Venus may have been habitable https://climate.nasa[...] 2021-08-11
[86] 논문 Felsic highland crust on Venus suggested by Galileo Near-Infrared Mapping Spectrometer data 2008
[87] 웹사이트 Did Venus's ancient oceans incubate life? https://www.newscien[...] 2019-07-17
[88] 서적 The New Solar System Sky Publishing 1999
[89] 웹사이트 CO₂ GREENHOUSE EFFECTS ON VENUS, EARTH, AND MARS https://www.lpi.usra[...] Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology 2023-05-28
[90] 웹사이트 Does Mars Have a Greenhouse Effect? https://sciencing.co[...] 2017
[91] 웹사이트 Does the CO₂ atmosphere of Mars disprove greenhouse warming? https://metafact.io/[...] 2023-05-28
[92] 웹사이트 The Discovery of Global Warming: Venus & Mars https://history.aip.[...] American Institute of Physics 2023-05-29
[93] 웹사이트 Titan: Greenhouse and Anti-greenhouse https://www.astrobio[...] 2019-11-04
[94] 웹사이트 The Atmosphere https://www.ux1.eiu.[...] 2023-05-30
[95] 웹사이트 温室効果とは https://www.data.jma[...] 気象庁 2022-03-24
[96] 웹사이트 ここが知りたい地球温暖化 https://www.cger.nie[...] 国立環境研究所 2022-05-18
[97] 논문 地球温暖化ガス: 亜酸化窒素の人為的排出 (1) 環境技術学会 1994
[98] 서적 地球環境46億年の大変動史 株式会社化学同人 2009-05-30
[99] 웹사이트 気象庁 大気・海洋環境観測報告第7号（2005年観測成果） http://www.data.kish[...] 2019-08-06
[100] 웹사이트 JCCCA / 温室効果ガスの特徴 http://jccca.org/_ol[...] 2019-08-06
[101] 웹사이트 Water vapour: feedback or forcing? http://www.realclima[...]
[102] 웹사이트 IPCC第4次評価報告書第1作業部会報告書政策決定者向け要約 https://www.data.jma[...] 気象庁 2019-08-06
[103] 논문 Greenhouse Molecules, Their Spectra and Function in the Atmosphere 2005
[104] 웹사이트 RealClimate: Water vapour: feedback or forcing? http://www.realclima[...]
[105] 웹사이트 보관된 사본 http://www.atmo.ariz[...] 2006-03-30


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com