탄소 순환: 대기 중 이산화탄소를 어떻게 줄일 수 있나요?

Dec 11, 2023

우리가 알고 있는 생명체는 DNA, 단백질, 탄수화물을 포함한 복잡한 분자의 필수 구성 요소인 탄소 없이는 존재하지 않을 것입니다. NASA의 지구 관측소(Earth Observatory)에 따르면 탄소는 우주에서 네 번째로 풍부한 원소입니다. 지구 탄소의 대부분은 암석에 저장되어 있습니다. 나머지는 대기, 바다, 생물, 토양 및 화석 연료에 존재합니다. 빠르고 느린 구성 요소를 포함하는 탄소 순환은 탄소가 이러한 다양한 저장소를 통해 자연적으로 이동하는 방식을 설명합니다.

약 150년 전 산업 혁명이 시작된 이래로 인간은 석탄, 석유, 천연 가스와 같은 화석 연료에서 대기 중으로 탄소를 방출해 왔습니다. 이러한 에너지원에서 얻은 에너지는 현대 생활을 가능하게 하는 제조품, 자동차, 전자 제품 및 기타 혁신 기술의 광범위한 가용성을 가능하게 했습니다. 그러나 과잉 탄소는 이제 기후를 변화시키고 생명의 균형을 유지하는 생태계를 위협하고 있습니다. 따라서 탄소 배출을 줄이는 것이 국제적인 긴급 목표가 되었습니다.

빠른 탄소 순환은 주로 지구상의 생명체를 통한 탄소의 이동입니다. 대기 중의 이산화탄소(CO2)는 태양 에너지를 사용하여 CO2와 물(H2O)을 결합하여 설탕(보통 C6H12O6)과 산소(O2)를 생성하는 광합성을 수행하는 식물에 의해 흡수됩니다.

이 과정을 통해 포착된 탄소는 식물이 자라면서 동물, 박테리아 및 곰팡이를 포함하는 생태계를 지원하면서 끝없이 다양한 복잡한 유기 분자에 통합될 수 있습니다. 원래 반응과 반대로 설탕 분자는 분해되어 소화, 부패 또는 화재 중에 에너지와 CO2를 생성할 수 있습니다. 이를 위해서는 산소와 물이 필요하며 CO2가 환경으로 다시 방출될 수 있습니다.

인간은 대기 중 CO2에 가장 익숙하지만 CO2는 바다에도 존재합니다. 식물성 플랑크톤이라고 불리는 미세한 해양 조류는 이 CO2를 흡수하고 태양 에너지를 사용하여 광합성을 합니다. 내셔널 지오그래픽(National Geographic)에 따르면 이러한 조류는 해양 먹이 사슬의 기초를 형성하며 대기 중 산소의 50%를 제공합니다.

느린 탄소 순환의 가장 빠른 부분은 바다입니다. 바다 표면에서는 이산화탄소가 대기와 교환됩니다. 인간이 대기에 더 많은 CO2를 방출함에 따라 바다는 더 많은 CO2를 흡수했습니다.

바다에 들어가면 이산화탄소가 물 분자와 반응하여 수소를 방출하여 바다를 더욱 산성화시킵니다. 수소는 탄산염과 반응하여 중탄산염 이온을 생성합니다. 탄산염은 또한 식물성 플랑크톤, 산호, 굴, 불가사리 등 껍질을 만드는 유기체가 탄산칼슘 껍질을 만드는데 사용됩니다. 대기 중에 이산화탄소가 많아지면 바다의 탄산염이 줄어들고 껍질이 더 깨지기 쉽습니다.

해양 생물이 죽으면 해저로 가라앉습니다. 시간이 지남에 따라 껍질과 퇴적물 층이 서로 결합되어 석회암을 형성합니다. 석회암에서 흔히 발견되는 화석 껍질에서 알 수 있듯이, 석회암에 갇힌 탄소는 수백만 년 동안 저장될 수 있습니다. 탄소를 함유한 암석의 약 80%가 이런 식으로 만들어집니다. 나머지 20%는 진흙에 묻혀 또 다른 유형의 퇴적암인 셰일을 형성하는 육지에 서식하는 유기체에서 나옵니다. 죽은 식물이 부패하는 것보다 빨리 쌓이면 화석 연료가 될 수 있습니다.

지질학적 시간이 지남에 따라 이러한 퇴적암은 대기나 화산 활동에 노출될 수 있으며, 탄소가 대기로 되돌아갈 수 있습니다. 대기 중의 이산화탄소는 물과 결합하여 탄산을 형성합니다. 탄산은 화학적 풍화 작용이라는 과정을 통해 비가 되어 노출된 암석을 용해시키는 약산입니다. 이는 탄산칼슘 껍질을 형성하는 데 필요한 칼슘과 같은 이온을 방출하고 결국 더 많은 탄소가 해저에 쌓이게 합니다. 화산 활동으로 인해 퇴적암이 녹아 신선한 규산염 광물이 형성되고 이산화탄소가 대기 중으로 방출됩니다.