당신은 질문했습니다: 이산화탄소는 어떻게 대기 중으로 그토록 높이 올라가나요?

9월 21일부터 27일까지 뉴욕시는 기후 주간입니다. 기후 위기를 다루고 우리의 행동을 안내하는 일련의 온라인 이벤트와 블로그 게시물에 참여하세요. 이번 주에 우리는 You Asked 시리즈를 통해 기후 변화와 관련된 독자의 질문을 다룰 예정입니다.

다음 질문은 독자가 제출했으며, 기후 과학자 Ángel Muñoz가 답변했습니다.

CO2는 어떻게 대기 중으로 높이 올라가나요? 비중이 1.5정도로 상승할 때 식으면서 땅으로 떨어져야 한다. 항공사에서는 30,000피트에서 기온이 -40도라고 말합니다. 그러면 일부 CO2가 대기 상층부로 올라가는 이유는 무엇이며 어떻게 되는 것일까요?

Ángel Muñoz는 기후 및 사회를 위한 국제 연구소의 부연구 과학자이며 컬럼비아 월드 프로젝트 "오늘, 내일을 위해 기후에 농업 적응"(ACToday)의 라틴 아메리카 부분을 이끌고 있습니다. 그는 헌신적인 와인 감정가이기도 하며 칠레의 카르메네르 포도나무와 함께 사진에 찍혀 있습니다.

이산화탄소는 기체입니다. 온도가 낮아지면 가스의 밀도가 증가합니다. 따라서 고도가 높아질수록 온도가 감소하기 때문에 고도가 높아질수록 가스의 밀도가 높아집니다. 밀도가 높은 물체는 중력에 의해 아래로 끌려가는 경향이 있습니다. (실제로 가스 분자를 지구 표면으로 끌어당기는 중력이 대기를 유지하는 힘입니다.) 가스에 따라 분자량도 다릅니다. CO2는 산소보다 무겁기 때문에 모든 CO2 분자가 산소 분자층 아래로 가라앉을 것으로 예상할 수 있습니다. 이 아이디어를 공기 중의 다른 가스에 일반화하면 각 유형의 가스가 별도의 층으로 이루어진 완벽한 성층 대기가 생성될 것이라고 추론할 수 있습니다.

와인병 내부의 층화된 분위기의 예를 볼 수 있습니다. 병을 밀봉하면 와인 표면과 코르크 바닥 사이의 공기에 산소와 CO2가 모두 포함됩니다. CO2는 산소보다 무겁기 때문에 중력으로 인해 CO2 분자가 산소 분자 아래에 "층"을 형성하여 와인을 산소와 분리하는 데 도움이 됩니다. 맛과 향과 같은 와인의 바람직한 특성은 액체가 산소에 완전히 노출되면 변하기 시작합니다. 밀봉된 병 내부의 층화가 없으면 와인을 산소로부터 보호할 수 있는 CO2 쿠션이 없어 개봉하지 않은 와인의 유통기한이 훨씬 짧아지거나 시간이 지남에 따라 식초로 변할 수도 있습니다.

지구의 대기는 밀봉된 와인병 안의 공기와는 다릅니다. 대기 가스는 층화되지 않고 잘 혼합되어 있습니다. 이는 확산의 힘 때문이다. 가스 분자는 움직이기를 원하며, 자신이 포함된 부피를 채우기 위해 팽창합니다. 약 화씨 52~57도의 일정한 온도에서 코르크 와인병과 같이 단단히 밀봉된 용기에 갇혀 있는 가스에는 팽창하고 이동할 공간이 없거나 충분한 "흥분"이 없습니다. 그들은 주로 분자량을 기준으로 층을 형성합니다. 그러나 지구의 대기는 와인병보다 훨씬 더 넓습니다. CO2는 지구 표면에서 약 80km까지 분해되지 않아 대기 가스가 차지할 수 있는 엄청난 공간을 제공합니다. 태양에서 대기로 방출되는 열에 자극을 받아 분자가 빠르게 움직입니다. 가스 분자들이 서로 충돌할 때(예를 들어, 화씨 63도에서 CO2 분자는 초당 약 70억 번 충돌함), 가스 분자는 층화된 층에 침전되기보다는 서로 뒤섞입니다. 강한 상승 기류 및 하강 기류와 같은 다른 과정도 관련되어 있지만, CO2가 분자량만으로 제시되는 것보다 더 높은 고도에서 통합될 수 있도록 하는 것은 주로 확산입니다.

와인병과 지구 대기에서 작용하는 다양한 힘을 설명하는 손수 그림입니다. 이미지: 앙헬 무뇨스

마찬가지로, 처음으로 와인병의 코르크를 뽑고 지하실에서 더 따뜻한 실내 온도로 가져오면 갇힌 가스가 더 큰 대기의 일부가 됩니다. 가스 분자가 섞이고, 병의 진공 밀봉이 깨진 후 코르크를 교체하면 코르크를 직접 교체하면 잘 혼합된 분자가 병 안에 남아 있게 됩니다. 이제 산소가 와인에 도달할 수 있게 되어 결국 와인의 맛이 "떨어지게" 됩니다. 와인을 마시기 전에 숨을 쉬게 하기 위해 와인 한 병을 열어본 사람이라면 어느 정도의 산소 공급이 와인의 맛을 향상시킬 수 있지만 결국에는 그러한 바람직한 품질을 망칠 것이라는 점을 알고 있을 것입니다. 따라서 최상의 맛을 얻으려면 며칠 내에 와인 한 병을 책임감 있게 섭취하는 것을 잊지 마십시오. 그리고 30,000피트 상공의 비행기 안에서도 열린 와인병 속의 가스 분자는 나머지 대기와 마찬가지로 혼합된다는 점을 기억하십시오!