Changing atmospheric burden of CH4, H2, and H2O and their hydrogen stable isotope ratio

Abstract

현재 진행되는 지구 기후 변화의 가장 주요 원인이 화석 연료 사용에 의한 부산물의 온실화 효과임은 잘 알려진 사실이다. 주요 부산물인 이산화탄소 다음으로 중요한 온실기체가 메탄이다. 대기 중 이산화 탄소와는 달리 메탄은 화석 연료의 연소 보다는 연료 자체로부터 또는 미생물 활동에 의해 생성되어 대기로 방출된다. 이를 반영하듯 이산화탄소 농도는 대기에서 증가일로에 있는 반면 메탄은 2000년을 기점으로 증가율이 현저히 둔화된 상태이다. 대기에 있는 메탄은 광화학 반응에 의해 대기에서 사라진다. 이는 하이드록실 라디칼 이라는 반응성이 매우 강한 물질과 반응으로 일어난다. 이 하이드록실 라디칼은 대기에 있는 여러 다른 물질의 산화반응에 참여하는데 일명 "대기의 청소부"라고 한다. 대기에 하이드록실 라디칼이 없었다면 산업혁명 이후 뿜어낸 오염물질로 지구상에 있는 생물이 멸종되었을 것이다. 메탄은 이 라디칼과 반응하여 없어지면서 수소와 일산화탄소를 만들고 이들 물질은 다시 하이드록실 라디칼과 반응하여 최종적으로 물과 이산화탄소를 만든다. 다시 말해 메탄은 대기에 있는 물과 이산화탄소의 선구자 역할을 한다. 대기에 있는 수소의 반 이상이 메탄과 비메탄유기화합물의 광화학 반응에 의해 생성될 정도로 메탄은 수소의 주요 생성원이다. 지구표면의 70%를 바다가 차지하고 있는 만큼 대기에 있는 수분은 해수 증발로 인한 상(phase) 변화로 생성된다. 따라서, 메탄 이나 수소의 광화학 반응으로 생성되는 수증기의 양은 상 변화로 생성된 양에 비해 매우 미미하다. 하지만 바다와 접하지 못하는 성층권에서는 메탄이 성층권 수분의 주요 생성원으로 역할을 한다. 성층권 수분은 오존층 파괴를 일으키는 할로겐 화합물과 오존 반응의 매개 역할을 하기 때문에 오존층 보존에 중요할 뿐만 아니라 복사열 방출로 인한 성층권 기후 변화를 초래할 수 있다. 본 강의에서는 대기에서 일어나는 메탄과 수소, 수분들의 생성과 소멸, 이들의 광화학 반응에 관하여 농도 와 안정동위원소비 변화를 이용하여 논의할 계획이다.