제 목    검은 온실효과 (The Blackhouse Effect)
 좀 황당하게 느껴질 수 있으나, 저 개인은 십여년간 고민해온 것이고...이왕 다른 곳에 개제된 내용을 일부 퍼와서 올립니다.
(분량관계로 본문은 삭제)
유종완박사에 대한 질문과 답변
問: 매연입자는 이산화탄소보다 앞서 일반의 관심이 되는 것이다. 따라서 매연입자가 기후에 미치는 영향을 그 동안 학계에서 관심을 두지 않았을 리 없는데 어떻게 그 동안 모르고 있었을지 의문된다. 귀하의 학설대로라면 선진국의 그 수많은 쟁쟁한 학자들이 바로 앞의 가까운 문제에 대하여 일제히 오류를 범했다는 것이 아닌가.

答: 그렇다. 내가 그렇다라고 단적으로 주장하기 때문에 나의 주장이 그만큼 더 배척되는 듯 하다. 온실효과에 대한 지금까지의 통념은 주로 "지구 표면의 온도유지"에 그 논의점이 집중되었다. 즉 지표면의 온도를 따지다보니 그 지표면으로부터의 흑체복사에 의한 열의 방출에 논의가 기울어지면서, 그와 불가분적으로 관련을 가지는 대기 특히 그 주요 구성성분인 질소와 산소의 역할을 등한히 하지 않았던가 생각된다.
아주 거친 수준으로 어림계산 해보자. 1기압의 대기의 밀도는 물의 밀도에 비해 약 1천분의 일이다. 하지만 대기권이 지상 18km 정도까지 뻗쳐있음을 감안하면 그 전체 양은 물이 지표면 위로 균일하게 10 m 쯤 차있는 정도이다. 이러한 양의 대기권의 공기가 가지는 열저장 역할을 중시하면 한밤중의 흑체복사에 의해 빠져나가는 미미한 열량을 고려하기에 앞서 한낮의 막대한 태양에너지가 대기를 덥혀주는 다음의 열 이동과정과 그 잠열효과를 우선 고려해야 한다.
한낮에 대기가 덥혀지는 과정으로는 지표면과 대기와의 열교환으로 인한 대기로의 열이동, 한낮의 태양빛이나 그 빛이 지표면에 의해 난반사되어 우주로 나가는 빛 등을 대기가 흡수하여 열이 저장되는 과정이 동시에 고려되어야 한다. 지금까지의 온실효과 논의에서는 이 중 후자, 즉 질소나 산소 등과 같은 대기분자들이 可視光線 영역의 빛을 받아 그 열을 운동에너지로 전환시키는 과정은 거의 고려되지 않았다고 본다.
이 과정을 상세히 조명하기 위해서는 두 가지 논점이 있다. 첫째 질소나 산소분자는 가시광선 파장의 빛을 받아 이를 직접적으로 열로 전환시킬 수 있는가? 둘째 어느 제3의 물질이 태양빛을 받아 이를 열로 전환시키고, 이어서 이 열을 질소나 산소분자로 열교환과정을 거쳐 이전할 수 있는가?
이에 대하여 현재 분광학의 통설은 없다, 즉 그만큼 이 과정의 연구가 빈약하고 이 과정이 교과서에 기술되어 있는 것은 찾아보기 힘들다. 나는 위의 두 질문에 대하여 "그렇다"라고 본다. 이것은 내가 약 십여년 전 무기물의 수용액에 레이저펄스를 쪼이고 그 에너지의 이동을 추적한 분광실험을 분석한 결과를 확장적용한 결론이다. 이 실험결과를 제대로 해석하는데 7-8년의 시행착오가 있었다. 물론, 그러한 이유로 이에 대해서는 보다 본격적인 검증실험이 이루어져야 명확한 결론을 내릴 수 있다.
그럼에도 나는 자동차나 공장굴뚝의 배기가스에서 배출되는 매연물질(주로 불포화탄화수소 분자들로 구성되어있다)이 태양빛을 흡수하여 열로 전환시키고 이것이 열교환을 통하여 대기분자를 덥히는데 상당한 기여를 한다고 확신한다. 그 이유는 이러한 매연물질이 아주 넓은 파장영역에서 빛을 흡수하는 특성을 지녔고 이렇게 흡수된 광양자는 비복사 減衰(감쇠)를 통하여 열로 변환되기 때문이다. 산 위에서 도시를 내려다보면 검회색빛을 띰을 알 수 있는데, 이는 이 과정에 의해 흡수되는 빛의 파장이 가시광선 영역에서 넓게 분포함을 나타낸다.
현재 학계에서는, 산업혁명 이후로 지구대기의 평균온도가 증가한 것에 대한 원인을 지구대기 중의 이산화탄소 농도의 증가에 두고 있는 의견과 그렇지 않다는 의견이 갈려져 있다. 그 어느 편도 자신의 주장에 대한 강력한 입증을 마련하지 못하고 있다. 그렇지만 산업화에 따른 화석연료의 사용증가가 현 시대의 지구온난화를 불러일으켰다는 위기감은 이미 널리 퍼져있다. 나는 이에 대해 공감한다. 하지만 화석연료의 사용으로 배출되는 물질 중 지구온난화에 기여하는 물질은 이산화탄소 이외에도 매연입자가 있음을 주목해야 한다는 것이 나의 주장이다. (이 논의에는 백옥효과가 이어지는데 좀 길어지므로 다음을 기약한다.)

問: 이 견해에 정말 확신을 갖고 있으며 앞으로 이 학설을 발표하기 위해 전력을 다할 것인가. 아직은 충분한 활동을 하고있다고 보이지 않는데

答: 지금 신중한 자세로 논리적인 설득력을 갖추기 위해 노력하고 있다. 내 의견에 대해 확신을 가지지 않아서가 아니라 공식적인 발표에는 그만큼 신중한 접근이 필요하다고 본다. 예를들어 프레온가스가 오존층을 파괴한다고 발표한 롤런드는 무려 이십년간 과학계에서 엉터리라는 비난을 받으며 어려움을 견뎌냈다. 그만큼 지구과학에 대한 새로운 주장을 내놓은 이후로도 그에 대한 입증은 어려운 것이라서 발표의 시초부터 최대한 설득력을 갖추어야 한다고 본다. 

  박상욱 유종완님의 학설 수립에 도움이 될까 해서 약간의 토론을 일으켜볼까 합니다. 기초적인 질문을 몇가지만 드리겠습니다. 1.흑체복사의 에너지량은 미미한 것이 아니고, 지표면이 흡수한 에너지의 대부분이라고 여겨지고 있습니다. 또한 greenhouse effect는 매연이 전혀 없을 뿐 아니라 지구와 비교해 대조군인 금성과 달같은 천체에 의해 성립된 이론이 아닌지요. 2002/11/13   
  박상욱 2. 가시광선의 흡수에 의한 질소나 산소의 translational energy로 변하는 정도는 미미한 것으로 실험적으로 증명되어 있습니다. 그리고 CO2, 프레온, HC등 소위 온실가스의 경우 적외선복사를 흡수하면 분자의 vibrational energy로 변하는 것이고, 질소나 산소는 IR active 하지 않죠.  2002/11/13   
  박상욱 3. 유종완님 학설의 핵심은 매연입자가 가시광선을 흡수한 뒤 비방사감쇠를 통해 인접한 대기 분자에 에너지를 전달한다는 것으로 보입니다. 그러나 매연입자에 의해 말씀하신 blackhouse effect가 나타나면서 지표와 하부 대기가 흡수해야할 가시광선을 가려서 온난화와 반대 결과가 나겠죠. 매연이 흡수한 에너지를 다시 뱉어 대기가 흡수하겠지만 결국 매연은 대기가 먹었어야 할 에너지를 뺏어 먹었다가 뱉어 돌려줄 뿐이지 않은지요. 2002/11/13   
 
  소요유 Green house effect의 핵심은 이렇습니다. 지구의 태양에너지 수급이 어떻게 되고 그 수급 불균형을 무엇이 만들 수 있는가 입니다. green house effect는 한편으로 이러한 수급 불균형이 전지구적으로 일어날 수 있는가가 중요합니다. 대략 지구의 태양 에너지 수급을 생각해보면 (오래되어 숫자가 정확한지 모르겠네요) 일정기간 지구에 입사된 태양에너지 100이 지구 대기 + 지표 + 구름 + 대양에 의한 직접 반사 30% (지구의 반사률 즉 albedo는 다른 행성이나 위성에 바하여 상당히 높습니다) + 지구 대기에 의한 흡수 20% + 지표면에 의한 흡수 50% 이렇게 됩니다. 지표면과 지구 대기에 의한 흡수는 결국 거시적으로 볼때 흑체복사에 의한 재방출이 일어납니다.  2002/11/14   
  소요유 지구의 흑체복사는 그 온도가 10도C (283K)인 흑체 복사로 그 에너지가 피크가 되는 파장이 10마이크론인 (중)적외선 입니다. 즉 지구 흑체복사의 대부분은 10마이크론 근처의 중적외선에 의하여 재방출됩니다. 이를 미시적인 상태로 다시 자세히 살펴보면 유종완님이 말씀하신 여러 분자들에 의하여 지구 대기에 흡수된 태양 빛과 지구로부터 재방출된 빛, 대기 분자에 의하여 재방출된 빛 등이 다시 대기와 해양을 포함한 지표 의하여 재흡수 - 재방출 - 재흡수 이런 과정이 반복적으로 일어나게 됩니다. 결국에는 이러한 모든 현상들이 거시적으로는 지구 흑체에 의한 재복사로 지구밖으로 탈출하게 됩니다.  2002/11/14   
  소요유 지구흑체복사가 지구를 탈출할 수 있는 이유는 지구대기가 흡수할 수 없는 파장인 '복사의 창' 때문입니다. 현재 지구대기의 조성으로는 근적외선 (1~5마이크론) 근방에서는 그 폭이 0.6~0.7마이크론인 1.1마이크론, 1.6마이크론 근처, 2.3마이크론, 3.4마이크론, 5마이크로이 있고, 중적외선인 5~25마이크론에서는 그 폭이 아주 넓은 8~10마이크론 등이 있습니다. 그런데 근적외선 영역에서 흡수를 가장 많이하는 분자는 물분자 (1.3, 1.9마이크론 밴드)와 CO2 (2.4마이크론 밴드)이고, 중적외선에서 흡수를 많이하는 분자는 CO2 분자 (~8, ~11 마이크론)입니다. 이러한 흡수는 대기에 포함된 특정 분자의 갯수 밀도와 관계있습니다.  2002/11/14   
  소요유 따라서 10마이크론에서 최대 에너지를 갖는 지구흑체복사를 막는 분자가 지구대기에 '충분히' 있다면 이것이 green house effect를 만들게 될겁니다. 지구 대기의 평균온도를 올리는 가장 중요한 요인은 바로 지구흑체복사를 차단해서 지구에서의 탈출을 막을 수 있는가가 관건입니다. 메탄이나 PHDs (?? 이게 유종완님이 말씀하시는 불포화 탄화수소로 우주 먼지의 주요성분입니다)가 이런 역할을 할 수가 있습니다. 즉 지표가 에너지를 받는 방식이 태양으로부터 오는 가시광선을 직접받아 열에너지로 전환하는 방식이외에 지구대기가 흡수하여 방출하는 방식이 있을 수 있습니다. 특히 상대적으로 무거운 분자의 경우 지표면에 분포하기 때문에 가능합니다. 그런데 메탄이나 PHD는 CO2와는 다르게  2002/11/14   
  소요유 질량이 아주 커서 scale length가 작아 지표면 근처에 분포하고, 상대적으로 가벼운 메탄의 경우 충분한 정도로 생성되지 않고, PHDs는 무거워 국지적인 효과만을 나타내게 될 것입니다. 이를테면 도시가 주변부보다 온도가 대략 2~3도 높게 나타나는데 그 이유가 난방과 이아같은 물질에 의하여 국지적으로 나타나는 green house effect로 볼 수 있습니다. PHAs (앗 죄송 PHD가 아니라 PHA입니다)는 숯 검뎅이나 연기 검뎅이와 같은 물질로 이 물질은 0.1마이크론 이하의 적외선에서부터 1마이크론 근처 까지의 가시선을 흡수하여 이 물질의 온도에 따라 연속선과 8마이크론, 그리고 12마이크론 (??) 근처의 밴드 방출선을 방출합니다. 따라서 만약 이 물질이 태양 빛을 흡수하였다면  2002/11/14   
  소요유 흡수된 에너지의 대부분을 8마이크론과 12마이크로론의 방출선으로 공간에 방출하게됩니다. 만약 커튼 형태로 도시를 둘러싸고 있다면 이 물질은 태양빛을 차단하여 지상으로 가는 빛은 줄이는 대신에 8~12마이크론의 대기의 창을 통해서 흡수된 에너지를 우주공간으로 돌려보내거나 아니먄 지구 대기와 표면으로 보내게됩니다. 한편 지구흑체 복사에 의하여 방출된 복사는 역시 이 물질에 의하여 흡수되지만 에너지가 가장많이 있는 파장인 10마이크론 복사 일부는 이를 뚫고 지구대기밖으로 탈출하게 됩니다. 따라서 이런 경우에는 해당 도시의 조건, PHAs의 물리적 상태 등에 의하여 도시 국지적인 에너지 수급이 결정되고, 결국에는 온도가 결정됩니다.  2002/11/14   
  소요유 결론적으로 PHAs는 물질 특성상 지구대기 전체로 퍼져나갈 갓 같지는 않고 결국에는 국지적인 환경에 영향을 줄텐데 그것도 물리적 상태에 따라 국지적인 온도 변화를 결정할 것으로 보입니다. 간단한 에너지 수급 시물레인션으로는 온도가 오히려 내려가는 방향으로 작용할 것 같은데 좀더 자세하게 시물레이션 해봐야 겠습니다.  2002/11/14