태양 에너지의 일부를 반사함으로써 기후의 온난화에 신속하게 대응할 수 있다.

상황이 너무 심각하여 미국 정부는 현재 과학기술정책국(OSTP)에 태양 지구 공학 연구를 위한 5개년 연구 계획을 개발하기 위해 관련 과학 기관과 작업 그룹을 만들도록 지시했다.

"태양 복사 관리"라고도 하는 태양 지구 공학은 지구에 도달하거나 대기에 갇혀 있는 태양 복사의 양을 의도적으로 조작한다. 태양 에너지의 일부를 반사함으로써 기후의 온난화에 신속하게 대응하고 지구를 식히거나 극지방의 해빙을 다시 얼리는 데 도움을 줄 수 있다.

다음은 미국이 연구할 수 있는 가장 인기 있고 논란의 여지가 있는 몇 가지 태양 지구 공학 제안과 일부 사람들이 이를 고려해서는 안 된다고 생각하는 이유이다.

성층권 에어로졸 주입

아이디어: 최초이자 가장 인기 있는 태양 지구 공학 아이디어 중 하나인 성층권 에어로졸 주입(SAI)은 이산화황과 같은 반사 물질의 작은 입자가 지구 표면 위 4~31마일에 걸쳐 있는 대기층으로 방출되어야 한다.

일단 제자리에 있으면, 이론상, 이 입자들은 낮은 대기와 지구 표면에 도달하는 햇빛의 양을 줄여서 행성을 식힐 것이다. 한 SAI 제안은 극지방 위의 대기만을 대상으로 하여 극지방의 해빙을 재동결시키고 해수면 상승을 늦추면서 나머지 지구의 기후에 미치는 영향을 최소화하려고 한다.

SAI는 연구 계획에 대한 OSTP 요청에서 명시적으로 언급된 유일한 지구 공학 기술이다. 이것은 또한 가장 많이 연구된 지구 공학 기술이며 우리가 화산 폭발 후 자연적인 형태를 목격했기 때문에 가장 기대한 대로 작동할 가능성이 가장 높다.

과제: 탄소 배출량이 계속 증가하면 SAI 시뮬레이션에 따르면 평균 지구 온도 상승을 막기 위해 연간 최대 5천만 미터톤의 입자를 대기로 펌핑해야 한다.

그 과정에 비용이 얼마나 들고 입자를 어떻게 분배할 것인지(고도 비행기와 밧줄로 묶은 풍선을 포함하는 아이디어)는 5개년 연구 계획에서 중요한 질문이다.

SAI의 잠재적인 부작용에 대한 더 많은 연구가 필요하다. NOAA 시뮬레이션은 예를 들어 강수 경향에 영향을 줄 수 있고 햇빛 감소가 작물 성장에 영향을 줄 수 있다고 제안했다. 극지방을 동결하려는 제한된 노력은 기후와 다른 곳의 폭풍에 영향을 미치는 극지 기상 시스템에 여전히 영향을 미칠 수 있다.

또 다른 핵심 질문은 프로세스를 중단했을 때 발생할 수 있는 일이다.

1991년 피나투보 화산이 폭발한 지 일주일 후 이산화황 배출(빨간색)을 보여주는 그림. 출처: NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

해양 운 밝히기(Marine Cloud Brightening)

아이디어: SAI와 마찬가지로 MCB(Marine Cloud Brightening)의 목표는 햇빛을 반사하여 지구를 식히는 것이다. 그러나 입자를 성층권으로 펌핑하는 대신 보트에서 공기 중으로 바닷물 안개를 분사하여 바다 위의 낮은 구름을 더 밝게 만들 것이다.

이 물의 소금 입자는 이론적으로 수증기를 모아 구름의 반사도와 수명을 모두 증가시킨다. 이 효과의 기존 예는 "선박 트랙"에서 볼 수 있다. 수증기가 배기구의 입자에 달라붙어 배의 항로 위에 형성되는 밝은 구름이다.

도전 과제: MCB는 보다 표적화된 형태의 지구 공학이 될 수 있다. 예를 들어 특정 산호초의 구름 밝기를 높여 백화 현상을 최소화할 수 있지만 지구를 식힐 만큼 구름을 밝게 할 수 있는지 여부는 예측하기 어렵다.

그 구름을 정확하게 밝게 하는 방법에 대한 세부 사항도 여전히 해결해야 한다.

지구 공학에 대한 2021년 NOAA 보고서의 주저자인 Fabian Hoffmann은 "복잡한 미세 물리학이 작동하고 있다."고 말했다. "입자가 너무 크거나 너무 작거나 너무 많거나 적으면 결과적으로 구름 밝기가 거의 또는 전혀 없거나 더 적은 반사 구름을 얻을 수 있다."

NASA 위성이 포착한 밝은 "선박 궤도". 이미지 출처: NASA

권운 엷어 짐(Cirrus Cloud Thinning)

아이디어: 권운은 지구 표면에서 3.7~8마일을 형성하는 희미한 구름이다. 태양 복사를 행성에서 반사시키는 저고도 해양 구름과 달리, 이 구름은 대기에 열을 가둔다.

CCT(Cirrus Cloud Thinning)의 배경은 비행기나 드론을 사용하여 먼지와 같은 입자로 권운에 씨를 뿌리는 것이다. 이것은 이론적으로 그것들을 얇게 만들어 더 많은 열이 빠져나가게 하고 구름의 수명을 단축시킬 수 있다.

도전 과제: CCT는 새로운 지구 공학 제안이며 주제에 대해 수행된 연구는 혼합되어 있다. 일부에서는 권운에 씨를 뿌리면 실제로 더 두껍고 열을 더 잘 차단할 수 있다고 결론지었다.

CCT를 통해 더 많은 열이 빠져나갈 수 있다 하더라도 강수 패턴을 방해하는 것과 같은 원치 않는 부작용을 일으킬 수 있다. 연구원들은 이러한 잠재적 효과를 조사하고 입자로 가득 찬 권운을 펌핑하는 가능성과 비용을 조사해야 한다.

열을 가두는 권운의 예.  이미지 출처: Albert E.berge Jr. / NOAA Corps.

우주 기반 차양

아이디어: 훨씬 더 급진적인 태양 지구 공학 기술은 지구의 거대한 파라솔처럼 작동하도록 우주에 "차양"을 설치하는 것이다. 이 차양에 대한 아이디어는 수조 개의 작은 우주선에서 브라질 크기의 실리콘 1거품 배열에 이르기까지 다양하다.

방패가 햇빛의 2%라도 차단할 수 있다면 잠재적으로 지구를 산업화 이전의 기후로 되돌릴 수 있으며 대기를 엉망으로 만들 필요가 없기 때문에 지지자들은 기후에 원치 않는 부작용의 위험이 적다고 주장한다.

과제: 우주에 작은 탑재량을 가져오는 것은 비용이 많이 들고 햇빛의 2%를 차단할 만큼 충분히 큰 선실드를 만드는 비용은 쉽게 수조 달러에 이를 수 있다.

해결책도 영구적이지 않을 것입니다. 불과 몇 년 안에 방패의 궤도가 쇠퇴하여 지구와 태양 사이의 이상적인 위치에서 벗어나 유지하려면 지속적인 발사가 필요하다.

그리고 대기 제안보다 덜 위험할 수 있지만 햇빛이 적은 등 SAI와 동일한 단점을 공유하고 있으며 다른 부작용이 무엇인지 확실하지 않다.

MIT 연구원들은 지구에서 태양 복사를 반사하기 위해 "우주 거품"의 뗏목을 사용할 것을 제안한다. 이미지 출처: Space Bubbles 프로젝트/MIT

큰 그림

이것은 유일한 태양 지구 공학 제안이 아니다. 지구의 구조, 바다, 심지어 식물을 더 반사적으로 만들기 위한 다른 덜 탐구된 아이디어가 있다. 그러나 SAI를 제외하고는 OSTP 주도 그룹 탐색할 것이다.

미국 과학자들이 태양 지구 공학이 과학적으로 실현 가능하고 비용 효율적이라고 결정한다고 해서 국가가 바로 뛰어들 것이라는 의미는 아니다. 대부분의 노력이 전 세계에 영향을 미치기 때문에 해결해야 할 지정학적 문제가 여전히 남아 있을 것이다.

일부 과학자들은 대화가 국가나 산업이 온실 가스 배출을 억제해야 하는 압력을 줄일 수 있기 때문에 지구 공학을 고려해서는 안 된다고 주장한다. 본질적으로 플랜 B를 도입함으로써 플랜 A가 덜 중요해 보일 수 있다.

그러나 기후 상황의 심각성을 고려할 때 배출 목표를 달성하지 못하고 기후 변화에 대한 최악의 예측이 실현되는 경우 생각할 수 있는 모든 플랜 B를 연구해야 한다.

미국 최고의 과학자들이 지구 공학이 상황을 악화시킬 것이라고 판단하면 위험을 감수하지 않는다는 것을 알게 될 것이다. 그러나 이러한 아이디어 중 하나가 배출 감소에 집중하기 위해 귀중한 몇 년 또는 수십 년을 살 수 있다는 것을 발견하면 수십억은 아니더라도 수백만 명의 생명을 구할 수 있다.