키일링 곡선(Keeling Curve) 분석 정리
1. 키일링 곡선 개요
키일링 곡선(Keeling Curve)은 대기 중 이산화탄소(CO₂) 농도의 변화를 보여주는 그래프이다. 1958년부터 미국 해양대기청(NOAA)이 하와이 마우나로아 관측소에서 측정한 데이터를 기반으로 제작되었다. 이 곡선은 전 세계적인 이산화탄소 증가 추세를 나타내며, 지구온난화와 기후변화 연구에서 중요한 자료로 사용된다.
2. 첫 번째 그래프: 키일링 곡선 개요
• 배경: 하늘과 구름으로 “CO₂”라는 단어가 표현됨.
• x축: 연도 (1958년부터 2024년까지)
• y축: 대기 중 이산화탄소 농도(ppm, parts per million)
• 내용:
• 1958년 약 315ppm에서 2024년 약 425ppm까지 증가.
• 매년 계절적 변동(상승과 하강)이 반복되면서 장기적으로 증가하는 패턴.
• 산업혁명 이후 인간 활동(화석연료 사용, 삼림 파괴 등)에 의해 급격한 증가가 지속됨.
3. 두 번째 그래프: 키일링 곡선의 계절적 변동
• 이 그래프는 키일링 곡선의 주기적인 계절적 변동을 상세히 분석한 것.
• 주요 요소:
• 최대값(Regression polynomial for annual maxima): CO₂ 농도가 연중 가장 높은 시기.
• 최소값(Regression polynomial for annual minima): CO₂ 농도가 연중 가장 낮은 시기.
• D(변동 폭): 한 해 동안 CO₂ 농도가 변동하는 범위.
• d(최소값의 위치): 최소값이 발생하는 연도별 특정 시점.
• 0.33년의 변동 주기: 대기 중 CO₂ 농도는 계절 변화에 따라 연간 약 4~7ppm씩 변동하는 경향을 보임.
계절적 변동의 원인
• 북반구의 식물 생장 주기에 따라 계절적으로 변동:
• 봄과 여름: 식물의 광합성 활동 증가 → CO₂ 흡수량 증가 → 대기 중 CO₂ 농도 감소.
• 가을과 겨울: 식물이 낙엽을 떨어뜨리고 광합성 감소 → CO₂ 배출 증가 → 대기 중 CO₂ 농도 상승.
4. 세 번째 그래프: 계절적 변동 폭 변화
• x축: 연도 (1960~2020년)
• y축: 계절적 변동 폭 d (ppm)
• 회귀방정식: y = -0.0005x^2 + 0.0507x + 6.1834
• 결정계수: R^2 = 1 (완벽한 회귀 적합성)
• 특징:
• 1960년대부터 CO₂ 농도의 계절적 변동 폭(d)이 증가함.
• 2008년에 변동 폭이 최대(약 7.4ppm)로 기록됨.
• 이후 약간 감소하는 경향이 있지만 여전히 높은 수준을 유지.
변동 폭 증가의 원인
1. 식물 생장 주기 변화: 기후 변화로 인해 식물의 광합성 주기가 바뀌면서 계절적 CO₂ 변동 폭이 커짐.
2. 온난화에 따른 북극권 CO₂ 배출 증가: 영구동토층이 녹으면서 탄소 방출이 증가하여 계절적 변동 폭이 확대됨.
3. 인간 활동의 증가: 화석 연료 소비 증가와 삼림 파괴가 CO₂ 배출량을 증가시키면서 연간 변동 폭에도 영향을 미침.
5. 결론 및 시사점
• 키일링 곡선은 산업화 이후 이산화탄소 농도가 지속적으로 증가하고 있음을 명확히 보여준다.
• 연간 변동 폭(d)의 증가와 변동 패턴의 변화는 기후 변화가 생태계에 미치는 영향을 나타낸다.
• 대기 중 CO₂ 농도가 증가할수록 온실효과로 인한 기후 변화가 심화되므로, 탄소 배출 감축이 시급하다.
• 기후 변화 대응을 위해 탄소중립(Net-Zero) 정책 및 재생에너지 확대가 필수적이다.
종종 "CO2는 식물성 식품이다"라는 말을 대기를 오염시키는 것이 좋은 것처럼 말합니다.
명백한 재게시는 CO2가 식물에 좋을 수 있지만 그것이 가져오는 기후 변화는 그렇지 않다는 것입니다.
자연 격리가 현재 감소하고 있다는 사실은 이것이 사실임을 확인시켜주고 탈탄소화의 필요성에 대한 시급성을 더욱 더합니다.
제임스 커란(James Curran)과 새뮤얼 커란(Samuel Curran)이 최근 왕립기상학회(Royal Meteorological Society)에서 발표한 논문에서 그들은 2016년에 CO2 농도 데이터를 사용하여 2024년까지 수행한 분석을 업데이트했습니다.
그들은 CO2의 자연적 격리가 2008년에 정점을 찍었고 현재 감소가 가속화되고 있음을 발견했습니다.
유명한 킬링 곡선은 1958년 이후 대기의 CO2 농도를 보여줍니다. 매년 곡선은 계절에 따라 톱니 패턴을 따릅니다.
최저점은 북반구에서 식물 생장기가 끝나는 10월에 도달하고 최고점은 다시 시작되기 전인 3월에 도달합니다.
남반구는 토지 밀집도가 낮기 때문에 영향이 거의 없으며 해양 격리는 일년 내내 대체로 안정적입니다.
전반적인 상승 추세는 인간의 배출량에 기인하며, 분명히 볼 수 있듯이 매년 배출량이 증가함에 따라 꾸준히 가속화되었습니다.
Curran의 분석은 최대 및 최소 점의 모양을 조사하여 시간이 지남에 따라 연간 감소의 변화를 결정하며, 이는 식물 성장이 제공한 격리량의 척도입니다.
1960년대와 70년대에는 격리의 증가가 강했습니다. 식물은 실제로 광합성을 위한 CO2 가용성 증가에 반응합니다. 그러나 이러한 성장세는 주춤하다가 2008년에 정점을 찍고 지금은 쇠퇴하고 있습니다.
CO2는 더 강력한 성장을 촉진하는 식물 비료이지만 유일한 필수 성분은 아닙니다.
천연 토양 영양분과 물의 가용성은 이제 제약이 될 수 있습니다. 점진적인 기후 변화는 또한 특히 북반구 여름의 산불, 폭염, 가뭄, 홍수, 폭풍 및 새로운 해충 및 질병(예: 미국의 나무 껍질 딱정벌레)의 확산과 같은 식물 성장에 피해를 줍니다.
북부 여름에 영구 동토층이 녹는 것도 요인이 될 수 있습니다.
분석은 자연 격리가 현재 감소하고 있음을 보여줍니다. 대기 중 CO2 농도는 이제 연간 전 세계 CO2 배출량에 비례하여 이전보다 더 빠르게 증가할 것입니다. 현재 연간 약 +2.5ppm의 증가율은 자연 격리가 실패하기 시작하지 않았다면 약 +1.9ppm이었을 것입니다.
배출량은 이러한 격리 감소에 상응하기 위해 연간 0.3%씩 감소해야 합니다. 현재 1.2%로 상승하고 있습니다. 야심 찬 자연 기반 솔루션은 인간의 배출에 영향을 미치기 전에 이러한 결핍을 메워야 합니다. 안정적인 자연 격리에 의존하는 IPCC 시나리오와 NDC는 재고할 필요가 있습니다.
한편, CO2 축적은 더욱 가속화되어 기후 변화와 생물권 영향도 가속화될 것입니다.
출처
1. Keeling, C. D. (1960). The concentration and isotopic abundances of carbon dioxide in the atmosphere. Tellus, 12(2), 200-203.
2. NOAA Mauna Loa Observatory CO₂ Data (https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/)
3. Global Carbon Project (https://www.globalcarbonproject.org/)
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