오류에 대한 지적이나 보충설명은 언제든 환영합니다.

고율님 블로그에서 알베도를 인위적으로 바꾼다는 제안에 대해 접하게 되었다.
http://koyul.egloos.com/4947569
내 개인적인 직감으로는 그다지 성공 가능성이 없어 보이지만, 딱히 깊이 파보고 싶지는 않고 성공한다고 해서 나쁠 것도 없으며 완전히 실패할 것이라는 생각도 들지 않기 때문에 이 제안의 실제적인 가능성에 대해서는 생각하지 않고 있다.

내가 흥미를 느끼고 있는 것은, 지구의 알베도가 바뀌면 지구의 평균기온이 어떤 영향을 받게 될 것인가이다.

일단, 고등학교인가 중학교때 배운 기본적인 지구의 열 에너지 순환 과정을 공부해야 한다.
http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%83%9C%EC%96%91_%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80
위키백과에서 퍼왔다. 174PW중에서 7PW면, 대략 4%에 해당한다. (PW는 페타와트, 10의 15제곱 와트라는 뜻이다.)
따라서 알베도의 30중에서 지표면의 반사는 겨우 4.
충격적인 사실이다.
인간이 지표면의 반사율을 10%를 증가시킨다 하더라도 4.4가 되어서, 전체 30에 대해서는 1%증가에 불과하다.
게다가 저기에 "지표면"이란 지구의 표면이지 "땅"이라는 설명은 없다. 따라서, 지표면의 70%를 차지하는 바다는 빼야 한다. 그럼 인간이 뭔가 할 수 있을 법한 "땅"은 1.2이고, 여기서 10%를 증가시키면 0.12.
30에 대해서 0.12는 0.4%정도에 해당한다. 즉, 인간이 삽질을 많이 해서 땅의 알베도를 10%나 올렸는데, 전체 알베도에 미치는 영향은 0.4%에 불과하다.

물론, 여기서 빠지는 0.4%는 땅과 바다에 의해 흡수되는 89PW에서 줄어들게 되는 양이다.
지표면이 흡수하는 양이 0.7PW만큼 줄어든다고 하자. 그럼 89PW에서 88.3PW가 될 것이다.
그럼 이만큼의 알베도 변화는 전체적인 지구 온난화에 어떤 영향을 미칠까?

지표면에 흡수된 다음에 방출되는 에너지는 88.3PW이 된다. 0.7PW는 89PW에 대해서 0.7%정도의 양이다.
따라서, 위의 숫자에서 대류에 의한 12, 수증기의 잠열에 의한 40, 복사열에 의한 10+26이 각각 0.7%씩 줄어든다고 가정할 수 있다. 지구의 기후 변화에 영향을 주는 것은 대류와 수증기의 잠열이므로, 52PW가 0.7%만큼 줄어드는 셈이다. 그만큼은 대략 0.36PW에 해당한다.

이제, 온실효과를 만들어내는 기체가 대체 대기권의 에너지 흡수율을 얼마나 높였는지 알아보자.
기상청 웹 사이트의 한 페이지를 보자.
http://web.kma.go.kr/edu/unv/climatology/climchange/1173236_1357.html
온실기체는 위에 내가 인용한 그림 중, 26PW에 해당하는 지구 복사를 다시 흡수하여 지구의 온도를 높인다고 한다.

그렇다면, 줄어든 0.36PW는 26PW의 약 1.4%정도 된다. W는 일률의 단위지만, 흡수하는 에너지의 효율이 변했으니, 다른 요인이 없다면 흡수한 전체 에너지의 양도 1.4%정도 변했다고 가정해도 무방할 것이다.

그 다음은 대기의 열용량을 추산해야 한다.
그 유명한 공식 "Q=씨암탉"이란 공식이 등장한다.
어떤 물질이 흡수한 열 = 비열 * 질량 * 온도변화

여기서 비열과 질량을 곱하면 열용량이다. 대기 전체의 열용량은 사실 구성 성분에 따라 변할 것이다. 하지만 온실효과를 만들어내는 기체들이 거의 ppm(백만분의 1)이나 ppt(1조분의 1)급 구성비를 갖고 있기 때문에, 이들은 온실효과에는 영향을 주더라도 열용량에는 기여하지 않을 것으로 기대된다. 따라서 온실기체의 구성비가 변하더라도 열용량은 변하지 않았다고 가정할 수 있다.

지구 전체의 열용량을 그냥 A라고 하자. 그럼 Q=AT이다. 여기서 T는 온도의 변화량이다. 대략 100년에 0.5도 정도 온도 변화가 있다고 한다.
그럼 여기서 Q가 1.4%가 변했다면, 당연히 T도 1.4%가 변할 것이다. 0.5도의 1.4%는 0.007도.
0.007도의 변화가 얼마나 큰지 보기 위해서 다음 그래프를 참고해 보자.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:1000_Year_Temperature_Comparison.png
이 그래프는 최근 천년동안 "정상"인 평균기온에 비해서 얼마나 온도가 변했는가에 대한 그래프이다. (평균기온 그 자체는 아님)
최근 들어서 대략 0.4도 정도의 이상고온을 보이고 있다. 소빙하기때는 지금보다 1.2도 정도 낮은 평균기온을 보인다.
여기서 0.007도는 큰 영향이 없어 보인다. 대략 10년 안쪽의 작은 변화폭 정도에 해당하는 것으로 생각된다.

따라서 내가 내릴 수 있는 결론은, 인간이 어떻게든 땅의 반사율을 10%만큼 증가시켰다면, 평균기온은 0.007도 낮아지는 것이고 이것은 지구 온난화를 막는데는 부족하다는 것이다.

추가.
땅의 반사율을 10%를 높인다는 수치는 꽤나 높게 잡은 수치이다. 지구 표면에서 땅이 차지하는 비율은 약 30%이다.
땅의 반사율을 높이기 위해서는 거울이나 반사를 잘하는 어떤 물질을 이용해서 지표면을 덮어야 한다. 거울을 쓴다고 가정하고, 거울의 반사율을 100%라고 하자. 그럼, 땅의 면적을 K라고 하고 거울을 설치한 면적을 a라고 할 때, 평균적으로 반사율을 10% 높이기 위해서 거울을 얼마나 설치해야 할까?
현재 땅의 반사율을 r이라고 하면, 전체적으로 반사되는 에너지는 r*K가 된다.
거울을 설치하지 않은 부분은 반사율이 변화가 없으니까 r*(K-a)가 거울을 설치하지 않은 부분에서 반사되는 에너지이다.
거울을 설치한 부분에서는 1*a의 빛이 반사가 된다.
즉, (r*(K-a)+1*a)/(r*K) = 1.1이 되는 a를 찾아야 한다. 또는 a/K를 찾아도 된다.
일단 r을 찾아보자. r은 땅의 반사율인데, 위에서 174중에서 10+35+33만큼은 지표면에 도달하기 전에 이미 흡수되거나 반사되어 버리므로 땅의 반사와는 관련이 없고, 174에서 78을 뺀 96 중에서 7을 반사한다는 것이 된다. 대략 7.3%에 해당한다. 즉 r=0.073
위의 식을 정리하면
(a/K)*(1-(1/r))=0.1
r을 대입하면 a/K는 0.079가 된다. 대략 7.9%에 해당한다. 땅의 7.9%를 거울로 덮는다고 하면, 154 337 280제곱킬로미터의 7.9%니까 12192645.1제곱킬로미터에 해당하는 땅이 된다. 제곱미터로 바꾸려면 1000000을 곱하면 된다. 12192645100000제곱미터라는 넓은 땅을 거울로 덮자. 익숙한 단위인 평으로 바꾸려면 3.3으로 나누면 되므로
3 6947 4095 0000평.
대충 끊어 읽어도 3조 6천억평.

대한민국의 넓이를 찾아보니까 100,032 제곱킬로미터이다. 대한민국 넓이의 122배 정도에 해당하는 땅 전체를 거울로 뒤덮어야 한다는 결론을 낼 수 있다. 미국이나 중국, 캐나다 같은 나라들이 대한민국 넓이의 약 100배 정도에 해당하는 땅을 갖고 있으므로, 대략 그중에 한 나라 정도를 거울로 뒤덮으면 비슷한 효과가 난다고 보면 되겠다.

한가지 흥미로운 사실은 사막이 전체 육지의 10%정도라는 사실이다.
http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%82%AC%EB%A7%89

즉, 사막을 거울로 뒤덮을 수 있다면 땅의 반사율을 10%정도 올릴 수 있다.

추가2
대기과학 박사과정에서 공부하고 있는 친구에게 내 글에 대한 의견을 부탁하였다. 그 글을 퍼온다.
지구표면을 거울로 뒤덮으려구??
너무 단순하게 온난화를 풀이하는 것 같아.
(하지만 내가 워낙 문제들을 복잡하게 생각하는 바보인지라..ㅠ.ㅠ. 문제는 쉽게 접근해야 하는데!!!!)
우선 첫째로 가장 먼저 든 생각은..
이걸 실용화하려면 거울이 자동으로 태양을 바라보게 만들어야 하는거잖아.(일정한 반사각을 만들려면..)
그거 전기비 드는 거랑.. 전기를 생산하기 위해 발전소에서 온실기체를 내뿜는 거랑.. 어떤게 더 영향이 클까.

두번째로, 지표에서의 반사율을 높이는 것보다, 구름을 생성해서 상층의 반사율을 높이는게 더 효율적으로 지구냉각을 가져올 수 있다는 점.

세번째는, 지표에서 반사율이 가장 낮은 곳은, 맨땅바닥이라는 점 - 사막은 이미 충분히 반사율이 높으니..

반사율을 높인다는 것이 사실 어떤 과정을 말하는 건지-.. 사실 감이 딱히 안온다..;
어쨌든 살짝 살펴본 느낌은, 넌 이 방법이 효용이 없을 거라고 수치적으로 주장하고 싶은 거로군??


고율님이 말씀하신 피드백의 연결고리도 체크해 봐야 하고 친구가 얘기해준 부분도 고려를 해야 할 것 같다.
이거 보충해서 글 쓰려면 시간이 좀 많이 걸릴 듯 하다.
by snowall 2009. 5. 17. 12:38
  • 알 수 없는 사용자 2009.05.18 08:51 ADDR EDIT/DEL REPLY

    저라면 건물 옥상에 흰 페인트를 바르겠어요.

    • snowall 2009.05.18 09:11 신고 EDIT/DEL

      그것도 이미 아이디어중의 하나.

    • snowall 2009.05.19 01:07 신고 EDIT/DEL

      ...갑자기 "분홍의 립스틱을 바르겠어요"라는 가사가 생각나는 걸까.
      왠지 운율이 맞는걸...

  • . 2009.05.18 13:41 ADDR EDIT/DEL REPLY

    1. 땅과 바다의 반사율이 다르므로 면적대비 1.2로 취급하는 것은 옮지 않음. (바다의 반사율이 클 것으로 예상되므로 1.2보다 작게 취급하여야 함.)
    2. 그림에서 땅과 바다가 흡수하는 에너지는 89PW 인데 아무리봐도 방출하는 에너지의 합은 88(12+40+26+10)PW.
    3. 반사되는 에너지 중의 일부는 다시 또 대기에 흡수될 것이다. (비선형 문제로 다뤄야 함)
    4. 지표면에 들어오는 에너지는 균일하지 않다. 즉, 극지방에 100만큼 설치하는것 보다 적도 부근에 50만큼 설치하는 것이 효과가 클수 있다. (땅과 바다로만 나누는 것은 충분하지 않다.)

    • snowall 2009.05.18 15:35 신고 EDIT/DEL

      1번은 일단 무시했구요
      2번은 저도 왜 그런지 모릅니다. 소수점 이하 잘라내기에서 사라져버렸겠죠.
      3번은 피드백 이론을 적용해서 풀어야 하는데, 그건 10분 고찰하고서 풀만한 문제가 아닙니다.
      4번은 역시 일단 무시했습니다.

      뭐...대단히 단순하게 해석했기 때문에 많은 오류가 있을 수 있습니다. 제 계산은 단지 추정을 위한 것이고, 어차피 기후 변화에 의한 효과는 수십년간 누적된 평균값을 관찰해야 하므로 반사율 문제라든가 에너지의 불균일성 문제는 평균을 취하면 사라지지 않을까 하는 생각도 있었습니다.

      지적 감사합니다.
      다음번에 이 글을 보강할 때는 말씀하신 것들을 고려해서 계산해보도록 하겠습니다.

  • apbank 2009.06.24 09:00 ADDR EDIT/DEL REPLY

    예전에 디스커버리 채널에서 이것과 관련된 실험을 하는 걸 봤습니다. 인위적으로 반사율이 높은 구름(기억으로는 바닷물을 증발시켜 구름을 만든 것으로..)
    을 만들거나 수많은 소형 렌즈를 우주공간에 뿌려서 지구로 오는 태양빛을 반사시킨다는 거였는데...그거 보고 "가능할지도..."라고 생각했었던 것 같습니다.

    • snowall 2009.06.24 11:21 신고 EDIT/DEL

      그건 좀 가능성이 있어 보이네요.
      저는 땅에다가 거울을 설치하는건 좀 힘들다고 판단했습니다.

  • 아카사 2011.09.28 01:13 ADDR EDIT/DEL REPLY

    ㅋㅋ,, 트랙백 타고 들어왔습니다. 어딘가에는 이에 대한 연구가 있지는 않을까 생각은 했어요;;ㅎㅎ
    기후변화개론 수업중 잠깐 지나가는 투로 우산효과하고 알베도 이야기가 나왔는데, 교수님이 알베도효과를 가지고 양성피드백을 꽤 길게 설명해서 비중이 좀 클줄 알았어요;; 근데, 생각만큼은 아니네요;; 솔직히 저는 '빙하가 녹은만큼만!'을 생각하고 있었거든요;;

    • snowall 2011.09.28 01:16 신고 EDIT/DEL

      사실 빙하 자체는 알베도에 미치는 영향은 적죠.

  • 랄라 2012.02.01 18:10 ADDR EDIT/DEL REPLY

    안녕하세요~ 알베도에 관해 궁금한점이 생겨 검색도중 방문하게 되었습니다!
    그렇다면 알베도가 높아지면 longwave radiation도 더욱 많이 방출되는 것인가요?
    감사합니다 :D

    • snowall 2012.02.01 19:03 신고 EDIT/DEL

      위키피디아(http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%8C%EB%B2%A0%EB%8F%84)에 의하면

      "특별한 언급이 없는경우 가시광선 영역의 평균값"을 의미합니다.

      따라서 알베도가 높아지면 파장이 긴 빛들도 더 많이 반사되겠죠.

      그런데 질문에서는 복사가 더 늘어나는 것인가를 물어보았으므로, 반사가 늘어난 것이 복사를 어떻게 바꾸는지 생각해 봐야 합니다.

      단순히 공기가 없다고 가정할 때 지표면의 알베도가 커지면, 지표면에 흡수되는 에너지가 줄어들게 되므로 지표면의 온도가 떨어져서 지표면에서 복사되는 에너지는 줄어들게 됩니다.

      공기가 있다고 하면, 지표면에서 복사되는 에너지는 줄어들게 되지만 공기에 흡수되는 에너지가 늘어나게 되고, 따라서 공기에서 방출되는 에너지가 늘어나게 됩니다.

      전체적으로 늘어날지 줄어들지는 정확히 따져봐야 알 것 같네요.