시간은 생성되는 것이다.

[eBook] 나우 : 시간의 물리학 - 지금이란 무엇이고 시간은 왜 흐르는가
리처드 뮬러 지음, 장종훈.강형구 옮김, 이해심 감수 / 바다출판사 / 2021년 8월

 우주에는 열역학 1법칙과 2법칙이 있다. 1법칙은 모든 에너지와 물질의 총량이 보존된다는 것이다. 빅뱅 이후 아주 작은 곳에 있던 물질과 에너지는 그 형태와 흩어짐은 매우 달라졌지만 그 양은 우주 공간이 아무리 넓어졌어도 같다. 그래서 우주는 공간이 커질수록 점점 차가워지고 있다. 제 2법칙은 엔트로피 법칙으로 우주는 엔트로피가 최대로 향하는 방향으로 나아간다는 것이다. 엔트로피는 확률상 가장 높은 상태로 가장 무질서한 상태다. 방의 한 공간에 좁은 공간에 뭉쳐 있던 연기가 시간이 지나면 방 전체로 번지는 원리다. 그래서 우주는 빅뱅 이전 매우 좁은 곳에 매우 높은 엔트로피로 뭉쳐있던 물질과 에너지가 빅뱅으로 공간이 무한히 펼쳐지며 엔트로피가 급격히 낮아지게 되었다. 우주의 역사는 어찌 보면 다시 예전처럼 엔트로피를 최대로 높여나가는 과정이라 볼 수 있는데 그래서 몇몇 과학자들은 그렇게 되면 다시 폭발적으로 공간이 늘어나는 빅뱅이 무한 반복되는게 우주라고 여기는 사람도 있다.

 우주는 공간도 에너지도 물질도 분명하지만 인간이 살면서 분명히 느끼는 시간이 불분명하다. 많은 물리 법칙들은 시간이 앞으로도 뒤로도 갈 수 있음을 허용하나 시간은 선형적으로 항상 앞으로만 간다. 어쩌면 시간이란 없는 건지도 모른다. 그냥 엔트로피가 커져 가는 과정에서 나타나는 환경의 변화를 인간처럼 진화 과정에서 감각이 생겨난 생물체는 시간처럼 감지하는 것인지도 모르겠다. 즉, 시간은 있는게 아니라 생명체가 주변 환경에 적응하기 위해 발명해낸건지도 모르겠다. 실제로 생명이 아닌 우주의 물질들은 당연히 시간이란 걸 인지하지 않을 것이고 아무런 빛도 들지 않는 즉, 환경의 변화 감지가 차단된 곳에 생물이 들어가면 시간 감각이 사라지게 된다. 

 책, 시간의 물리학에서는 시간에 대해 다소 독특한 주장을 펼치는데 저자인 리처드 뮬러는 시간이 공간처럼 우주의 탄생과 동시에 생겨난 것으로 생각한다. 그는 시간이 생성된다는 주장하는데 빅뱅으로 공간이 무한히 팽창한 것으로 시간도 같이 팽창한 것으로 생각한다. 그렇기에 우주의 탄생과 동시에 공간과 더불어 시간도 생성 된 것이고 그렇기에 우주의 모든 만물이 시간의 지배를 받는 것은 당연해진다. 우주는 지금도 상당히 빠르게 팽창하고 있기에 지금도 시간이 생성되고 있으며 매순간 팽창하여 생성된 시간이 지금을 구성한다. 그렇게 지금이 켜켜이 쌓여 과거를 구성하고 우주가 계속 팽창하는한 미래도 오기에 우주의 만물은 시간을 앞으로 향하는 것으로 인식하게 되며 우주가 다시 축소되어 시간이 거꾸로 가는 길도 없기에 역행도 없게 된다. 

 하지만 몇 가지 의문이 남는다. 그렇다면 우주가 팽창을 멈추게 된다면 시간의 생성도 사라지게 되는데 그러면 우주는 어떻게 될까. 우주가 팽창을 멈추어도 엔트로피의 증가는 상당히 오랜 기간 계속될텐데 의문이다. 그리고 팽창이 멈춘다고 해서 우리의 변화, 노화나 자연의 변화가 멈출지도 의문이다. 또한, 우주는 팽창이 가속화 하고 있다. 그럼 시간의 생성도 가속화한다는 것인데 우리는 여전히 1초를 예전처럼 같이 1초로 여긴다. 이게 가능한 것일까? 아니면 우주 전체의 시간이 동시에 같은 비율로 빨라진다면 실제로는 과거의 1초와 지금의 1초는 다르지만 우리는 그걸 같다고 인식할지도 모른다. 모두가 느렸다가 갑자기 같은 비율로 빨라진다면 여전히 우리는 서로의 속도가 같다고 생각할 것이기 때문이다. 

 책의 내용은 사실 어려운 면이 많고 좀 종교적이거나 신비주의적인 측면도 있었다. 하지만 시간에 대해 새로운 하나의 해석을 접한 것에 만족한다. 그런 측면에선 만족스러운 책이었다. 

제6의 멸종

최종 경고 : 6도의 멸종 - 기후변화의 종료, 기후붕괴의 시작, 2022 우수환경도서
마크 라이너스 지음, 김아림 옮김 / 세종(세종서적) / 2022년 1월

 대략 5억년 전에 지구에서 생명체가 폭발적으로 진화하며 번성했다. 하지만 이후 다섯 번 정도의 대멸종이 있었는데 그중 가장 끔찍했던 것이 페름기 대멸종이다. 90%이상의 생물이 멸종한 것으로 알려진 이 사건의 주범은 놀랍게도 극단적 '지구 온난화'다. 판게아로 지구가 하나로 연결되있던 당시 지구의 온도는 지금보다 6도 이상 높았던 것으로 추정되며 이로 인해 지구 상의 환경이 극심하게 변하여 멸종이 일어났다. 

 사건의 개요는 이렇다. 지금의 시베리아에서 마그마가 상당히 대규모로 넓게 분출한다. 그런데 이 마그마는 지층 틈사이로도 수백km를 파고들었다. 그러다 우연히 대규모의 석탄층을 만났는데 잠자던 이 층은 뜨거운 마그마와 만나 폭발하고 대규모 산소와 만나 그야말로 엄청난 불기둥을 내뿜는다. 대기에는 이렇게 엄청난 탄소가 보급된다. 이산화탄소와 황의 분출로 지상엔 강한 산성비가 대규모로 내며 생명체를 사멸시킨다. 여기에 달궈진 지층은 좀처럼 나오지 않는 염화메틸과 메틸브로마이드를 배출하는데 이는 성층권으로 올라가 오존층을 파괴한다. 이로써 지상의 생물들은 강한 자외선에 강한 산성비, 온난화로 인한 극초온에 시달리게 된다. 

 아무것도 살아남지 못한 지상에는 풀한포기 남아있지 않다. 대체로 가물었는데 어쩌다 폭우가 내리면 이것이 모든 토양층을 휩쓸고 지나가 대지를 불모지로 만들었다. 이런 육상의 풍부한 유기물은 폭우로 대량으로 바다에 유입되었는데 이로써 바다도 죽어버린다. 안그래도 고온으로 대양의 산소가 고갈되고 바닷물이 뜨거워져 아래로의 산소공급도 끊긴 상황이었다. 여기에 육지로부터의 부영양화로 녹조가 발생하고 산소는 더욱 고갈된다. 때문에 당시의 바다는 거의 무산소화가 되어 대부분의 바다 생물도 사멸한다. 이것이 페름기 멸종의 진상이다. 문제는 이것이 자연적이기는 하나 온실가스 배출에 의한 지구 온난화로 인함이었고 이것이 인위적으로 당시보다 10배나 빠른 속도로 인간에 의해 진행되고 있다는 점이다.

 책은 1도부터 6도까지 온도가 상승하면 지구에 무슨 일이 일어날 수 있는지를 보여주며 인간에게 하나하나 경고한다. 이 책은 2007년 정도에 나왔던 책인데 당시만 해도 어느 정도 희망이란 걸 갖고 있던 저자는 개정판을 내는 10년 후의 상황이 더욱 암울해지자 더욱 강한 어조로 책을 통해 경고를 한다. 온도가 올라감에 따라 상황은 더욱 심각해져 인류와 지구 상의 아무 죄 없는 생물들의 생존가능성은 낮아진다. 분야별로 정리해봤다.

1. 식량부족

 21세기 말까지 인간은 개체수가 100억까지 불어날 전망이다. 이들을 부양하려면 지금의 2배 정도의 식량생산이 필요하지만 기후 위기로 식량생산량은 줄어들 전망이다. 당초 2도 정도까지의 기온 상승이라면 이산화탄소 비료 효과로 식물이 오히려 더 잘 자랄 수 있다는 기대찬 희망이 있었는데 결과적으로 그렇지가 못하다. 여기에 이산화탄소가 식물이 과공급되면 다른 미네랄 함량을 떨어뜨려 작물의 영양가마저 떨어지게 된다. 기온이 급상승하면 밀, 옥수수, 콩, 쌀 등 인간의 주산물이 견딜 수 있는 내열한계를 넘어서게 되어 사실상 노지재배가 끝장나게 된다. 

 물론 이들의 재배지를 북상으로 옮긴다는 현실적인 대책이 있긴 하다. 하지만 시베리아의 토양은 개척된 적이 없으며 기후만 적합해질 뿐이지 토양이 재배에 적합한지도 미지수다. 또한 상당수의 가축들도 열로 인한 스트로스와 가뭄, 질병의 창궐로 지금처럼 많은 식량을 제공하지 못할 가능성이 크다. 방법은 재배지를 사전에 북상시키고 미리 경작 준비를 해 놓는 것, 그리고 유전자 조작으로 내열성과 가뭄에 잘 견디는 품종의 개발, 다소 비현실적일 수 있지만 수직농업이나 배양육처럼 실내에서 식량을 보급하는 것을 강구하는 것이다.

2. 식수부족

 인간의 민물의 의존하며 지구 상의 중요한 강들은 많은 경우 산악빙하에 유량을 의존하기도 한다. 산악빙하가 기온 상승으로 고갈하면 아랄해와 중앙아시아 타림 분지의 강유역들, 인더스, 갠지스, 바라마푸트라 강의 유량이 크게 줄 것으로 예상된다. 특히, 인더스, 갠지스, 브라마푸트라 강은 9억의 인구가 의지하는 강이다. 

 기온이 계속해서 오르면 빠른 증발로 지구 표면은 점차 건조기후화 할 것으로 추정된다. 아프리카의 좁은 지역과 남미 일부와 뉴기니섬, 방글라데시와 인도 중부, 캄보디아 서부와 중부는 오히려 강수가 증가한다. 그리고 알래스카와 캐나다 서부와 중부, 영국, 스칸디나비아, 시베리아, 한국과 일본 지역은 오히려 강수가 보통수준을 유지한다. 하지만 그 외 나머지인 지구의 절대 다수 지역은 강수가 크게 감소한다. 지중해와 호주, 남아프리카, 남미는 건조화한다.

 특히, 놀라운 것은 아마존의 건조화 가능성이다. 아마존은 상당한 생물량으로 1500-2000억 톤의 탄소를 저장중이다. 기온 상승으로 인하 기후 변화로 이 지역은 점자 강수량이 줄고 있는데 물이 부족하면 나무의 생장저해로 숲의 탄소저장 효과가 무려 10억톤가량 감소한다. 아마존 뿐만 아니라 현재 열대상록수림의 2/3이 강우량이 감소하고 있다. 아마존은 내부에서도 벌채가 상당히 진행중인데 이로 인해 건조한 사바나로 변할 가능성이 있으며 이렇게 된다면 탄소를 흡수하는 것에서 방출하는 방향으로 역할이 변해 지구 온난화에 양의 되먹임을 하는 주요 지역이 되어 버린다.

3. 바다의 산성화와 산소고갈

 여름 날 바깥에 나둔 탄산 음료의 운명이 그러하듯 액체는 기온이 높아질 수록 기체를 녹이지 못하고 방출한다. 바다도 그러하므로 기온이 상승할 수록 바다의 기온이 상승하여 산소가 없는 죽음의 공간이 넓어진다. 반면 대기 중에 이산화탄소는 너무 많아져 이것이 바다에 녹아들어가 바다를 산성화시킨다. 

 바다가 산성화하면 가장 먼저 탄산칼슘을 이용하여 몸의 형태를 구성하는 생물들에 가장 큰 영향을 미친다. 문제는 이들이 바다 생태계의 가장 하부이자 중추적 역할을 하는 플랑크톤이나 크릴새우들이라는 것이다. 이들이 죽으면 바다 생태계는 아래부터 붕괴되어 아무것도 생존하기 어려워진다. 또한 산호초 역시 사멸하고 있다. 높아진 바다의 기온으로 산호는 죽고 있다. 산호군은 놀랍게도 달의 위상과 주변 환경을 이용하여 멀리 떨어진 군락들이 서로 동시에 정자와 난자를 배출하여 수정하는 방식으로 번성한다. 하지만 해수온도 상승으로 이 동시성에 문제가 생겨나고 있으며 그로 인해 1970년대 이후 산호의 번식성공률은 80%이상 감소했다. 산호를 볼 수 있는 날이 얼마 남지 않은 셈이다.

4. 생물군의 절멸

 생물은 주변 환경에 맞게 진화했으며 여기엔 당연히 기후대가 가장 결정적인 역할을 한다. 그런데 자신들에게 적합한 기후대가 점차 북상하고 있다. 온난화 때문이다. 온난화로 동식물의 적합 서식지는 10년 간 극지로 약 17km이동했고 고도는 10m나 상승했다. 문제는 생물종이 이를 따라가진 못한다는 점이다. 연구 결과 조류와 나비는 각각 212km, 135km나 뒤쳐졌다. 날아다니는 녀석들이 이 정도이니 걷지 못하는 식물이나 이동에 제약이 많은 육상동물의 사정은 더하면 더했지 못할리가 없다. 이들의 이동이 쉽지 않은 것은 자신에게 적합한 모든 환경이 여기에 있기 때문이다. 인간이야 자동차나 걸어서 조금만 이동해도 모든 식량과 집등 생존에 필수적인 것들이 있지만 자연 생물은 그렇지 않다. 갑작스런 원거리 이동은 죽음을 의미한다. 그렇기에 쉬운 이동이 어려운 것이다. 

 여기에 폭염은 이들의 생식력 마저 감소시킨다. 한번의 폭염은 딱정벌레의 생식력을 절반을 줄이고 두 번의 폭염은 이들을 거세시킨다. 질병도 창궐한다. 양서류인 개구리, 도롱뇽은 전염성 피부염으로 개체군이 크게 줄었다. 최소 501종의 양서류가 기온 상승으로 멸종했고 124종은 90%이상 개체수가 줄었다. 

 주요 곤충군은 40%이상 감소했는데 이들은 인간이 주요 식량원으로 삼는 작물의 수정을 담당하기에 식량 수급에도 상당한 영향을 미치게 된다.

5. 해수면 상승

 기온이 지금처럼 상승하면 그린란드의 빙하와 산악빙학, 북극의 방하, 남극의 빙하가 녹아 해수면이 수미터 상승할 것으로 예측된다. 그러면 세계 각 지역의 해안 혹은 강가 근처의 인구는 늘 위험체 노출되게 된다. 피신해야 할 인구는 10억 이상이다. 이미 세계 각국의 정부들은 해안에 방어선을 구축 중인데 이를 유지 보수하는데 천문학적 비용이 소요되어 경제성장에 악영향을 미칠 전망이다. 

 미 해안 지역에서 해수면 상승에 맞서기 위해 향후 20년간 필요한 돈만 최소 4천억 달러로 추정된다. 그간 부동산 업자들은 해안지역과 하천 주변에 마구잡이로 주택을 지어 고가에 팔아왔는데 이 엄청난 자산이 좌초 자산이 될 가능성이 높다. 

 해수면 상승은 문화유적과 자연유산도 파괴한다. 카르타고의 유적, 베네치아와 그 지역의 석호, 이스터섬의 조각상, 헤르클라네움의 로마 유적, 티레의 옛 도시, 런던 탑, 자유의 여신상, 시드니의 오페라 하우스가 모두 보존이 어렵다. 

6. 질병 창궐

 기온이 올라가니 당연히 질병이 는다. 기온이 3도만 상승해도 지구의 1/3에 해당하는 지역에서 매년 20일 이상 죽음의 문턱에 해당하는 기온과 습도에 인간이 노출된다. 당연히 일사병과 열사병으로 인한 사망자 수가 급증하게 될 것이다. 특히, 선진국 지역에서는 에어컨이 있는 지역에 머물면 되지만 그렇지 못한 지역의 사람들과 하층민들은 극도의 열스트레스로 인한 죽음에 노출될 것이 뻔하다. 여기에 이렇게 높은 기온은 사람들의 경제활동을 방해하게 된다. 여름철이면 노동이 가능한 시간이 아침 저녁으로 크게 줄어들 것이며 이로 인해 생산저해효과는 날이 갈수록 커질 것이다. 

 모기에 의한 뎅기열은 내부출혈을 일으킨다. 바이러스성이라 항생제 효과가 없다. 이 병은 1970년대 9개 나라에 있었으나 지금은 100개 나라의 풍토병이다. 기온 상승 때문이다. 매년 3억 9천만의 뎅기열 환자가 온난화로 생길 것이며 어린이 사망자만 1만 2천에 달할 것으로 추정된다. 이는 뎅기열을 감염시키는 흰줄숲모기와 이집트 숲모기의 서식지가 온난화로 넓어졌기 때문이다. 한가지 더 무서운 사실은 지구 온난화가 극심화하면 지금의 열대 지역은 모기도 살 수 없을 정도로 더워진다는 사실이다. 뎅기열과 더불어 말리리아도 확산할 것이다.

7. 정치적 혼란

 온난화로 식수 및 식량 수급에 문제가 생기면 이 사단에 가장 적은 기여를 한 가난한 나라가 먼저 붕괴하게 될 것이다. 2000년대 후반 식량과 에너지 가격이 폭등하며 북아프리카 및 중동의 가난한 독재 국가들은 가장 먼지 정치체계가 붕괴했다. 이후 이 지역에서 대량 난민이 발생해 이들이 가장 가까운 선진사회인 유럽으로 이동했고, 이 난민에 대한 반감으로 극우정이가 유럽사회에서 세력을 키우게 되었다.

 온난화로 식수가 고갈되고 이로 인해 식량 자급이 어려워지면 사람들은 당연히 생존을 위해 이주를 하려 할 것이다. 이주에는 국경을 초월하게 될 가능성이 높으며 식량 및 식수가 간신히 자급이 가능한 주요 선진국들은 문을 걸어 잠글것이 자명하다. 당연히 내부에서는 생존을 위해 외부인을 혐오하고 차별짓는 정치가 횡횡할 가능성이 높다. 저자는 이를 에코파시즘이라 칭했는데 매우 그럴듯하다. 

문과생의 과학분투기

문과 남자의 과학 공부 - 나는 무엇이고 왜 존재하며 어디로 가는가?
유시민 지음 / 돌베개 / 2023년 6월

 한국 대부분의 문과생이 그렇듯 그 대단한 유시민 작가님도 수학과 과학, 특히 수학이 안되서 문과를 선택했다. 그리고 태생적으로 문과는 과학과 수학이 잘 안맞기도 하고 선택의 시기인 이때 다소 버림받은 느낌이 들어 과학 수학을 오래도록 거부한다.(공부 잘하는 문과생도 대개 수학이 어려워 문과를 간다고 하지 사회, 영어, 국어 등이 너무 좋아서 간다고 하진 않는다. 그런데 이과생도 그렇다. 그들도 과학 수학이 정말 좋다고 하기보다는 그냥 되서 간다고 하는 경우가 태반이다. 그렇다면 대체 누가 수학 과학을 좋아하는 것일까)  

 하여튼 이런 유시민도 결국 과학 책을 보고 만다. 상당수의 문과생들이 수학과 과학을 고교시절 보고 안보는 경우가 많은데 그의 지적 욕구와 개방성은 아무래도 이걸 허락치 않은 것 같다. 그리고 유시민 작가가 책에서 말한 것처럼 인문학이 과학에 미친 영향보다는 과학이 인문학에 미친 영향이 훨씬 더 지대하며 이건 앞으로도 마찬가지 일 것이다. 그도 그럴만한 것이 인문학은 인간에 대한 학문으로 인간에 대한 이해가 전제 조건으로 필요한데 이런 기본 지식을 제공하는 것이 과학이기 때문이다. 인간은 지구 역사상 가장 뛰어난 생존기계로 진화의 부산물로 대단한 지능과 그로 인해 유전자의 지시를 넘어서는 행위가 가능하다. 이것을 설명하는게 진화론이나 진화심리학이다. 그리고 인간의 행위는 뇌에서 비롯되는데 이런 뇌의 원리를 파악하는게 뇌과학이며 더 근원적으로는 우리 행성과 우주가 생겨난 원리, 그리고 우주가 언젠가 사라짐을 모두 설명하는게 과학이다. 이것에 대한 근본 이해가 없는 인문학은 다소 공허하다.

 그래서 유작가는 이번 책에서 인문학은 인간이 자기 자신을 이해하려는 욕망의 산물이며 그렇기에 인문학이 사라지는 일은 없겠으나 과학이 새로 찾아내고 발견한 사실을 이해하고 수용하지 않고, 과학과 소통 교류를 거부한다면 대학의 인문학은 그 존재 근거를 잃을 것이라고 말한다. 이런 생각하에 유작가는 자신이 읽은 과학책과 인간에 대한 이야기를 풀어나간다. 그는 생각보다 많은 과학책을 읽었는데 어쩐지 엠비씨 뉴스외전에서 뜬금없이 엔트로피로 정치를 비유했는데 평소의 이런 내공에서 나온 것이라 생각된다.

 이런 관점에서 그는 인문학을 과학의 관점에서 바라보며 이를 책에서 버무려나간다. 여러 부분이 다 재밌었지만 진화론에 대한 좌파와 우파의 관점이 인상깊었다. 좌파와 우파는 모두 진화론을 오염시켰는데 우파는 진화론을 적극적으로 오용하며 이용했고 좌파는 이런 점의 비윤리성 때문에 진화론을 배격했다. 우파는 경쟁을 옹호하며 인간사회를 생존경쟁의 장으로 파악하고 격차와 불평등이 발전의 원동력이자 피할수 없는 것이며 그 결과를 정당한 것으로 생각한다. 그래서 이들은 사회적 약자를 불우히 여기기는 하나 승자와 대등한 존재로 보진 않는다. 반면 좌파는 사회적 약자와 착취당하는 자를 만드는 구조를 불순히 여기고 이들을 대등한 존재로 보며 다양한 가치를 옹호하고 불평등을 줄이려고 한다. 

 이런 우파에게 진화론은 사회적 다윈주의로 오용되기 매우 적합했다. 스펜서의 적자생존이나 골던의 우생학이 그러했다. 사회다윈주의는 사회를 개선한다는 미명하에 열등한 개체를 제거하고자 하는 우생학과 결합한다. 그래서 불과 100여년 전 유럽이나 미국에선 장애인에 대한 불임수술이 자행되기도 했다. 그리고 이는 전체주의와 손을 잡아 인종차별과 노예제도를 정당화하는 도구가 되고 만다. 이런 우파의 자행으로 인해 좌파는 진화론을 아예 배격하게 된다. 하지만 진화론은 도덕과는 무관하며 단순히 어느 종과 어느 개체가 더 살아 남아 가지고 있는 유전자를 더 잘 전파하느냐에 관한 것이다. 

 다음으로 재밌던 부분은 화학 부분이다. 화학은 물질의 조성과 구조, 성질, 관계, 변화를 연구하는 학문이다. 우주에 존재하는 원자들은 상당히 불안정한 경우가 많아 서로 결합하는데 그로 인해 다양한 분자가 생겨나고 여러 물질이 생겨나고 생물이 존재하게 된다. 원자의 결합은 둘 이상의 원자가 서로 전자를 공유하는 공유결합과 전자를 방출하거나 흡수해 양이온, 음이온이 된 원자들이 서로 다른 극이 되어 끌어당겨 결합하는 이온결합이 있다. 공유결합은 대개 분자화합물이 부드러워 액체나 기체가 많은 반면 이온 결합은 고체인 경우가 많다. 

 물은 산소와 수소의 결합인데 산소가 수소와 공유하는 전자를 자기 쪽으로 살짝 끌어 당기게 된다. 그래서 물은 전체가 전기적으로 중성이나 부분적으로는 산소쪽은 음전하, 수소쪽은 양전하를 띠게 되어 극성분자가 된다. 그렇기에 물과 닿는 다른 물질들은 이 극성에 의해 이리저리 찢겨나가게 되어, 쉬운 말로 물에 녹게 된다. 그래서 물은 생명의 요람이 되었고 다양한 음료수가 될 수 있으며 세척 기능을 갖는다. 

 전자를 좀 더 살펴보면 개개의 전자는 음극으로 서로 같이 붙어 있기 어렵다. 하지만 자전하는 방향인 스핀이 서로 반대이면 두 개 가진 같이 있을 수 있는데 이런 식으로 전자들은 같은 극임에도 원자의 궤도에 쌍으로 붙어 있을 수 있게 된다. 원소 주기율표의 한 주기는 대개 전자껍질 한 층에 해당한다. 전자껍질 한 층에 여러 개의 오비탈이 있는데 1층엔 오비탈이 한 개여서 전자가 두 개만 있다. 2층과 3층은 전자가 8개, 4층과 5층은 전자가 18개 있으며 6층과 7층은 32개다. 원자는 최외각 층의 모자라거나 남는 전자를 어떻게든 처리하려 하며 이로 인해 결합이 발생한다. 

 예로 산소는 전자가 8개로 1층 2개 2층 6개로 2층에 2개 전자가 모자란다. 그래서 다른 산소 원자와 2층에 전자 두개를 공유해 산소분자를 이룬다. 그래서 자연상태에서 산소는 거의 분자로만 존재한다. 원소상태론 태생적으로 불안하기 때문이다. 수소도 그렇다. 수소는 전자가 1층에 1개이니  1개가 모자란다. 그래서 같은 수소와 전자를 공유해 수소 분자로 대개 존재하게 된다. 

 탄소는 양성자가 6개로 전자가 6개다. 그래서 1층에 두 개 2층에 4개로 4개의 전자가 부족하다. 하자민 탄소는 전자가 원자핵과 비교적 가까이 있어 전자를 탐하면서도 잘 깨지지 않는다. 그래서 DNA처럼 때로는 쪼개져야 하나 안정성도 상당히 유지해야하는 물질의 재료로 걸맞다. 그래서 지구상의 생명체는 탄소기반이다. 여기에 탄소는 여러모로 다른 것들이 붙기에 좋아 상당히 다양한 물질을 만들어 낼 수 있다. 생명에 더욱 적합한 것이다. 

 책에는 작가 유시민이 과학책을 읽으며 인문학을 더욱 깊이 이해하게 되고 얻은 여러 통찰이 나오며 그가 추천해주는 과학책도 많은 호기심을 자극한다. 나도 과학책을 좀 봤다고 생각하는데 유작가의 절반 수준에 불과한 것 같다. 이걸 책 말미에 목록으로 정리해주었으면 더 좋았을 것 같다. 유시민의 책 중 특별한 책이었다.  

기후위기 대응에 늦은 한국

기후 1.5℃ 미룰 수 없는 오늘 - 생존과 번영을 위한 글로벌 탄소중립 레이스가 시작됐다!
박상욱 지음 / 초사흘달 / 2022년 7월

 파리협약에서 당사국들은 기존 2도 상승에서 목표를 0.5도 더 낮추어 1.5도로 설정했다. 이는 상승온도 불과 0.5도 차이에도 피해가 더욱 크게 발생하기 때문인데 0.5도 기온이 더 상승하면 극단적 폭염에 노출되는 인구가 세계에서 4억 2천만이 증가하고 식물, 곤충, 동물의 멸종 위험도 2-3배나 높아지며 어획량도 2배나 감소하기 때문이다. 

 온난화로 인한 피해는 탄소가 대기 중에 켜켜이 쌓이며 상승곡선을 타고 있다. 2012년까지 0.78도가 상승했는데 불과 8년 뒤인 2020년엔 무려 1.09도 기온이 상승했다. 1901년에서 1971년까지 해수면은 연간 1.3mm상승했지만 2000년에서 2018년까지는 무려 연간 3.7mm 상승했다. 현재 기온 1.09도 정도의 상승만으로도 불러온 효과는 이젠 모두가 체감할정도로 극적이다. 50년만에 한 번 오는 극단적 고온은 4.8배 증가했고 10년 만에 오는 폭우는 1.3배, 가뭄은 1.7배가 증가한다. 

 목표대로 1.5도 상승만으로 막는다 해도 극한 고온은 지금의 8.6배, 폭우는 1.5배, 가뭄은 2배 증가한다. 2도 상승이면 극한고온은 무려 14배가 증가한다. 현재 현실적인 시나리오에 따르면 갖은 노력에도 21세기 후반 전체적으로 2.5도 상승이 예상된다. 동아시아는 2.7도 상승예정이다. 이 경우 강수향은 4%증가하는데 동아시아는 6%증가하게 된다. 만약 아무런 노력이 없이 지금 추세대로 탄소를 내뿜는다면 지구온도는 거의 6.9도 상승하며 한반도 지역은 7도 상승하며 강수량은 7%증가하나 한반도 지역은 14%나 증가하게 된다.  

 탄소중립노력이 성공한다면 손 꼽히게 더운 날은 50일 증가하고 실패한다면 130일 증가한다. 추운날은 무려 20-33일이 감소하며 반대로 비가 손 꼽히게 많은 날은 1.2-2.5일 증가하게 된다. 동아시아의 강수량은 75.7에서 984로 증가하고 강수일수는 125.4일에서 117.1일 줄어든다. 즉, 집중호우가 많아진다는 것이다. 온난일은 일 최고 기온이 현재 시점 사우이 10%인 날이며 온난야는 일 최저 기온이 현재 시점 상위 10%일 날이다. 탄소 중립이 이뤄지면 온난일은 21세기 중반 66.8일이 되며 후반이 되면 74.4일로 현재의 2배가 된다. 

 일기 예보에서 매일 같이 말하는 평년은 최근 30년의 평균값을 말한다. 꽃의 개화시기는 날이 갈수록 빨리지고 있는데 매화는 2011-2020년 평균 3월 12일에 개화했는데 이는 1980년대보나 무려 21일이 빨라진 것이다. 1980-2010년보다 1990-2020은 평년이 10년 차이이다. 하지만 변화는 크다. 연평균 기온은 0.3도, 폭염일수는 1.7일 열대야는 1.9일 한파는 1.9일이 줄어들었다. 봄은 87-91일 여름은 114일에서 118일 가을은 70일에서 69일 겨울은 94일에서 87일이 되었다. 가을 겨울이 줄어들고 있는 것이다. 봄여름가을겨울의 구분법은 다음과 같다. 봄 여름은 일 평균기온이 각각 5도 20도로 올라간 후 다시 떨어지지 않는 첫 날이 그 시작이다. 반면 가을 겨울은 일 평균 기온이 각각 20도 5도 미만으로 떨어진 후 다시 올라가지 않는 첫 날이 시작일이다. 

 지구 온난화로 한국의 침엽수림은 고사하고 있는데 지난 20년간 고산 침엽수림 분포면적은 25%줄어들었다. 전국 구상나무 33%, 분비나무 28%, 가문비나무 25%가 고사를 시작했다. 침엽수는 상록을 유지하기에 수분 공급이 중요하다. 하지만 온난화로 겨울철 눈이 쌓이지 않고 빠르게 녹아 증발하면서 수분 공급이 줄어들어 고사의 주 원인이 되고 있다. 

 세계 에너지 총회는 매년 에너지의 건전성을 평가한다. 에너지 안보30%, 에너지 형평성 30%, 환경적 지속 가능성 30%, 국가고유특성이 10%이다. 한국은 2019년 71.7위로 37위인데 OECD 36개국 중 31위다. 특히, 안보와 지속 가능성에서 낮은 점수를 받았다. 세계식량안보지수 평가결과에서도 한국은 73.6점을 받았다. 아시아는 인구가 빠르게 증가하고 있어 기후변화로 인한 작황악화시 식량 자급이 불가능하다. 

 기후위기는 식량위기이기도 하지만 경제위기이기도 하다. IMF는 기온 상승이 공업과 제조업의 생산성을 약화시킨다고 보고 있다. 낙후 지역일 수록 이것이 심해 경제가 양극화 한다. IMF는 기온 상승에 악영향을 받는 산업 분야로 농업, 임업, 광업, 제조업, 건설업, 운송업을 지목한다. 기후리스크는 불확실성을 증대시켜 투자를 위축시킨다. 또한 홍수 가뭄등으로 일반 가정은 피해를 입어 이를 회복하느라 소비가 위축되며 이상 기상현상은 기상을 악화시켜 수출입에도 혼선을 준다. 극단적 재해재난은 근무가능시간을 줄이며 노동력 공급이 줄고 식량 생산도 악화시켜 경제는 전반적으로 악화되게 된다. 또한 재난재해의 발생과 그것에 대한 지원 및 사회방어시설 구축으로 사회자본이 기술발전이 아닌 복구에 집중되게 되어 발전도 저해된다. 

 2021년 화석연료로 인한 대기오염으로 18%의 사망자가 발생했다. 2018년엔 그 수가 세계적으로 870만에 달한다. 한국도 14세 이상 사망자 중 화석연료로 인한 대기오염으로 인한 사망자가 30.5%나 된다. 500메가와트 급의 대규모 석탄화력발전소는 1983-2020년까지 사회적 비용을 17조 8천억 발생시킨 것으로 추정된다. 그리고 1만명 정도가 이로 인해 조기 사망했다. 한국의 12개의 석탄발전소는 매년 4만 5천톤의 이산화황을 4만 8100톤의 질소화합물을 3000톤의 미세먼지를 발생시킨다. 석탄발전소는 매년 600kg의 수은도 발생시키는데 이것의 절반 가량이 땅과 담수 생태계에 축적된다. 연간 1헥타르의 땅에 125밀리그램의 수은이 농축되면 위험 수준인데 시뮬레이션 결과 이 수치를 넘는 지역이 2700km2에 달하고 여기 사는 인구만 37만 6천명이다. 한국의 석탄발전소는 향후 30년간 더 운영될 예정인데 그 과정에서 1만 6천에서 2만 2천명이 조기 사망할 것으로 예측된다. 

 기후위기는 전염병과 곤충, 동물에도 영향을 미친다. 기온이 오르면 곤충은 생존력이 감소하나 개체수가 늘어 사람과 접촉이 늘어난다. 병원균은 부화율도 올라가고 전이계절도 늘어나며 분포도 늘어 더 많은 감염을 일으킨다. 쥐 역시 겨울이 따뜻해져 생존력이 올라가 사람과의 접촉이 늘어나게 된다.  

 향후 탄소 감축을 위해 유럽 연합을 중심으로 탄소세가 도입된다. 이산화탄소 배출권을 놓고 거래가 이뤄지는데 탄소 감축의 압박이 커질 수록 탄소배출가격은 상승할 여지가 크다. 이산화 탄소 가격은 선진국을 기준으로 2025년 톤당 75달러에서 205년이면 250달러에 도달할 것으로 추정된다. 한국은 재생에너지로의 발걸음이 늦어 지금처럼 머뭇거리다간 상당한 예산을 탄소세로 물어줘야하는 곤경에 처하게 된다. 이 금액은 2030년 한해에만 4조원에 달할 것으로 예상된다. 매년이다. 한국은 다른 나라에 나무 심기 및 국제탄소권 매입으로 이를 해결하려고 하는데 결국 매년 막대한 국부가 유출되는 형국이다. 

이메일에도 석탄이 필요하다

‘좋아요’는 어떻게 지구를 파괴하는가 - 디지털 인프라를 둘러싼 국가, 기업, 환경문제 간의 지정학
기욤 피트롱 지음, 양영란 옮김 / 갈라파고스 / 2023년 3월

 지구온난화의 압도적 주 요인은 에너지 사용이다. 산업, 교통, 건물의 에너지 이용이 온실가스 배출의 75% 가까이 되며 나머지 25% 정도가 먹거리인 농축산업에서 배출된다. 기후 위기 책 상당수는 비중이 낮음에도 농축산업에 집중한다. 아무래도 동물의 고통에 대한 공감, 그리고 먹을 거리 정도는 개인 차원에서도 당장 어떻게 해볼 수 있기 때문일 것이다. 내가 당장 채식을 하긴 쉬워도(물론 매우 어렵다)산업이나 건물은 당장 어떻게 해볼 도리가 없다. 그래서인지 온실가스 배출의 75%나 되는 산업에 대한 비판이나 주목은 상대적으로 적은 편인데 그 중에서도 디지털 산업에 대한 지적은 상당히 적은 편이다.

 이는 디지털이 탈물질산업으로 여겨져 직접적인 탄소배출과는 크게 관련이 없어 보이기 때문이다. 편지 하나만 봐도 그렇다. 전통적 아날로그 방식의 편지는 종이를 사용하고, 이를 우체부가 탄소를 배출하는 교통 수단으로 장거리 이동하여 배송한다. 하지만 이메일은 약간의 전기를 사용하여 기기를 이용해 작성하고 보내면 끝이다. 받는 쪽에서도 매우 약간의 전기 만을 사용할 것이다. 여기에 탄소 배출이 있다면 얼마나 있을까 싶지만 실상은 그렇지 않다. 우선 제조과정에서 많은 자원과 탄소를 배출하는 컴퓨터가 세계적으로 생산되어있어야 한다. 거기에 인터넷 망을 통해 배송되니 상당한 길이의 광섬유 케이블이 필요하고, 여기에 이메일을 무료 제공하는 플랫폼이 운영하는 거대 서버와 데이터센터가 요구된다. 여기서 배출되는 탄소를 이메일 하나당으로 계산한다면 과연 아날로그 방식보다 적을지 의문이다. 탈물질산업으로 여겨지는 디지털 산업은 이처럼 상당히 철저하게 엄청난 물질 인프라를 필요로 한다. 이런 디지털의 물성을 탄소 배출의 측면에서 고찰한 것이 책 '좋아요'는 어떻게 지구를 파괴하는가 이다. 

 책인 서두부터 기후세대를 비판한다. 이들은 Z세대로 출생 때부터 디지털 기기와 함께 자라났으며 인터넷 이전의 시대를 알지 못한다. 이들은 기후 위기를 일으킨 앞 세대를 비판하며 어느 세대보다도 기후 위기에 민감하지만 역설적이게도 이들 세대가 기후 위기에 앞장서고 있다. 기후 위기세대는 어느 세대보다도 육식을 즐기고, 해외여행에 적극적이며 디지털 기기를 항상 끼고 살기 때문이다.(이들은 하루 7시간 22분을 여러 가지 기기가 제공하는 화면 앞에서 소모한다) 이들이 좋아하는 이 세 가지는 모두 상당량의 탄소를 배출한다. 때문에 저자는 기후 위기 세대로 인해 기후 위기는 더욱 심화할 것으로 예상한다. 

 디지털 산업의 총 전력소비는 2025년이면 전체의 20%에 해당할 것으로 예측된다. 게다가 성장세도 엄청나서 매년 전력소비가 5-7%상승하고 있다. 4차산업혁명의 여파로 자율주행차와 사물인터넷, 5G통신, 인공지능, 로봇의 개발과 시장이 더욱 커질 것이므로 전력 소모의 증가는 이 예상을 한창 웃돌 수도 있다. SNS상에서 내가 찍은 좋아요는 바로 옆 기기로 거의 동시에 불과 수미터를 이동할 수 있다. 하지만 실제 이동은 그렇지 않다. 나의 좋아요는 해저케이블로 이동하고 이통사업자나 인터넷 모뎀의 4G안테나를 거쳐 건물의 공유기에서 인도 아래의 구리관으로 이동한 후 데이터 센터으로 이동하고 나서야 다른 기기로 이동한다. 고작 수미터 이동을 위해서 디지털 메시지는 실제로는 수천km를 이동하는 셈이다. 

 디지털 기기의 대표주자 스마트폰은 그 제조과정에서 상당한 자원을 소모한다. 스마트 폰에는 이름처럼 온갖 기능이 들어가있는데 캠2개, 마이크3개, 적외선 센서1개, 근접성 탐지기1개, 자기계1개, GPS, Wifi, 블루투스, 4G통신 같은 기능이 기본이다. 이를 위해 스마트폰에는 금, 리튬, 마그네슘, 규소, 브로민등 무려 5가지 이상의 원자재가 들어간다. 그리고 모든 디지털 기기를 연결하는 통신망인 케이블, 라우터, 와이파이, 접속단자, 데이터 센터등의 구축은 그야말로 어떤 산업보다도 엄청난 물질적 인프라를 요구한다. 이 거대 하부구조가 독식하는 지구 자원은 엄청난데 구리 12.5%, 알루미늄7%, 팔라듐15%, 은23%, 탄탈럽40%, 안티보리41%, 베릴륨42%, 루테늄66%, 갈륨70%, 저마늄87%, 터븀88%에 해당한다.

 더군다나 디지털 기술은 빠르게 발전한다. 때문에 세대교체가 빨라 이 거대 인프라는 빠르게 구식 폐기물을 양성한다. 1995-2015년가지 웹사이트 페이지의 무게는 무려 115배 증가했는데 이는 부하되는 데이터의 소모나 기능의 요구량이다. 때문에 각 디지털 기기는 과거보다 새로운 사이트나 플랫폼에 들어갈 때마다 더 많은 명령행을 요구받으며 느려지고 이 때문에 사용자는 더 나은 기기를 빠르게 요구받게 된다. 지난 30년간 컴퓨터의 수명은 11년에서 4년으로 짧아졌는데 스마트폰의 수명은 이보다 더 짧을 것이다. 스마트폰은 매년 15억개가 판매될 정도로 교체가 잦은 소모품이다. 여기에 제조업체들은 디지털 기기의 오랜 사용을 보장하지도 않는다. 이들은 빠른 기기 교체 사이클을 유지하기 위해 스프트웨어를 교체하고 이전 기기가 이 소프트웨어에 적합하지 않게 설계한다. 또한 하드웨어 측면에서도 이전 기기의 예비부품을 충분히 제공하지 않음으로써 사실상 사용자로 하여금 빠른 기기 교체를 강제한다. 

 때문에 저자는 품질 보장기간을 연장하고, 새로운 프로그램을 출시해도 이것을 향후 10년간 과거 프로그램과 호환가능하게 하는 규정을 만들어야 한다고 주장한다. 또한 기업이 시장에 내놓은 기기에 대한 부속품을 반드시 제공하도록 강제해야 한다. 페어폰이란 것이 있는데 이는 전화기가 친환경적이고 금속이 윤리적인 방식으로 채굴된 것을 의미한다. 디지털이 내뿜는 탄소를 줄이기 위해선 우리는 가급적 페어폰을 쓰고 그 주기를 7-8년 정도로 유지해야한다. 

 저자는 우주의 암흑물질에 빗대어 디지털 산업의 MIPS개념을 제시한다. 이는 보이지 않는 디지털 서비스 단위당 투입된 물질을 의미한다. TV 한 대의 MIPS는 1:200-1:1000 정도다. 하지만 스마트폰은 1:1200에 달한다. 가장 심한 것은 반도체 칩인데 고작 2g짜리 칩의 제작을 위해 32kg의 원자재가 필요하다. 이는 1:16000의 비율이다. 디지털 산업의 기반인 이 칩을 한국의 삼성, 대만의 TSMC, 미국의 인텔등이 매년 1조개 정도를 만들어 낸다. 반도체의 웨이퍼는 원료가 되는 규소는 채굴과정, 섭씨1400도에서의 용해, 극 자외선을 만드는 기계에 사용되는 빛 에너지와 수십차례의 판 세척등의 공정을 거치며 완성되며 이 과정에서 에너지를 엄청나게 소모한다. 집적회로는 제조 단계마다 탈 이온수로 세척해야 하므로 막대한 물이 소요되고 대만의 TSMC는 매일 15만 6천톤의 담수를 사용한다. 몇 년 전 대만이 가뭄위기로 난리가 났을 때도 TSMC에 물을 몰아준 이유다. 

 디지털 플랫폼의 핵심엔 데이터 센터가 자리한다. 전 세계에는 수백만개의 데이터 센터가 존재한다. 이는 우리가 데이터를 상당히 많이 생산하기 때문인데 우리는 하루에 5엑사바이트의 데이터를 양산한다. 이는 데이터 시대의 시작부터 2003년까지 인류가 생산한 데이터의 총량과 같다. 그걸 매일 생산하는 것이다. 인간은 분당 페이스북 로그인 130만회, 구글검색 410만회, 유튜브 시청 470만회, 온라인 쇼핑액 110만 달러를 지출한다. 이렇게 항상 디지털에 우린 연결되어 있어야 하며 많은 산업과 기반이 여기에 연동하기에 클라우드는 항상 늘 기능하는 하이퍼 대기상태여야 한다. 

 그래서 클라우드 기업들은 더 큰 낭비를 하게 된다. 많은 기업들이 비용과 보안을 이유로 본사에서 데이터 센터 및 서버를 구축하기 보다는 클라우드 전문업체에 의존하고 있다. 그래서 클라우드 기업은 항상 실수가 없이 24시간 서비스를 제공해야 한다. 때문에 우선 그들은 에너지 분배망을 증폭한다. 하나는 언제든 꺼질 수 있으니 한 데이터 센터의 두 개의 장치와 설비를 구축하는 것이다. 또한 그들은 이런 데이터 센터를 세계 여러 지역에 중복 설치 해 놓는다. 만일을 대비해서다. 또한 트래픽 피크에 대비해 과잉으로 인프라를 구축한다. 일년에 몇번 있지도 않을 과도한 트래픽으로 인한 중단을 대비해 상당한 큰 장비를 운영하는 것이다. 이들도 항시 켜져 있기에 데이터 센터의 전력 90%는 낭비된다고 관계자들은 토로한다. 

 인간이 보내는 이메일 한 통은 최소 0.5g의 탄소를 배출한다. 하지만 용량이 큰 첨부파일이 첨부된다면 2g으로 탄소가 늘어난다. 이는 1시간 내내 전구를 켜놓는 거소가 비슷한 효과다. 하지만 우린 사람없이 켜져있는 전구엔 민감하지만 별생각없이 보내는 이메일은 그렇지 못하다. 인간은 매일 무려 3190억통의 메일을 발송한다. 이중 상당수는 스팸이고 그렇지 않더라도 별 쓸모가 없는 경구가 많다 .그래서 대부분의 사람은 메일을 청소하지도 열람하지도 않고 방치하는데 이 역시 데이터 센터를 소모시켜 계속 탄소를 배출한다. 온라인 영상은 데이터 전체 흐름의 무려 60%를 차지한다. 싸이의 강남스타일은 무려 17억 조회를 달성했는데 이를 위해 279기가와트의 에너지가 사용되었다. 이는 프랑스 트루아 정도 도시의 연간 전력 소비량과 비슷한 수준이다. 

 때문에 우리는 디지털 소비를 좀 줄일 필요가 있다. 와이파이로 동영상을 감상한다면 4G의 경우보다 23배의 에너지를 절약하며 영화 한편을 저화질로 감상하면 에너지 소비는 4-10배 줄어든다. 7천만명의 네티즌이 화질을 낮추어 동영상을 감상하면 매달 대기 배출 이산화탄소량 350만 톤이 줄어들 수 있는데 이는 미국 석탄 생산의 6%에 해당하는 수치다.

 4차산업혁명은 이런 데이터의 사용을 더욱 가속화할 것으로 예측된다. 자율주행차는 무려 3억개의 명령행을 가질 것으로 추정되는데 자율주행차는 주행하면서 각종 정부를 수집하여 데이터를 대량생산해 1초당 무려 1기가 바이트의 데이터를 생산할 것이다. 여기에 운전하지 않는 사람이 내부에서 인터넷 망과 접속하여 데이터를 사용하고 생성할 것이므로 더욱 많은 에너지를 소모할 것이 분명하다. 때문에 자율주행차의 일반 자동차에 비해 좋은 주행성능과 에너지 절약기능에도 불구하고 결과적으로는 20%나 더 많은 탄소를 배출할 것으로 예상된다. 사물인터넷도 마찬가지다. 현재는 인간이 생성하는 데이터가 더 많지만 사물들끼리 연결될 경우 이들이 인간과 별도로 생성해내는 데이터의 양이 인간의 것을 넘어서게 될 것이다. 인공지능의 개발도 여기에 한몫하는데 비관적 시나리오에 따르면 2040년 무렵이면 세계 전기의 절반 가량을 인공지능이 차지할 것이란 분석도 있다. 

 하여튼 현 시점에서 우리는 디지털 세계에 빠져 들어 무료란 이유로 무분별하게 데이터를 생산 소비하고 있으며 이것이 지구 온난화와 자원의 소모에 얼마나 큰 악영향을 끼치는지 자각하지 못하고 있다. 데이터를 아끼도록 노력하고, 기기를 더 오래 사용하고, 잘 재활용하며, 이에 맞는 법규를 만드는 것이 필요해 보인다.