탄소순환

탄소순환(Carbon cycle)이란 지구상의 생물권, 암권, 수권, 기권 사이에서 행해지는 탄소의 생화학적인 순환을 말합니다. 이 과정은 대기, 수중, 토양 등 다양한 환경 요소들을 통해 이루어집니다. 탄소순환은 지구의 기후 조절과 생태계의 안정성 및 생물다양성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

 

 

탄소의 공급

탄소는 수권에 압도적으로 많이 존재하지만, 수권에 존재하는 탄소보다 기권에 존재하는 탄소가 훨씬 더 중요한 의미를 가집니다. 왜냐하면 기권에 존재하는 탄소는 지구의 기후 변동에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 그러므로 현재 기권 내에 존재하는 탄소의 공급과 제거는 매우 중요한 문제입니다.

 

탄소의 공급은 여러 가지 방면으로 나타날 수 있습니다. 먼저는 생태계 내에서 동물과 사람 등 소비자들의 호흡에 의해 이산화탄소가 배출됩니다. 또 식물의 낙엽이나 동물의 사체, 배설물 속에 들어있는 탄소는 곰팡이와 세균과 같은 분해자에 의해 이산화탄소로 분해되어 대기나 물로 돌아갑니다. 생물의 사체 중 분해되지 않은 유기물의 경우 땅 속이나 해저 등에 쌓여 퇴적층을 이루고, 이는 오랜 기간을 지나며 석탄이나 석유와 같은 화석연료로 변하게 됩니다. 이 화석연료들은 인간에 의해 연소되어 다시 이산화탄소 형태로 대기로 돌아가게 됩니다.

 

두 번째로는 화산 활동에 의해서 탄소가 공급될 수 있습니다. 이런 과정은 해양판의 섭입대에서 발생하는데, 해양판 상부를 덮고 있는 석회암이 섭입대에서 지구 내부로 침강한 뒤 깊은 곳에서 높은 압력과 열에 의해 다른 광물과 반응을 일으켜 이산화탄소를 배출합니다. 차후에 화산 분출이 일어나면 기권으로 탄소가 유입됩니다.

 

세 번째로는 유기 탄소가 융기하는 경우입니다. 과거 지하 깊은 곳에 매장되어 있던 생물체의 화석들은 조산 운동에 의해 지표면으로 융기하기도 합니다. 이렇게 올라온 유기물 탄소가 기권의 산소와 반응하여 산화되면 기권으로 이산화탄소가 유입됩니다. 

 

 

지구에서의 탄소의 흐름

 

탄소의 제거

탄소의 제거 과정도 생태계의 순환에 의해 일어나게 됩니다. 먼저 식물들의 광합성을 통해 대기 중의 이산화탄소가 흡수됩니다. 이러한 흡수과정은 식물, 해조류, 일부 박테리아 등에 의해서 일어나며, 지구의 대기 중 탄소 농도를 조절하는 중요한 역할을 합니다. 

 

그 외에도 규산염 광물이 화학적으로 풍화될 때, 또 수권에 용해될 때도 탄소 제거가 일어납니다. 이산화탄소는 기권과 수권의 접촉부에서 직접 용해되기도 하는데, 빗방울에 의해 용해된 경우는 강우에 의해 다시 공급되기도 합니다. 이산화탄소가 용해된 빗방울은 약한 산성을 띄는데, 이것이 바다가 아닌 대륙에 떨어지면 대륙의 암석과 반응하여 암석의 화학적 풍화를 일으킵니다. 이산화탄소가 녹은 빗방울이 칼슘, 나트륨과 같은 이온을 암석에서 제거하면서 중탄산이온을 형성하고, 이 중탄산이온이 바다에서 칼슘이온과 반응하여 앙금을 만듭니다. 그 앙금들이 침전하면 해저에서 석회암으로 형성되면서 기권의 탄소가 제거될 수 있습니다.

 

자연순환적 방법 이외에도 인위적인 탄소 포집, 저장하는 기술을 개발하여 탄소를 제거하기도 합니다. 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술인 CCS (Carbon Capture and Storage) 기술은 산업 및 발전 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 지하 수질층이나 해양 등에 안전하게 저장하는 것을 의미합니다.

 

 

지구계 요소들 간의 탄소의 이동

 

 

지구 온난화 이슈로 인한 탄소중립이 절실한 지금 시대에 탄소 제거를 위한 탄소순환은 주목할 만합니다. 탄소 중립을 달성하고 탄소 음수 상태로 진행하기 위해서는 탄소 제거 기술과 지속 가능한 환경 관리가 효과적으로 결합되어야 할 것입니다.