[기후 신호등] 온실가스 감축 노력에 먼지 사라지면서 온난화는 더 심해져

▲지난 8월 주미 중국대사관이 페이스북에 올린 사진. 2012년과 2024년 베이징 하늘의 모습을 비교했다. 초미세먼지 농도가 절반 이하로 줄어든 것을 강조하고 있다. (사진=페이스북)

지난 2011~2023년 중국 전역에서는 대기질 개선 정책 덕분에 미세먼지 오염 이 크게 줄었다. 문제는 미세먼지가 줄면서 대기 냉각 효과도 줄었다. 같은 기간 중국의 폭염 발생 빈도는 15%, 폭염 평균 지속시간은 37% 증가했다.

전 세계적으로 도시화와 산업화가 심화되면서 기후변화와 대기오염은 더 이상 분리할 수 없는 전 지구적 위기로 부상했다. 온실가스 배출을 줄이기 위한 기후 정책은 대개 대기오염 물질도 함께 감소시키는 '공동 이익(Co-benefits)'을 가져온다.

하지만 최근 과학계에서는 이 과정에서 줄어든 에어로졸(미세먼지)이 오히려 지구 표면의 냉각 효과를 약화시켜, 단기적으로는 온난화를 가속화하는 '역설'이 나타나고 있다는 경고가 나오고 있다.

여기에 폭염과 같은 기후변화의 결과가 다시 대기오염을 악화시키는 악순환까지 겹치면서, 기후와 공기질은 복합적인 위험 요인이 되고 있다.

이번 주 '기후 신호등'에서는 이러한 기후와 공기 사이에 벌어지는 상호작용의 과학적 메커니즘을 살펴보고, 공중 보건과 기후 안정이라는 두 목표를 동시에 달성하기 위한 통합 전략을 모색한다.

▲2023년 6월 중국 베이징 폭염. 당시 기온이 40도를 웃돌았다. (사진=로이터/연합뉴스)

◇도시의 이중 부담: 온실가스와 대기오염의 공동 배출

전 세계 도시 지역은 인류가 배출하는 오염 물질의 핵심 발생지다. 현재 도시들은 전 세계 온실가스(GHGs) 배출량의 70% 이상을 차지하고 있다. 인구와 산업이 밀집된 구조 탓에 비도시 지역보다 대기오염 수준이 높은 경향을 보인다.

특히 화석 연료와 바이오 연료의 연소는 기후변화를 유발하는 이산화탄소(화석연료 유래 이산화탄소, FFCO₂)와 함께, 인체에 치명적인 미세먼지(PM2.5), 이산화질소(NO₂), 오존(O₃) 같은 대기오염 물질을 동시에 배출하는 주요 원인이다. 이러한 오염 물질에 지속적으로 노출될 경우 심폐 질환, 암, 조산 등 심각한 건강 피해가 발생한다. 2021년 기준 미세먼지와 오존은 전 세계적으로 약 520만 명의 조기 사망을 초래한 주요 위험 요인으로 꼽힌다.

최근의 연구는 이러한 오염 물질이 시간의 흐름에 따라 함께 증가하거나 감소하는 경향이 뚜렷하다는 점을 실증적으로 보여준다. 미국 조지 워싱턴대학 연구팀은 지난 5월 '커뮤니케이션스 지구 환경(communications earth & environment)' 저널에 발표한 논문에서 2005~2019년 전 세계 1만 3189개 도시 지역의 자료를 분석했다. 그 결과 절반이 넘는 도시에서 모든 오염물질 쌍(雙) 사이에 양(+)의 상관관계가 나타났다. 이는 온실가스와 대기오염 물질이 공통적으로 '화석 연료 연소'라는 동일한 배출원에서 비롯된다는 사실을 뚜렷하게 보여준다.

실제로 강력한 환경 규제를 시행한 고소득 국가들에서는 PM2.5, NO₂, 오존, FFCO₂ 배출량이 전반적으로 감소하는 추세가 확인됐다. 반면 급속한 경제 성장을 겪고 있는 남아시아와 사하라 이남 아프리카 지역에서는 PM2.5와 오존 농도가 크게 증가한 것과 동시에 FFCO₂ 배출도 함께 늘어났다. 이는 도시화와 산업화에 따른 화석 연료 사용 확대가 결정적인 요인으로 작용했기 때문이다.

▲전 세계 CO₂ 농도(ppm) 및 중국의 미세먼지 오염(에어로졸 광학 깊이, AOD) 추세. 전 세계 온실가스 농도는 증가했지만, 중국의 미세먼지 농도는 줄었다. 왼쪽 그래프는 미 해양대기국(NOAA)에서 얻은 2011~2023년 전 세계 CO₂ 농도 시계열(검은선)과 왈리구안 관측소에서 얻은 2011~2021년 CO₂ 농도 시계열(녹색 선). 오른쪽 그래프는 2011~2023년 중국의 지역 평균 온난기 평균 AOD 시계열. 점선은 선형적으로 적합된 추세를 나타냄. (자료=중국 난징 정보과학기술대학, Environmnetal Research Letters, 2025)

◇ 깨끗한 공기의 역설: 대기오염 개선이 온난화 '부채질'

기후변화를 늦추기 위해 온실가스를 감축하면 대기오염 물질도 함께 줄어드는 것이 일반적인 순리다. 그러나 바로 이 지점에서 과학적으로 매우 복잡하고 역설적인 현상이 나타난다.

노르웨이 CICERO 국제기후연구센터 등 국제연구팀이 지난 7월 '커뮤니케이션스 지구 환경' 저널에 발표한 논문에서 2010년 전후 이후 동아시아의 대규모 에어로졸 감축이 최근 전 지구적인 온난화 가속화에 상당 부분 기여했을 가능성이 높다고 지적했다.

에어로졸은 산업화 이후 인위적 배출 증가로 인해 지구 에너지 수지(收支)에 강력한 영향을 미쳐 왔다. 특히 황산염 에어로졸(sulfate aerosols)은 구름의 반사율(알베도)과 구름 분포를 변화시키는 '에어로졸-구름 상호작용', 태양 복사를 직접 반사하는 '에어로졸-복사 상호작용'을 통해 지표를 냉각시켜 왔다. 이 효과는 그동안 온실가스에 의한 온난화를 부분적으로 상쇄하는 '가림막' 역할을 해온 셈이다.

하지만 2010년대 초반을 기점으로 중국을 비롯한 동아시아 국가들이 강력한 대기오염 저감 정책을 시행하면서 상황은 빠르게 달라졌다. 이 지역에서는 황산염 에어로졸의 전구체인 이산화황(SO₂) 배출량이 약 75%나 감소하는 등 전례 없는 수준의 감축이 이뤄졌다.

중국 난징 정보과학기술대학 연구팀은 지난 7월 '환경 연구 회보(Environmental Research Letters)'에 발표한 논문에서 2011~2023년 중국의 에어로졸 광학 깊이(AOD)가 10년당 -0.054의 속도로 유의미하게 감소했고, 이로 인해 약해진 에어로졸 냉각 효과가 중국의 최고 기온(TXx) 상승 추세에서 27%를 기여했다고 밝혔다. 특히 동중국 지역에서는 에어로졸 감소가 TXx 상승 추세의 79%를 차지해 온실가스(CO₂)의 기여도(52%)를 넘어섰다.

CICERO 국제기후연구센터 등 국제연구팀은 이러한 동아시아 에어로졸 정화가 온실가스에 의한 온난화를 더 이상 가려주지 못하는 '언마스킹(unmasking)' 현상을 초래했다고 지적했다. 그러면서, 2010년 이후 전 지구 평균 온난화율 증가(10년당 0.25℃)의 상당 부분에 해당하는 연평균 약 0.07 ± 0.05℃의 급격한 추가 온난화를 유발했을 것으로 분석했다.

이는 대기 질 개선이라는 공중 보건 목표의 성취가, 의도치 않게 기후변화 가속이라는 부작용으로 이어질 수 있음을 보여주는 대표적인 '깨끗한 공기의 역설'이다.

또한 지난달 미국 워싱턴대학 연구팀이 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표한 연구에 따르면, 북대서양과 북동태평양 해역의 저층 구름 반사율은 2003~2022년 사이 10년당 평균 2.8% 감소했다. 이 가운데 69%(범위 55~85%)는 SO₂ 및 기타 에어로졸 전구체 배출 감소에 따른 에어로졸-구름 상호작용 변화로 설명된다는 것이다. 이로 인해 해수면에서 태양 복사 흡수가 증가했고, 해당 해역의 해수면 온난화 역시 가속된 것으로 나타났다.

▲2019년 전 세계 도시 지역의 인구 가중 연평균 초미세먼지(PM2.5)농도 분포. 1만3186개 도시에서 인구 가중 연평균 PM2.5(μg/m3)는 37.7μg/㎥, 가장 낮은 1% 농도는 6.2μg/㎥, 가장 높은 1% 농도는 112.0μg/㎥였다. (자료=미국 조지워싱턴대학 연구팀, Communications earth & environment, 2025)

▲에어로졸 및 온실가스에 의한 지구 폭염 위험의 시간 경과에 따른 변화. 에어로졸에 의한 폭염 빈도 변화율(일/10년)의 공간 분포는 20세기(왼쪽) 동안 에어로졸에 의한 폭염 위험 감소율과 21세기(오른쪽) 동안 에어로졸에 의한 폭염 위험 증가율의 지역적 차이를 보여준다. (자료=미국 텍사스대학, Environ. Res. Lett. 2025)

◇ 기후변화의 역습: 폭염이 대기오염을 악화시키다

한편 기후변화의 대표적 결과인 폭염과 극단적 기상 현상은 대기오염을 다시 악화시키는 방향으로 작용하기도 한다. 폭염은 오염 물질의 배출, 화학 반응, 확산 과정 전반에 영향을 미치는 주요 기후 동인(climatic impact-drivers, CIDs)이다.

폭염이 대기오염을 증폭시키는 메커니즘은 크게 두 가지다. 첫째, 고온은 질소산화물(NOx)과 휘발성유기화합물(VOCs) 등 오존(O₃) 전구 물질의 광화학 반응 속도를 높여 지표면 오존 생성을 크게 늘린다. 실제로 오존 농도는 기온과 뚜렷한 양의 상관관계를 보이며, 폭염 시기에 급격히 상승하는 경향이 확인된다. 둘째, 폭염은 대기 정체 조건을 강화하고 대기 혼합 고도를 낮춰 오염 물질이 지표면 부근에 머무르게 만든다. 이로 인해 PM2.5와 NO₂ 같은 오염 물질 농도도 함께 상승한다.

중국 베이징대학 연구팀은 지난 9월 'npj 클린 에어(njp Clean Air)' 저널에 발표한 논문에서 기온 변화가 오염 배출, 화학 반응, 확산에 복합적으로 작용해 대기오염에 중대한 영향을 준다고 분석했다. 특히 미세먼지와 오존이 가장 빈번히 연구되는 오염 물질이며, 기온과 바람이 가장 핵심적인 기후 동인으로 지목됐다.

이러한 복합 위험은 급속한 도시화에도 불구하고 대기오염 모니터링 인프라가 부족한 사하라 이남 아프리카(SSA) 지역에서 더욱 심각하다. 캐나다 웨스턴대학 연구팀이 지난 7월 '사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)'에 발표한 논문에 따르면 르완다 키갈리 지역에서는 폭염 기간 동안 오존 농도가 평소보다 최대 40%까지 상승했다. 폭염과 대기오염이 동시에 겹치는 복합 위험은 심폐 질환에 의한 사망률을 높이며, 특히 노약자와 저소득층 등 취약 계층에 더욱 가혹한 건강 부담을 안긴다.

▲중국도 미세먼지 오염이 많이 개선됐지만, 아직 완전히 해결된 것은 아니다. 지난달 25일 중국 북동부 지린성 지린시의 스모그 속에서 자동차들이 다리를 건너고 있다. (사진=AFP/연합뉴스)

◇지속 가능한 미래를 위한 통합 전략: 모순을 넘어 해법으로

온실가스를 줄여 기후변화를 억제하고, 그 과정에서 대기오염도 개선하는 것은 인류 건강을 위한 필수 조건이다. 그러나 에어로졸 감소로 인해 단기적으로 온난화가 가속화되는 '모순' 역시 극복해야 할 과제다.

해법은 기후 완화(GHG 감축) 정책과 대기오염 통제 정책을 분리해서 접근하는 것이 아니라, 하나의 통합 전략으로 묶는 데 있다고 전문가들은 지적한다.

첫째, 통합적이고 조정된 정책 실행이 필요하다. CO₂ 감축은 장기적으로 지구 냉각에 기여하지만, 에어로졸 감축은 단기적으로 온난화를 촉진할 수 있다. 중국 난징대학 연구팀은 논문에서 “CO₂ 감축의 중요성은 여전히 절대적이며, 에어로졸 농도를 적절히 관리하는 전략 역시 폭염 완화에 큰 영향을 미친다"고 강조했다. 대기질 개선과 기후 극한 완화 사이의 상충 관계를 면밀히 고려해야 한다는 것이다.

재생 에너지 확대, 청정 연료 전환, 차량 연비 개선 등은 기후 대응과 대기오염 저감을 동시에 달성할 수 있는 대표적인 중첩 정책이다.

둘째, 지역 맞춤형 전략과 대응 역량 강화가 필요하다. 지역별 대기오염과 온실가스 추세는 사회경제적 조건에 따라 큰 차이를 보이기 때문이다. 고소득 국가는 엄격한 배출 기준과 청정에너지 투자로 대부분의 오염 물질 감소에 성공하고 있다. 반면 남아시아와 사하라 이남 아프리카처럼 급격한 성장 국면에 있는 지역은 경제 성장을 저해하지 않으면서도 에너지 효율 향상, 대중교통 확대, 폐기물 관리 개선 등을 통해 대기오염과 온실가스를 동시에 줄이는 전략이 필요하다.

베이징대학 연구팀은 논문에서 “전 세계 기후와 대기 질 연구는 실제 기후 위험이나 건강 피해보다는소득이 높은 지역에서 더 많이 이뤄지고 있다"면서 “저소득·중간소득 국가에서의 연구 사각지대를 해소해야 한다"고 지적하기도 했다.

캐나다 웨스턴대학 연구팀 역시 논문에서 “기상 당국과 보건 당국이 협력해 폭염 경보와 대기질 경보를 통합한 조기 경보 체계를 구축하고, 도시 녹지 확대와 청정 교통망 구축 같은 자연 기반 해법(NbS)을 적극 도입할 것"을 제안했다.

결국 온실가스 감축이 가져오는 공동 이익은 분명하지만, 에어로졸 감소에 따른 단기적인 온난화 가속이라는 역설은 피할 수 없는 현실이 되고 있다. 그렇다고 대기오염 개선을 포기할 수는 없다. 해법은 CO₂와 비CO₂ 온실가스를 포함한 단기 기후 영향 물질(SLCFs)의 감축 속도를 지금보다 훨씬 더 공격적으로 끌어올리는 것이다. 이를 통해 대기질 개선으로 발생하는 단기 온난화 효과를 상쇄하면서, 공중 보건 보호와 장기적인 기후 안정을 동시에 달성해야 한다는 게 전문가들의 제언이다.

강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr