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- 항공기는 배기가스에 수증기, CO2, 그을음과 같은 미립자 물질 섞인 뜨거운 혼합물 배출
- 고고도 비행 시 수증기는 차가운 대기에서 응결되어 얼음 결정을 형성
- 이론적으로는 구름 속의 비행운이 온실 효과를 더욱 증폭시킬 수 있다.
- 일부 이전 연구의 제시, 비행운의 부정적인 영향이 오히려 역전되어 냉각 효과도 있어
- 기존에 추정했던 비행운의 지구 기후 영향의 최대 10%에 달해

기후: 숨겨진 비행운이 온난화에 미치는 영향
구름 속 항공기 비행운의 기후 영향에 대한 논란과 해명

과소평가된 기후 영향:
항공기 비행운이 기존에 생각했던 것보다 온난화에 더 큰 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌습. 하늘에 선명하게 보이는 비행운 외에도 항공기는 권운 속에 "숨겨진" 흔적을 남긴다. 최근 측정 캠페인을 통해 이러한 숨겨진 비행운 또한 온난화에 기여하는 것으로 드러났으며, 그 영향은 기존에 추정했던 비행운의 지구 기후 영향의 최대 10%에 달하는 것으로 나타났다. 

▲ 2018년 1월 24일 독일 상공에서 지속 가능한 항공 연료 혼합물을 사용하는 A320 항공기의 비행운을 쫓는 DC8 항공기의 모습을 담은 사진. (출처:Published: 17 June 2021 / Cleaner burning aviation fuels can reduce contrail cloudiness / communications Earth & Environment)

항공기는 배기가스에 수증기, 이산화탄소, 그리고 그을음과 같은 미립자 물질이 섞인 뜨거운 혼합물을 배출한다. 고고도 비행 시 수증기는 차가운 대기에서 응결되어 얼음 결정을 형성하는데, 이것이 지상에서 흰색 비행운으로 관측된다. 대기가 비교적 습한 경우, 이러한 비행운은 장기간 지속될 수 있으며, 높은 고도의 권운(인공 권운) 형성을 촉진한다.

온난화인가, 냉각인가?

그렇다면 이러한 항공기 배기가스가 기후에 미치는 영향은 무엇일까? 맑은 하늘 아래 비행운은 우주로의 열복사를 억제해 온난화 효과를 가져오는 것으로 보인다. 항공기로 인해 생성된 권운 또한 냉각 효과보다는 온난화 효과를 나타내는 것으로 보인다. 라이프치히 대학교의 토르스텐 젤리히(Torsten Seelig) 교수와 그의 동료들은 "항공기가 기존의 권운 속을 비행할 때 어떤 일이 발생하는지 알려진 바가 거의 없다"라고 설명했다.

▲ 항공기 비행운은 기후에 어떤 영향을 미칠까?

이론적으로는 구름 속의 비행운이 온실 효과를 더욱 증폭시킬 수 있다. 그러나 일부 이전 연구에서 제시된 것처럼 비행운의 부정적인 영향이 오히려 역전되어 냉각 효과를 나타낼 가능성도 있다. 이러한 연구에 따르면 항공기 배기가스는 이러한 고층의 얼음 구름의 밀도와 결정 크기를 변화시킨다. 이로 인해 권운이 더 밝아지고 이전보다 더 많은 햇빛을 우주로 반사하게 된다.

젤리히 교수와 그의 연구팀은 수년간의 측정 캠페인을 통해 이러한 가설이 사실인지 조사했다. "우리는 개별 항공기의 비행 궤적을 레이저 위성에서 얻은 측정 데이터와 비교했다"고 젤리히(Seelig)의 동료인 마티아스 테쉐(Matthias Tesche)는 설명했다. "비행 궤적과 LIDAR 측정값이 겹치는 지점에서 권운의 변화를 감지할 수 있는지 조사했다." 약 4만 건의 항공기 통과에 대해, 연구팀은 통과 전후의 권운 복사 균형을 분석했다.

▲ 내재된 충돌과 그에 따른 구름 특성의 예시. 항공기(그림의 중심은 항공기 위치)가 10.65km 고도에서 통과한 후 약 15분 뒤 관측된 권운 내부의 CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization) 소멸 계수 프로파일(궤적을 따라 5km 해상도로 평균화됨)을 나타낸다(회색 선). 수직 점선은 항공기 위치와 수평적으로 가까운 영역(내재된 비행운을 포함하는 것으로 추정됨)과 더 멀리 떨어진 영역(교란되지 않은 것으로 추정됨)을 구분한다. 점선 타원은 항공기 통과의 영향으로 인한 소멸 계수 증가를 나타낸다. 숫자는 각각 교란된 구름 영역(Fnet,p)과 교란되지 않은 구름 영역(Fnet,u)의 국부 복사 효과를 나타낸다. 아래 패널은 해당 구름 광학 두께(COT, 검은색), 얼음 수분 함량(IWC, 빨간색 점), 얼음 결정 유효 반경(ICER, 파란색 삼각형)을 보여준다. (출처: Published: 28 November 2025 / Quantification of the radiative forcing of contrails embedded in cirrus clouds / nature communications)

결과:
비행운이 구름에 미치는 기후적 영향은 하루 중, 시간에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 낮에는 항공기 통과가 실제로 냉각 효과를 가져온다. 항공기가 구름을 더 밝게 만들어 태양 복사 에너지를 더 많이 반사하게 하기 때문이다. 연구진은 "비행운은 낮 동안 제곱미터당 -150~-260밀리와트의 냉각 효과를 나타낸다"고 밝혔다.

하지만 밤에는 온난화 효과가 더 두드러진다.

문제는 이 효과가 밤에는 반대로 나타난다는 것이다. 젤리히와 그의 동료들은 "밤에는 항공기 통과로 인해 순복사 강제력이 제곱미터당 400~670밀리와트 증가하는 것으로 나타났다"고 보고했다. 이는 항공기가 야간에 권운 사이를 비행할 때 강력한 온난화 효과를 발생시킨다는 것을 의미한다. 연구팀은 "이러한 효과가 전체적인 온난화에 지배적인 영향을 미치며, 결과적으로 순 온난화를 초래한다"고 설명했다.

▲ 고려된 사례들의 공간적 범위와 교란된 구름 영역의 순복사 효과(RE). (a) 2012년과 (b) 2015~2021년 데이터 세트에 대해, 항공기 후방 5km 고도 이상에서 2.5° x 2.5° 격자 상자 내에 고려된 CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization) 관측 횟수를 나타낸다. 데이터 세트 비교를 위해 진한 빨간색 테두리로 표시된 공통 영역을 사용했다. 범례 위의 숫자는 해당 영역에서 발견된 데이터 세트의 사례 수를 나타낸다. (c)는 (a)와 (b)의 모든 관측에 대해 구름 광학 두께(COT)의 함수로, 그리고 주간(파란색)과 야간(빨간색)에 따라 교란된 영역의 순 상대 오차(RE)의 평균(선)과 사분위 범위(IQR, 음영 영역) 분포를 보여준다. (d)는 각 COT 구간에 포함된 관측 횟수(흰색 영역 - 20회 이상)의 분포를 보여준다. (e)에는 평균(검은색 실선 및 숫자), 중앙값(파란색/빨간색 실선 및 숫자), 사분위 범위(파란색/빨간색 점선)를 포함한 해당 확률 밀도 분포가 나타나 있다. 백분율은 주간 및 야간 발생률을 나타낸다. (출처: Published: 28 November 2025 / Quantification of the radiative forcing of contrails embedded in cirrus clouds / nature communications)

연구진은 기후 모델을 사용하여 이것이 전 지구적으로 어떤 의미를 갖는지 분석했다. 연구 결과에 따르면, "숨겨진" 비행운은 지구 복사 강제력에 제곱미터당 약 5밀리와트(mW)를 기여한다. 이는 적은 양처럼 보일 수 있지만, 연구진은 이 값이 전 세계 항공 교통이 기후에 미치는 총 영향의 약 10%에 해당한다고 설명했다.

따라서 구름 속에 숨겨진 비행운은 그동안 기후에 미치는 영향이 과소평가되어 왔다. Seelig 연구원은 "이제 우리는 하늘에 보이는 비행운뿐만 아니라 구름 속에 형성되는 비행운도 항공 교통이 기후에 미치는 영향을 평가할 때 고려해야 한다는 것을 알게 되었다"고 말했다.

참고: Nature Communications, 2025; doi: 10.1038/s41467-025-66231
출처: 라이프치히 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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