탄소 순환의 의미와 탄소제거원

환경에 대해 공부하면서 가장 많이 듣게 되는 것이 탄소에 관한 것들입니다. 탄소섬유, 탄소섬유 강화 플라스틱, 탄소중립, 탄소 배출, 탄소 나노튜브 등 탄소에 관한 여러 가지를 접하게 되고 공부하고 있는데 그러면 탄소순환이란 무엇일까요? 기본적인 궁금중을 남기고 다른 용어에 대해 알아본 것 같다는 생각에 지구의 탄소 순환에 대해 살펴보고 싶다는 생각을 하게 되었습니다.  탄소순환의 의미, 지구 환경의 탄소순환의 의미, 탄소의 제거원은 무엇인지 이렇게 세 가지에 대해서 알아보겠습니다.

탄소 순환의 개념도. 수치는 연간 탄소 이동량을 의미한다. (단위는 10억 톤).. .위키백과에서

 carbon cycle이란 탄소 순환(炭素循環) 의미

carbon cycle란 탄소의 생화학적인 순환 즉 지구상의 생물권, 기권,  암권, 수권 사이에 나타나는 순환을 말한다. 지구의 열적 진화와 화학적 진화에 탄소순환은  중요한 역할을 한다.  탄소는 수권에 가장 많이 존재하지만, 수권보다는 기권에 존재하는 탄소가 훨씬 더 중요한 의미를 가진다.  특히 기후 변화에 관련하여 기권을 중심으로 한 탄소의 공급과 제거는 매우 중요한 하다. 탄소는 주로 이산화 탄소의 형태로 기권에서 존재한다. 이산화 탄소는 탈탄소화(decarbonation) 과정에 이은 화석 연료의 연소, 침식, 화산 분출, 유기 탄소의 융기, 그리고 생명체의 호흡 등에 의해 기권으로 공급된다. 이 중에서 가장 중요한 한 것은 화산 분출에 의한 이산화탄소의 발생이다.

지구계 환경의 탄소 순환

위키백과에서

환경에서 탄소 순환은  수권, 기권, 지권, 생물권 사이에서 이루어진다.

생물권 내의 탄소 순환
생명체의 구성 성분인 탄소는 이산화 탄소의 형태로 대기 중에 존재하거나 물에 녹아 있다. 생산자(-녹색식물)는 대기나 물로부터 이산화 탄소를 흡수하여 유기물을 생산한다. 이렇게 생산된 유기물의 일부는 녹색식물(생산자)의 호흡에 의해 분해되어 이산화 탄소 형태로 대기 중으로 돌아간다. 나 머니는 생산자 즉 녹색식물의 몸을 구성하는 성분이 되고 먹이 사슬을 따라 소비자로 가게 된다. 유기물 속의 탄소는 소비자의 호흡에 의해 이산화 탄소 형태로 배출되어 대기나 물로 돌아가며, 한편 식물의 낙엽, 동물의 사체와 배설물 속에 들어 있는 탄소는 곰팡이, 세균과 같은 분해 하여 이산화 탄소로 분해되어 대기나 물로 돌아간다. 생물의 사체 중 분해되지 않은 유기물(-탄소)은 땅속이나 해저 등에 쌓여 퇴적층을 이루고, 오랜 기간을 거쳐 석탄이나 석유와 같은 화석연료로 변한다.  화석연료는 인간에 의해 연소되어 이산화탄소 형태로 다시 대기 중으로 돌아간다. 이렇게 반복되는 것이 탄소 순환과정이다. 

화산 분출
탄소는 암석에서 화산 분출에 의해 제거되어, 이산화 탄소의 형태로 기권에 공급된다. 이러한 과정에 의한 탄소 순환은 주로 섭입대에서 발생한다.  석회암은 (해양판의 상부를 덮고 있는) 섭입대에서 지구 내부로 침강하여  깊은 곳에서 열과 높은 압력에 의해 여러 가지의 규산염 광물과 반응을 일으켜서 이산화탄소를 배출한다. 이후에 화산 분출을 통해 기권으로 유입된다. 
다음은 이 과정을 나타내는 화학반응식이다.
SiO2 + CaCO3 → CaSiO3 + CO2
유기 탄소의 융기는 지하 깊은 곳에 매장되어 있던 유기 탄소(생물체의 화석)는 조산 운동의 결과 지표로 융기되기도 한다. 이러한 유기 탄소가 기권의 산소와 반응하여 산화되면 이산화 탄소가 발생한다. 이를 통해 생물체가 지구 환경 변화에 깊숙이 개입되어 있음을 알 수 있다. 유기 탄소는 생물체의 유해이거나 부산물이기 때문이다.

탄소의 제거원

탄소는 수권에 용해될 때, 그리고 규산염 광물이 화학적으로 풍화될 때, 그리고 생물의 광합성에 의해 기권에서 제거된다. 탄소는 기권과 수권의 접촉부에서 직접 용해되기도 하지만, 빗방울에 용해되어 강수의 형태로 나타나기 한다. 그보다 더 중요한 것은 침전과 규산염 광물의 풍화와에 의한 이산화 탄소의 제거이다. 용해된 빗방울은 약한 산성을 띤다. 이것이 대륙에서 만나게 되면 땅의 암석과 반응하여 금속 이온을 제거함으로써 암석의 화학적 풍화를 유발한다. 이산화 탄소가 녹은 빗방울은 칼슘 및 나트륨(소듐)과 같은 이온을 암석에서 제거하면서 중탄산 이온(HCO3-)이 된다. 중탄산 이온과 칼슘 이온이 반응하여 앙금을 만들고 침전하여 해저에서 석회암을 만든다.
풍화의 화학 반응은 다음과 같다.
CaSiO3 + 2CO2 + 3 H2 O → Ca2+ + 2 HCO3- + H4 SiO4
이 과정에 의해 대기에서 이산화 탄소 분자 두 개가 제거된다고 할 때, 하나는 탄산염으로 침전되고, 나머지는 하나는 기체 상태의 이산화 탄소가 되어 기권으로 돌아간다.
탄산염 앙금의 형성의 화학반응은 다음과 같다.
Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + CO2 + H2O
가장 중요한 것은 탄산염의 형성을 통한 제거이다. 생물의 광합성은 또 다른 이산화 탄소 제거원이지만. 탄산염에 의한 제거가 가장 중요하다. 생물의 광합성은 탄소를 생물체에 축적 뒤,  생물이 죽을 때 암권으로 돌아간다. 탄산염 또한 암권의 구성 요소이므로, 탄소를 저장하는 가장 주요한 저장소는 (바다가 아니라) 암권이라는 사실을 알 수 있다.

탄소순환은 자연적인 상태의 지구에서는 굳이 신경 쓸 필요가 없을 정도로 당연한 것인데 인류의 발전을 위해 나무를 자르고 땅을 헤치는 과정에서 적정선이 없이 불도저처럼 발전만을 해온 우리의 탓이라는 생각을 했습니다. 자연은 돌고 돌아 자신이 필요한 것을 우리에게 주고 있는데 과도한 발전에 의해 지구가 우리의 환경을 돌리지 못하고 있다는 생각을 하게 되었습니다. 이제는 발전보다는 지구와 환경을 돌아보면서 같이 나아가는 방법을 찾아야 할 때라는 생각을 하게 되었습니다.