지표면은 뜨거워지는데 지구 상공은 오히려 차가워지는 현상, 이른바 '온실가스의 역설'이 50년 만에 과학적으로 풀렸다. 미국 콜롬비아 대학교 연구팀은 이산화탄소(CO2)가 성층권에서 열을 우주로 방출하는 '방열기' 역할을 한다는 사실을 정량적으로 규명했다. 대기 하층부에서는 온실 효과로 지표를 데우지만, 희박한 성층권에서는 열을 머금지 않고 그대로 방출해 스스로를 식히는 메커니즘이다.

이번 연구는 1960년대 마나베 슈쿠로 박사가 예측한 현상을 50여 년 만에 수학적으로 증명한 성과다. 특히 CO2가 특정 파장대, 이른바 '골디락스 존'에서 적외선을 효율적으로 방출함으로써 성층권 냉각이 가속된다는 점이 핵심이다. 실제로 1980년대 중반 이후 성층권 온도는 약 2도 하강했는데, 이는 인간 배출 온실가스 없이는 설명할 수 없는 큰 폭이다.

문제는 성층권이 차가워질수록 지표면 온난화가 더 심해진다는 역설이다. 물리학 법칙에 따라 차가운 물체는 에너지를 덜 방출하기 때문에, 극도로 냉각된 성층권은 지구가 우주로 내보내는 열 전체를 줄이게 된다. 그 결과, 빠져나가지 못한 열이 대기 하층부에 갇혀 지표 온도를 더욱 끌어올리는 악순환이 발생한다. 이 메커니즘은 기후 변화 예측과 정책 수립에 중요한 과학적 기초가 될 전망이다.