스반테 아우구스트 아레니우스: 지구 온난화를 계산한 사람

그는 기계의 도움 없이 손으로 수만 번의 계산을 수행하며 평생의 1년을 보냈습니다. 아무도 제대로 묻지 않았던 질문, 즉 '대기 중 이산화탄소의 양이 변하면 지구의 온도는 어떻게 될까?'라는 질문에 답하기 위해서였습니다. 1896년에 그가 도출한 답변은 이산화탄소 농도가 두 배가 되면 지구 온도가 약 4도 상승할 것이라는 내용이었으며, 이는 현대의 예측치와 매우 근접하여 불편한 진실로 받아들여집니다. 그는 당시 이것이 오히려 좋은 일이라고 생각하기도 했습니다.

비크의 산술 신동

그는 1859년 2월 19일 웁살라 근처 비크(Vik)에서 웁살라 대학교 소속 측량사인 아버지 스반테 구스타프 아레니우스(Svante Gustav Arrhenius)와 어머니 카롤리나 툰베리(Carolina Thunberg) 사이에서 태어났습니다. 그는 세 살 때 독학으로 글을 깨쳤습니다. 아버지의 장부를 보며 자란 그는 산술 신동이 되었는데, 이 기술은 나중에 그 누구도 예상하지 못한 방식으로 중요해졌습니다. 그는 여덟 살에 지역 성당 학교에 입학하여 5학년으로 바로 진급했고, 1876년 가장 어리고 유능한 학생으로 졸업했습니다.

웁살라 대학교는 그를 실망시켰습니다. 그는 물리학 강의를 싫어했고 화학자 페르 테오도르 클레베(Per Teodor Cleve)를 참을 수 없었기에, 1881년 스톡홀름으로 떠나 스웨덴 과학 아카데미의 물리학 연구소에서 에리크 에들룬드(Erik Edlund) 밑에서 일하기 시작했습니다.

거의 낙제할 뻔한 논문

1884년, 그는 전해질의 전도성에 관한 150페이지 분량의 논문을 제출했는데, 그 안에는 56개의 별도 논제가 포함되어 있었습니다. 그 핵심 주장은 이단적이었습니다. 즉, 소금이 물에 녹으면 전류의 흐름과 상관없이 스스로 전하를 띤 입자, 즉 이온으로 분리되어 용액 속에 존재한다는 것이었습니다. 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 전기 분해가 이온을 생성한다고 믿었지만, 아레니우스는 이온이 이미 존재한다고 주장했습니다.

클레베를 포함한 심사위원들은 감명받지 못했습니다. 논문은 4등급 학위를 받았고, 방어 후 3등급으로 상향 조정되었습니다. 이는 사실상 학계에서의 경력을 막아버리는 점수였습니다. 그 56개의 논제 중 대부분은 사소한 수정만 거친 채 오늘날에도 정설로 받아들여집니다.

그는 논문 사본을 해외로 보냈습니다. 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius), 빌헬름 오스트발트(Wilhelm Ostwald), 야코부스 헨리쿠스 반트호프(Jacobus Henricus van 't Hoff)가 이를 읽고 큰 충격을 받았습니다. 오스트발트는 직접 웁살라를 찾아가 리가에서 일자리를 제안했습니다. 아레니우스는 거절했습니다. 아버지가 위독하여 1885년에 돌아가셨기 때문입니다. 하지만 이후 여행 보조금을 받아 리가와 라이프치히의 오스트발트, 뷔르츠부르크의 프리드리히 콜라우슈(Friedrich Kohlrausch), 그라츠의 루트비히 볼츠만(Ludwig Boltzmann), 암스테르담의 반트호프와 함께 일할 수 있게 되었습니다. 이것은 당시 존재했던 최고의 물리화학 교육이었으며, 그는 거절당한 논문을 통해 이 기회를 얻어냈습니다.

방정식과 노벨상

1889년 라이프치히에서 오스트발트와 함께 일하며 그는 자신의 이름을 딴 공식을 만들었습니다. 아레니우스 식(Arrhenius equation)은 화학 반응 속도가 온도와 활성화 에너지(분자가 반응하기 위해 넘어야 할 장벽)에 어떻게 의존하는지를 설명합니다. 이는 화학 반응 속도론의 핵심 관계식 중 하나로, 산업 공정 설계부터 의약품 유통기한 예측에 이르기까지 매일 사용됩니다.

그는 1891년 스톡홀름 대학교 칼리지 강사가 되었고, 1895년 여러 동료의 반대에도 불구하고 물리학 교수가 되었으며, 1896년 학장이 되었습니다. 1903년, 웁살라 심사위원들이 4등급을 주었던 전리 이론, 즉 이온 이론으로 노벨 화학상을 받았습니다. 그는 스웨덴 최초의 노벨상 수상자였습니다.

1년간의 산술

1896년 논문인 "대기 중 탄산이 지면 온도에 미치는 영향(On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground)"은 그를 넘어선 업적이 되었습니다. 아레니우스는 대기 중 이산화탄소 농도의 변화가 빙하기를 설명할 수 있는지 알고 싶어 했습니다. 그는 1885년부터 1887년 사이에 측정된 사무엘 랭글리(Samuel Langley)의 월광 강도 데이터를 사용하여 수증기와 이산화탄소가 열을 얼마나 강하게 흡수하는지 유도했습니다. 그런 다음 전 지구의 평균 온도와 습도를 계산하고, 이산화탄소 수준이 당시의 67%, 150%, 200%, 250%, 300%일 때 무슨 일이 일어날지 계산했습니다. 이 작업에는 1년의 수작업 계산이 필요했습니다.

그의 결론은 오늘날까지도 인용되는 경험칙이 되었습니다. 탄산의 양이 기하급수적으로 증가하면 온도는 산술급수적으로 상승한다는 것입니다. 그는 이산화탄소가 두 배가 되면 지구 온도가 약 4°C 상승하고, 네 배가 되면 약 8°C 상승한다는 사실을 발견했습니다. 그는 조제프 푸리에(Joseph Fourier), 클로드 푸예(Claude Pouillet), 존 틴들(John Tyndall)의 연구를 바탕으로 삼았지만, 물리학을 사용하여 숫자를 구체화한 것은 그가 처음이었습니다.

1896년 논문 자체는 석탄 연소에 대해 거의 언급하지 않았습니다. 이는 그의 대중적인 저서 『형성 중인 세계(Worlds in the Making)』(1908)에서 다뤄졌는데, 그는 인간의 배출량이 지구를 따뜻하게 하기에 충분하다고 판단했고 이를 환영했습니다. 그는 온난화가 다음 빙하기를 막고 북쪽 추운 지역의 수확량을 개선할 것이라고 주장했습니다. 해수면 상승은 그의 계산서에 없었습니다.

제국과 그 활용

1901년부터 그는 스웨덴 왕립 과학 아카데미의 일원이 되었으며, 남은 생애 동안 노벨 물리학 위원회와 사실상 화학 위원회에서도 활동했습니다. 그는 이 지위를 이용해 동료들이 상을 받도록 밀어주고 경쟁자를 차단하려 했습니다. 1905년에는 스톡홀름에 노벨 물리 연구소를 설립하여 1927년 은퇴할 때까지 운영했습니다.

그의 후기 호기심은 광범위했습니다. 그는 생리학적 화학으로 눈을 돌려 살아있는 조직 내의 반응도 플라스크 내의 반응과 동일한 법칙을 따른다는 것을 보여주었습니다. 1904년 캘리포니아에서 행한 독소와 항독소에 관한 강의는 『면역화학(Immunochemistry)』(1907)이 되었습니다. 그는 빙하기와 천체 물리학에 대해 글을 썼고, 생명이 포자 형태로 행성 사이를 떠다닐 수 있다는 범종설(panspermia hypothesis)을 제안하기도 했습니다. 덜 자랑스럽게도, 그는 1909년에 설립된 스웨덴 인종 위생 협회의 이사로 활동했는데, 이는 그에 대한 정직한 설명이라면 반드시 포함되어야 할 부분입니다.

스반테가 천재라 불리는 이유

이 사례는 단순히 타고난 천재성이 아니라, 제도적인 판결에 맞서 끝까지 고수한 독자적인 판단력에 관한 것입니다. 이온 이론은 전문 화학자들에 의해 4등급으로 평가받았지만 결국 옳은 것으로 판명되었습니다. 오스트발트, 반트호프, 클라우지우스는 웁살라가 보지 못한 것을 즉시 알아봤고, 노벨 위원회는 19년 후에 동의했습니다. 스물다섯 살에 수많은 전문가의 반대 속에서 옳았다는 것은 드문 일입니다.

기후 연구는 다른 재능을 보여줍니다. 바로 오늘날 거의 아무도 가지지 못한 종류의 인내심입니다. 1896년 논문에는 개념적인 속임수가 없었습니다. 온실 효과 메커니즘은 이미 푸리에가 설명했고 틴들이 측정한 바 있었습니다. 아레니우스가 기여한 것은 1년 동안 수작업 계산을 통해 정성적 효과를 숫자로 변환하겠다는 의지였으며, 그가 얻은 감도 수치는 오늘날 슈퍼컴퓨터가 산출하는 결과와 놀라울 정도로 비슷합니다.

반대 사례도 상당합니다. 그의 기후 예측은 부분적으로는 운이 좋았습니다. 그것은 랭글리의 달빛 데이터와 나중에 과학자들이 거부한 단순화에 의존했기 때문에, 수십 년 동안 학계는 그의 결과를 너무 거칠어 신뢰할 수 없다고 일축했습니다. 온난화의 의미에 대한 그의 해석은 틀렸습니다. 그는 그것이 혜택이라고 생각했습니다. 또한 노벨 위원회에서의 그의 행동은 파벌적이었고, 인종 위생에 대한 관여는 부끄러운 일이었습니다. 그는 훌륭한 계산가이자 매우 고집스러운 사상가였습니다. '천재'라는 단어는 단 한 번의 번뜩이는 통찰력보다 나쁜 판결을 받아들이기를 거부한 그의 고집에 더 잘 어울립니다.

사후 영향

그는 1927년 10월 2일 웁살라에서 급성 장 질환으로 사망했습니다. 그 전에도 많은 영예가 따랐습니다. 1902년 데이비 메달, 1911년 최초의 윌러드 깁스 상, 1914년 패러데이 강연, 1920년 프랭클린 메달, 1910년 영국 왕립학회 외국인 회원 자격 등이 그것입니다.

달과 화성의 분화구에는 그의 이름이 붙어 있으며, 스발바르의 아레니우스피엘레트(Arrheniusfjellet)와 스톡홀름 대학교의 아레니우스 연구소도 마찬가지입니다. 그리고 간과할 수 없는 우연으로, 기후 운동가 그레타 툰베리(Greta Thunberg)의 아버지 스반테 툰베리(Svante Thunberg)는 아레니우스의 이름을 따서 지어졌으며, 두 사람은 친척 관계입니다.