초등학교 교실에서의 기후 리터러시
— 펭귄과 북극곰 너머

기후변화 정보는 도처에 있다. 학생들은 지구온난화라는 용어를 쉽게 접할 수 있다. 북극곰과 빙하 사진을 자주 볼 수 있고, 그 중요성에 대해 친구나 가족들로부터 많은 얘기를 듣는 세상이 되었다. 이런 연유로 많은 학생들이 기후변화와 그 의미에 대해서 종종 질문하곤 한다. 초등학교에서 기후변화에 대해 알려 줄 수 있는 적절한 방법은 무엇일까?

학생들이 이 주제에 관심을 갖는 반면에, 많은 기후변화 개념들은 복잡한 상호작용, 지질학적 시간, 전지구적 프로세스에 대한 시각 등을 포함하고 있어 어린 학생들에게는 수준이 너무 높을 수 있다. 게다가 기후변화를 겪으면서 보게 되는 친숙한 풍경의 파괴, 생물종들의 위험에 대한 정서적 불안이 있을 수도 있다. 이런 단점에도 불구하고, 기후 리터러시와 의사 결정에 미치는 기후 정보에 대한 기초 교양을 습득하기에는 초등학생 시기가 적절하다.

초등교사들이 학생들에게 기후 교양의 기초를 제공하기 위해서는 선생님들 스스로 기후 교양을 지녀야 한다. 이를 위해서는 초등과학이 기후 개념과 어떻게 연결되어 있는지 이해해야 하며, 학생들이 과학의 본성을 이해하고, 그들과 자연과의 연결고리를 찾아낼 수 있도록 도와줘야 한다. 또한 학생들에게 그들을 둘러싼 세상을 변화시킬 수 있는 기회를 제공해야 한다.

'기후과학의 핵심원리'는 기후 교양을 구성하는 원리와 개념의 프레임워크이다. 미국 교과과정(K-12) 커뮤니티를 위해 2008년 봄에 처음 발간되었으며, 2009년 봄에 개인과 커뮤니티를 위한 가이드로서 개정되었다.

여기서는 '지구 백과사전 웹사이트(Encyclopedia of Earth)'에서 사용 가능한 '기후 교양 핸드북(Climate Literacy Handbook)'에 나와있는 기초 개념과 필수 원리에 대해서 간단하게 소개할 것이다. 각각의 원리와 기초 개념들에 대한 교육자료와 심도있는 토론자료들은 핸드북 내에 자세히 나와 있다.

기후 과학의 핵심 원리는 다음과 같은 지침으로 시작한다.

일곱 가지 핵심원리는 다음과 같다.

핵심원리 1은 지구의 에너지 균형과 태양-지구 연결고리 간의 물리학 및 역학적 특성과 관련이 있다. 태양으로부터 복사되는 에너지는 지구 대기를 통과하면서 일부는 차단되고 일부는 들어오며, 대기를 통과한 에너지는 지면에 닿아 육상과 수면에서 흡수된다. 이 열은 다시 열적외선으로 바뀌어 지구 표면으로부터 우주로 복사된다. 이 때 대기 중의 특별한 기체들은 우주로 방출되는 열적외선을 포획하여 지구 밖으로 나가지 못하게 함으로써 결과적으로 대기를 데우는데, 이것이 '온실효과'이다.

어떤 학생들은 기후변화에 대해서 들은 것들로 인해 '온실효과는 나쁜 것이다'라고 생각할 수 있다. 사실 온실효과로 인해 지구는 생물이 살아가기에 충분한 온도를 유지할 수 있는 것이다. 하지만 증가된 이산화탄소 배출과 다른 온실기체들이 이런 자연적인 온실효과를 증폭함으로써 지구 밖으로 나가는 열적외선을 더 많이 붙잡는 바람에 기온이 올라가는 것이다.

핵심원리 2는 기후 과정을 구동하는 복잡한 상호작용에 관한 것이다. 육지, 눈, 얼음, 생물, 해양, 대기 간의 상호작용은 온실효과뿐만 아니라 다른 기후 과정을 발생시킨다. 이런 상호작용에는 복잡성과 다학제성이 내재되어 있다. 따라서 기후 과학의 핵심 관점은 전통적인 과학 분야 교과과정의 틈새에 들어맞는 셈이 되는 경우가 많다.

초등학생 수준의 과학 교육은 통합적이고 또 다학제적이기 때문에, 교사들은 학생들에게 생명과학, 물리학, 지구과학이 서로 연결되어 있다는 것을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다. 지구시스템과학(Earth System Science)은 시스템을 구성하는 요소들과 서로 다른 프로세스들이 다양한 시공간 규모의 현상들과 상호작용하는 방법을 탐구하는 것이다. 비록 진정한 의미에서의 '시스템적 사고'는 여전히 발달단계에 있는 어린 학생들의 지적 수준을 넘어서는 것이지만, 이런 지구 전체에 걸쳐 연결되고 상호작용하는 과정들에 대한 씨앗 심기는 장차 더욱 복잡한 사고를 할 수 있는 기초를 제공할 수 있을 것이다.

수십억 년 동안 유기체(생명체)들은 기후에 영향을 받아 왔고 또 영향을 끼쳐 왔다. 그때부터 쭉 미생물들은 대기의 조성(구성물질)을 바꿔 왔다. 생명체에 기후가 미치는 영향은 직접적일 수도 있고 또는 간접적일 수도 있다.

핵심원리 3은 생물권과 기후 체계 간의 역동적인 춤에 관한 것으로, 북반구의 식물(식생)들이 봄과 여름에 광합성을 통해 대기로부터 이산화탄소를 흡수하고 겨울에는 그 일부를 대기로 방출하는 이산화탄소의 연중 교환(플럭스) 등이 해당한다.

지구 규모에서의 변화는 관측 가능하지만 인간을 포함한 생명체들은 대체로 온도, 강수량, 습도 그리고 일조량의 특정 범위 내에서 생존한다. 자신들의 정상적인 활동 범위를 벗어나 기후 조건에 노출된 생명체들은 적응하거나, 아니면 이동(이주)해야 하고, 그렇지 못하면 죽는다. 미국(한국)에서 살아가는 많은 종들의 생존 범위가 점점 더 북상하고 있는데, 일부는 더 이상 북쪽(서식 가능한 고위도)으로 갈 수 없거나 적응할 수 없는 상태이기도 하다. 그리고 몇몇 종들이 이동할 수 있다 해도 주요 먹이나 다른 서식 필수 여건이 충족되지 않으면 개체수가 줄어들 수밖에 없다.

우리가 이해하는 오늘날의 인류 문명은 상대적으로 따뜻한 간빙기에 해당하는 지난 12,000년 이내인 홀로세 기간 중에 발달하였다. 지난 날 기후는 변동하고 인류 사회에 영향을 주었는데, 심각한 기후변화는 농업과 교통 그리고 경제 시스템에 스트레스를 줄 수 있다. 기후에 민감한 작물의 생육 범위가 북상하는 것이 나타나는 데, 이는 상업적으로 중요한 작물의 경작지가 변화될 수 있음을 뜻한다.

핵심원리 4는 날씨와 기후의 차이, 자연적인 기후변동성에 영향을 주는 엘니뇨/남방진동과 같은 기후 과정, 그리고 자연적으로 발생하는 역학에 의해 시동될 수 있는 갑작스러운 기후 변화 등과 연관된 것이다. 과학자들이 인류가 유발한 기후변화로부터 자연적인 변동성을 떼어내려고 애쓰는 것을 도와주는 데 있어서 기후 변동성에 대한 이해는 대단히 중요하다.

지구의 장기 기후 변동을 유발하는 자연적인 과정은 최근 수십 년에 걸쳐 나타나는 급격한 기후 변화를 설명할 수 없다. 사용 가능한 모든 증거들과 더불어 이를 설명할 수 있는 유일한 설명은 최근 기후변화에 대한 인간활동의 책임이 점점 더 커졌다는 것이다. 미래 기후변화는 과거 변화에 비해서 더욱 급격해 질 것이다.

최근의 기후변화에 의한 온난화는 장기 추세 자료에 나타나지만 여기에는 자연변동성도 존재하며 이런 자연변동성은 짧은 기간 동안의 온난화 추세를 더 크게 또는 더 작게 만드는 변동성에 기여한다. 심지어 자연변동성과 해양의 진동에 의해서 특정 지역은 지난 몇 년 동안 더 차가워졌다 하더라도 이런 냉각화는 장기 온난화 추세 내에서 일시적으로 나타나는 현상이다. 장기적인 관점에서 미래 전망에 대한 불확실성은 인간의 대응 방법, 온실기체 방출 행위의 변화, 그리고 온난화를 감소시키거나 증가시킬 수 있는 잠재적인 되먹임 과정 등의 불확실성에 더욱 더 의존하게 될 것이다.

기후를 얘기할 때, 어떻게 과학자들은 그들이 안다는 것을 알까? 연구에 따르면 논문을 열심히 출간하는 기후 연구자들은 인간활동이 기후시스템을 바꾼다는 것에 동의하는 반면, 일반 대중은 과학자들이 여전히 기후변화의 원인이 인간활동 때문인지 아닌지를 놓고 토론하는 것에 대해 영향을 받는다. 핵심원리 5는 기후연구의 핵심 요소와 동료 평가 과정(peer review process)의 자체 교정(self-correcting)에 대한 얘기이다.

지구시스템에 대한 우리의 이해는 위성, 개선된 모형, 그리고 새로운 관측 자료들의 유입을 통해 모아지는 전지구 자료의 사용가능성에 달려있다. 예를 들어 예전에는 해빙(바다 얼음) 면적을 측정할 때 연구자들은 작은 비행기를 타고 위에서 내려다 보면서 지도 상에 표시하는 방식으로 측정했다. 이제는 다양한 위성들의 조합을 사용할 수 있다.

과학자들이 새로운 발견을 논문으로 출간할 때는 그 원고를 전문 분야의 다른 연구자들이 검토한다. 논문 검토자들의 역할은 비판과 수정을 통해서 개선이 될 사항들을 제시하거나 또는 전문성을 만족하지 못할 경우 논문 게재를 거부하는 것이다. 이런 동료 평가체계는 완전할 수는 없지만 과학적 과정의 핵심적인 조각이다. 시간이 지날수록 과학적 논거는 검증되거나 또는 새롭거나 개선된 연구의 도전을 받게 된다. 논증에 대한 과학적 합의는 증거가 늘어날수록 견고해 진다. 기후변화에서 온실기체의 역할에 대한 우리의 과학적 이해는 1896년 스반테 아레니우스(Svante Arrhenius)가 대기 중 이산화탄소 농도의 두 배 증가가 전지구 기온에 미치는 영향을 계산한 데에서부터 출발한다.

기후과학분야에는 언제나 불확실성이 있기 때문에 새로운 연구개발이 필요하다. 예를 들면 모형 개선 분야나 상세 전망 분야 등이 그에 해당한다. 그러나 과학에는 언제나 불확실성의 범위가 존재할 수밖에 없다. 과학이 다른 지식 탐구 방향과 다른 점 중의 하나가 바로 이 불확실성이다.

여섯 번째 핵심원리는 인간활동에 의해 만들어진 기후변화의 원인과 결과에 결부된다. 150여 년에 걸쳐 온실효과에 대한 이야기가 대두되었고, 지난 100여 년 동안 인간활동으로 인한 온실기체 방출을 통해서 잠재적으로 지구 온도를 증가시켜 왔다. 이런 오랜 역사에도 불구하고 많은 사람들이 일부 섹터에서는 여전히 이런 생각이 사실인지 아닌지에 대해 논쟁 중이다.

기후에 대한 과학적 연구를 망라하는 총체적인 합의사항은 20세기 후반부터 관측되고 있는 전지구 평균 온도의 상승 원인이 인간활동 때문일 가능성이 매우 높다는 것이며, 특히 화석연료를 태움에 따라 발생한 온실기체의 증가 때문일 것이다.

지구 기후 변화는 긍정적인 면과 부정적인 면 둘 다 지니고 있을 것으로 과학자들과 경제학자들은 내다본다. 만약 다음 세기 온도 상승이 2~3℃를 넘는다면 긍정적인 영향보다는 부정적인 영향의 결과가 훨씬 크게 나타날 것으로 예상된다.

일곱 번째 핵심원리는 기후변화의 현재와 미래에 관한 이야기이다. 이전에는 기후과학자들의 핵심 영역이었지만, 기후변화가 인간과 환경에 미치는 영향은 자원 관리자, 의료 전문가, 응급 관리자, 보험회사, 국방기획 담당자 등의 관심 영역이 되었다. 많은 사람들이 인간이 기후체계에 미치는 영향을 완화하면서 기후변화에 적응하기 위한 대책을 세워야 하는 것이 21세기의 도전이라 느낀다.

바닷물은 저지대를 채우기 시작했고 연안의 담수원을 오염시킨다. 해안가 시설이나 호안 등과 같은 방호벽이 침수되기 시작되었다. 해수면 상승은 폭풍 해일이 집과 건물에 손해를 끼칠 위험을 증가시킨다. 강수 양상과 온도 조건의 변화는 담수 자원의 분포와 활용성을 바꿔버릴 것이다.

동물, 식물, 박테리아 그리고 바이러스 등이 성장하기 좋은 기후 조건을 찾아 이동할 것이다. 감염을 일으키는 병균과 어떤 종들은 이전에는 살지 않았던 곳에 출현하게 될 것이다.

비록 한파와 연관된 사망률은 감소할 지 모르지만 다른 위험성은 증가할 것이다. 말라리아, 뎅기열, 진드기를 매개로 하는 각종 질병 등과 같은 기후 민감 감염병은 그 발생 빈도나 영역이 늘어날 것이다.

초등학생들에게 있어 과학적 표준과 과학적 소양이란 개념은 기후변화의 복잡성에 대한 이해를 위한 무대를 설치한다. K-2 학생들에게는 "태양은 땅과 공기와 물을 데운다"는 과학적 교양이 '태양은 지구 기후 체계의 주된 에너지원이다'라는 핵심 원리 1을 이해하는 기초 개념이다. 초등 저학년 학생들에게 에너지 전달과 날씨에 대한 개념은 나중에 알게 될 더 추상적인 개념을 이해할 수 있는 기초 블럭이다. 수업에서 다루는 기초 과학이 기후변화와 연계되는 방법을 이해하는 선생님은 적절한 때가 되었을 때 학생들이 그 연결고리를 터득할 수 있도록 도와줄 수 있다.

미국의 국가 과학교육 표준은 기후 교양의 중요한 기초를 제공한다.

K-4 물리 — 빛, 열, 전기와 자기

빛은 물체에 부딪히기 전까지 직진한다. 빛은 거울에 반사될 수 있으며 렌즈에 의해 굴절될 수 있고, 또 물체에 의해 흡수될 수 있다.

K-4 지구와 우주 과학 — 하늘의 물체

태양은 지구의 온도를 유지할 수 있는 빛과 열을 제공한다.

K-4 지구와 우주 과학 — 지구와 하늘의 변화

날씨는 날마다 또 계절마다 변한다. 날씨는 온도, 풍향, 풍속, 강수량 등 측정 가능한 양으로 표현할 수 있다.

K-4 개인과 사회적 관점에서의 과학 — 환경 변화

환경 변화의 원인은 자연적일 수도 있고 인위적일 수도 있다. 어떤 변화는 이롭고 어떤 변화는 해롭지만 어떤 변화는 좋지도 나쁘지도 않다. 오염이란 사람을 포함한 생물의 건강, 생존, 활동에 영향을 미치는 환경 변화를 일컫는다.

5-8 물리

• 에너지는 다양한 방법으로 전달된다.
• 빛은 물체와 작용하여 전달되거나 흡수되고 또는 산란된다.
• 태양은 지구 표면의 변화를 야기하는 주요 에너지원이다. 태양의 에너지는 가시광선, 적외선, 자외선 등을 포함한 다양한 파장을 지닌 빛의 형태로 지구에 도달한다.

5-8 지구와 우주 과학 — 태양계 일원으로서의 지구

태양은 식물의 성장, 바람, 해류 그리고 물의 순환 등 지구 표면에 나타나는 다양한 현상들의 핵심 에너지원이다. 계절은 지구 표면에 닿는 태양에너지가 지구 자전축의 기울기와 낮의 길이에 따라 달라지기 때문에 나타나는 결과이다.

기후변화에 대한 일반 사람들의 대화는 종종 과학적 과정들에 대한 이해가 부족함을 드러낸다. 과학자들은 그들이 알고 있는 것을 어떻게 알까? 무슨 방법으로 얻었든지 간에 제시된 또는 얻어낸 증거와 관련해서 어떻게 논증할 수 있을까? 초등학생들은 과학자가 되는 방식을 배울 수 있고 또 과학적 사고를 하는 생각의 습관 등을 연습할 수 있다.

리차드 루브(Richard Louv)는 '숲속의 마지막 아이'라는 그의 책에서 야외에서의 경험을 통해 아이들로 하여금 자연과의 교감을 형성하고 발달시키는 법을 강조했다. 자연 일기 쓰기, 산책, 캠핑 또는 낚시, 학교 텃밭 가꾸기, 야생동물 서식지 만들기 등의 경험은 학생들이 자연세계에 대해서 배우고 돌볼 수 있는 능력을 키우는 데 도움이 된다.

아이들이 세상에서 변화를 만들어낼 수 있게 가르친다는 것은 그들이 커서 무슨 일을 하든지 간에 도움이 될 것이다. 재활용, 전구 교환, 학교로 하여금 보전을 하도록 요구하는 것 등이 학생들로 하여금 스스로를 행동하거나 주도적인 사람이라고 여길 수 있게 도와준다. 이것은 아이들이 환경에 대해서 듣게 되는 혼란스러운 메시지를 처리하거나 단지 문제로서가 아닌 해결책과 기회를 배운다는 측면에서 매우 중요하다.