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구멍 뚫린 오존층, 최근 회복 빨라진 이유는?

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2018년 01월 05일 16:45 프린트하기

오존층 구멍의 크기가 최대치를 기록한 2006년(왼쪽) 대비 2016년에는 염화불화탄소(CFC·프레온)로 생기는 염소 원자가 줄어듬에 따라 오존층 구멍도 작아졌다. 최근 미국항공우주국(NASA) 연구진은 최초로 오존층 구멍 인근의 화학적 조성을 분석해 오존층의 회복 과정을 규명했다. - 미국항공우주국 제공
오존층 구멍의 크기가 최대치를 기록한 2006년(왼쪽) 대비 2016년에는 염화불화탄소(CFC·프레온)로 생기는 염소 원자가 줄어듦에 따라 오존층 구멍도 작아졌다. 최근 미국항공우주국(NASA) 연구진은 최초로 오존층 구멍 인근의 화학적 조성을 분석해 오존층의 회복 과정을 규명했다. - 미국항공우주국 제공

파괴됐던 남극 상공 오존(O3)층이 최근 가파르게 회복되고 있는 이유가 밝혀졌다. 염화불화탄소(CFC·프레온)의 사용 금지 조치로 남극의 ‘오존층 구멍’이 2005년보다 20% 줄었다는 관측 결과가 나온 것이다. 화학적 성분을 분석해 오존층의 회복 과정을 밝힌 것은 이번이 처음이다.
 
미국항공우주국(NASA)은 세계적으로 CFC의 사용을 금지한 것이 실질적인 오존층 회복 효과로 나타났다는 사실을 입증했다고 5일(현지 시간) 밝혔다. 2005~2016 년 사이 오존 파괴량의 변화 패턴이 CFC 기체로 인한 염소 원자의 증감 추세와 일치했다. 매년 남반구의 겨울철마다 인공위성 ‘아우라(Aura)’로 남극 오존층 구멍 인근의 화학 조성을 추적 관측한 결과다. 연구 결과는 국제학술지 ‘지오피지컬 리서치 레터스’ 4일자에 게재됐다.

 
CFC는 냉장고나 에어컨, 헤어스프레이 등에 주로 썼던 인공화합물이다. 그러나 1974년 CFC 기체가 성층권의 오존을 파괴시킨다는 연구 결과가 발표됐고 1985년에는 남극 상공에서 실제로 오존층 구멍이 발견됐다. 결국 2년 뒤인 1987년 세계 각국은 ‘몬트리올 의정서’를 통해 CFC 사용을 전면 금지했다.
 
남극 성층권의 온도는 영하 85도 수준이다. 이렇게 낮은 온도에서 구름이 생성되면 태양 자외선에 의해 CFC 기체가 분해되는 광(光)화학 반응이 일어나 염소 원자가 방출된다. 이 염소 원자가 오존 분자를 분해시키면서 오존층이 파괴되는 것이다. 연중에는 남반구의 한겨울인 9월에 오존층 구멍이 가장 많이 커진다. 기온은 낮아지고 오존 분해 반응의 촉매 역할을 하는 태양 자외선이 남반구에 잘 드는 조건이 되기 때문이다.

 

염소 원자는 반응 후 다시 원상태로 돌아와 또 다른 오존 분자를 계속 분해시킨다. 보통 염소 원자 1개는 오존 분자 10만 개를 파괴한다. 때문에 CFC 사용이 금지된 뒤에도 20년 동안은 오존층 구멍이 계속 커졌다. 2006년에는 역대 최대치인 2600만㎢을 기록했다.
   
하지만 이후 감소 추세를 따르면서 2016년에는 약 2300만㎢까지 줄었다. 지난해 9월에는 남극 오존층 구멍의 최대 면적이 1958만㎢로 전년 대비 336만㎢나 줄었다. 더 가파른 회복세가 시작된 것이다.

 

연구진의 분석 결과, 같은 기간 남극 상공 성층권에서 CFC 기체와 염소 원자의 농도 역시 급감한 것으로 나타났다. 평균적으로 매년 0.8%씩 줄고 있는 것으로 확인됐다. 논문의 공동저자인 앤느 더글라스 NASA 고다드우주비행센터 박사는 “CFC 기체는 50~100년의 긴 시간 동안 대기에 머물기 때문에 30년 전 배출을 금지한 효과가 최근 나타나는 것”이라고 설명했다. 
 

인공위성으로 바라본 지구 대기의 모습. - 미국항공우주국 제공
인공위성으로 바라본 지구 대기의 모습. - 미국항공우주국 제공

그동안 학계에서는 오존층의 회복 이유를 두고 두 가지 시나리오를 내놨다. 하나는 지구온난화로 인해 성층권의 기온이 높아져 낮은 온도 조건에서 염소 원자를 내는 CFC 기체가 잘 분해되지 못했기 때문이라는 설이고, 다른 하나는 국제적인 공조로 CFC 등 오존층 파괴 원인 물질의 배출을 근본적으로 줄인 덕분이라는 설이다.

  

이런 가운데 이번 연구 결과로 오존층 회복에는 후자의 영향이 큰 것으로 확인됐다. 연구논문의 또 다른 공동저자인 수잔 스트라한 NASA 고다드우주비행센터 박사는 “겨울철에는 남극의 기온이 항상 낮은 상태를 유지하기 때문에 이 기간의 오존층 파괴 정도는 얼마나 많은 염소가 있느냐에 달려있다”며 “관측 기간 동안 일시적으로 염소 원자가 증가했다 감소할 때도 오존층 파괴량이 똑같이 증감했다는 것은 CFC 사용을 금지한 덕분에 오존층이 회복세를 탔다고 볼 수 있는 증거”라고 말했다.
 
다만 연구진은 완전한 회복까지는 수십 년이 걸릴 것으로 내다봤다. 더글라스 박사는 “CFC의 수명이 긴 만큼 모든 CFC가 완전히 지구 대기권을 떠날 때까지 그에 따라 남극의 오존층도 서서히 회복될 것으로 보인다”고 말했다.

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