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얼음 속 화학반응이 지구온난화 속도 늦춘다

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얼음 속 화학반응이 지구온난화 속도 늦춘다

2019.07.03 13:00
김기태 극지연구소 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다.동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사액체층에 산화철 입자의 농도가 크게 증가하는 현상을 저온유지 광학현미경으로 관측했다. 극지연 제공.
김기태 극지연구소 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다.동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사액체층에 산화철 입자의 농도가 크게 증가하는 현상을 저온유지 광학현미경으로 관측했다. 극지연 제공.

미세조류의 생산을 증가시키는 화학반응이 극지 바다의 얼음에서 발견됐다.  미세조류는 이산화탄소를 흡수해 지구온난화 완화에 기여하는 단세포 조류다. 

 

극지연구소는 김기태 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다고 3일 밝혔다. 최원용 포스텍 환경공학부 교수 연구팀과 과학기술연합대학원대(UST), 한림대, 스페인 물리화학연구소도 함께 연구에 참여했다.


남극과 일부 북극 바다는 생물이 자랄 영양분이 충분하다. 하지만 극지방의 바다에서 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 흡수해 지구온난화를 완화하는 역할을 하는 미세조류의 생산은 떨어지는 것으로 알려져 있다. 


미세조류의 생산을 활성화시키기 위해서는 철 이온이 필요한데, 자연계에 존재하는 철 성분은 대부분 산소와 결합된 산화철 형태를 가지고 있다. 산화철 형태는 미세조류 생산에 직접적인 도움을 주지 못한다. 

 

남극 봄철 로스해에서 나타나는 미세조류의 모습이다. NASA 제공
남극 봄철 로스해에서 나타나는 미세조류의 모습이다. NASA 제공

그런데 연구팀은 이번에 극지방의 얼음에서 미세조류의 성장을 돕는 철 이온이 방출되는 현상을 발견했다. 극지방의 얼음에서는 산화철을 철 이온으로 바꾸는 화학반응이 일어나고 있는 것이다. 김 연구원은 “액상에서는 철 이온으로 바뀌는 화학반응이 잘 일어나지 않는다”며 “얼음 상에서는 수십에서 수백배까지 철 이온으로 바뀌는 화학반응이 일어났다”고 설명했다. 또 “철 이온으로 바꾸는 화학반응이 증가함에 따라 미세조류 생산은 최대 수만배에서 수백배까지 늘어날 수 있다”고 덧붙였다.


연구팀은 이런 현상의 원인으로 동결농축효과를 꼽았다. 동결농축효과는 ‘화학반응은 저온에서 느리다’는 이론과 반대되는 개념으로, 물이 얼음으로 바뀌는 과정에 특정 성분들이 유사액체층으로 모이면서 해당 성분의 농도가 수천에서 수십만 배 이상 증가하는 현상을 뜻한다. 유사액체층은 얼음 결정 사이 경계면이나 표면에서 완전히 얼어붙지 않은 물이 액체와 유사한 성격을 띤 채 존재하는 공간을 의미한다. 김 연구원은 “얼음은 완전한 고체가 아니다”며 “얼음 결정 사이에 얼지 않은 부분이 존재하는데 여기서 철 이온으로 변하는 화학반응이 일어나는 것”이라고 설명했다.


또 연구팀은 “얼음결정 주위의 화학반응은 철 이온과 함께 요오드 가스를 생산하는데, 요오드 가스는 오존을 파괴하고 구름생성을 촉진하는 미세입자를 형성하기 때문에 지구온난화와 기후변화 연구에서 중요하다”고 말했다. 


겨울철 국내의 야외와 남극세종과학기지 등 실제 자연 현장에서도 철 이온과 요오드 가스의 방출 이 감지된 것으로 나타났다. 연구팀은 빛이 없을 때에도 얼음의 화학반응이 확인됨에 따라 고위도 지방의 극야 기간에 동일한 반응이 나타날 것으로 추정하고 있다. 


김 연구원은 “눈으로 볼 수 없는 작은 영역에서 시작된 온실가스 저감 효과가 더 넓은 지역, 지구 전체에도 영향을 줄 수 있는지 밝히기 위해 연구를 확대해 나가겠다”고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘환경과학&기술(ACS)’ 2일자로 발표됐다. 

 

동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사 액체층에 산화철 입자, 요오드 이온, 수소이온의 농도가 크게 증가하고 독특한 화학반응으로 생물이 이용가능한 철 이온과 요오드기체가 활발히 생성됐다. 극지연 제공
동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사 액체층에 산화철 입자, 요오드 이온, 수소이온의 농도가 크게 증가하고 독특한 화학반응으로 생물이 이용가능한 철 이온과 요오드기체가 활발히 생성됐다. 극지연 제공


 

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