中면적 3배만 한 오존 구멍…한번 뚫린 상처 70년 간다

중앙일보

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강찬수 기자

남극 상공 성층권에 나타난 오존 구멍 [중앙포토]

오존 구멍 (Ozone Hole)
최근 세계기상기구(WMO)는 '오존 고갈에 대한 과학적 평가' 보고서를 내고 지구 보호막 오존층이 서서히 회복되고 있다는 소식을 전했다. 2060년에는 인류가 초래한 오존 고갈이 완전히 회복될 것이라고 전망한 것이다.

남극 상공에 나타난 '오존 구멍'으로 대표되는 오존층 파괴 문제는 지난 30여 년 동안 인류가 저지른 지구 환경 파괴를 상징했다.
오존 구멍은 극지방, 특히 남극지방 상공 성층권에서 오존 농도가 크게 줄어든 구역이 폭넓게 나타나는 현상을 말한다.

세계기상기구의 2018 오존 고갈 평가 보고서 표지

세계기상기구의 2018년 오존 고갈 평가보고서가 제시한 오존층 전망. 위의 그래프는 지구 전체 평균 오존 농도가 2045년쯤 회복할 것으로, 아래 그래프는 남극 상공 오존 구멍이 2060년쯤 회복할 것으로 전망하고 있다. [자료 세계기상기구]

이번 WMO의 희망적인 메시지에도 불구하고 완전 치유가 되는 데는 앞으로도 30~40년이 필요할 만큼 갈 길이 멀다.
한번 뚫린 상처가 70년 이상 가는 셈이다.

지상 20~25㎞에 존재하는 오존층

오존층(Ozone layer) 위치를 나타내는 곡선. 세로축은 고도(km)를, 붉은색과 검은색 선은 오존농도를 나타낸다. 대류권(troposphere)보다는 성층권(stratosphere)에서 오존 농도가 높다. 지표면 근처에는 다시 대기 오염으로 인해 오존 농도가 상승하기도 한다. [중앙포토]

지구를 둘러싸고 있는 대기권은 대류권·성층권·중간권·열권으로 나뉜다.

대류권은 지표면으로부터 11㎞ 사이에 존재하며 구름이 만들어지고 눈비가 내리는 등 날씨 변화가 일어나는 곳이다. 얇은 대류권계면을 거쳐 그 위에는 성층권이 존재한다.

11~50㎞ 높이에 있는 성층권은 기온 변화가 거의 없다. 성층권에서는 고도가 높아질수록 기온이 높아지는 기온역전층이 존재한다. 장거리 항공기들이 빠른 속도로 비행하기 위해 성층권을 날기도 한다.

성층권 중에서도 지상 20~25㎞ 사이에는 오존 농도가 높게 나타나는 오존층이 자리 잡고 있다.

두 얼굴을 가진 오존. 지표면에서 오존은 대기오염물질이다. 기침과 눈의 자극하고 호흡기 질환을 일으킨다. 반면 성층권 오존층은 지구의 생명을 지켜주는 보호막이다. [뉴스1]

오존층에서는 오존(O3)이 만들어지고 파괴되기도 한다.
우선 태양의 자외선과 산소분자(O2)가 반응해 산소분자가 두 개의 산소 원자(O)로 나뉘고, 나눠진 산소 원자(O)는 다른 산소분자(O2)와 결합해 오존(O3)이 만들어진다.
또 오존 분자끼리, 혹은 오존분자와 산소 원자가 충돌하면서 오존이 파괴되기도 한다.

이런 반응들이 평형상태를 유지하면서 오존층은 오존 농도를 일정하게 유지한다.
이 과정에서 자외선의 에너지는 열로 바뀌면서 성층권 온도를 높인다. 대류권의 높은 곳보다 성층권 온도가 더 높은 이유다.

인류가 배출한 오존층 파괴 물질

자동차 에어컨 냉매용 프레온 가스를 회수하고 있다. [중앙포토]

문제는 인류가 배출한 프레온과 같은 오존층 파괴물질이 끼어들면서 생긴다.

염화불화탄소(Chlorofluorocarbons, CFCs) 등 오존층 파괴물질은 잘 분해되지 않고 바람을 타고 오존층까지 도달한다.

오존층 파괴물질은 오존이 만들어지는 반응보다는 오존이 파괴되는 반응이 더 잘 일어나도록 해서 결국 오존층의 오존의 양이 줄어들게 한다.

오존층 파괴물질에서 나온 염소(Cl) 원자 하나가 파괴 연쇄반응을 시작하면 오존 분자를 10만개까지 파괴할 수 있다.
이들 물질은 성층권에 50~100년 동안 남아서 오존을 계속 파괴한다.

오존층 파괴와 남극의 오존 구멍에 국제 사회가 본격적인 관심을 갖게 된 것은 1980년대 중반이다.
1970년대에 비해 봄철 남극 상공에서 오존 농도가 70%나 줄어든 구역이 관측됐기 때문이다. 이후 1990년대를 지나면서 오존 구멍은 더 커졌다.

오존층의 두께는 돕슨 단위(DU: Dobson Unit)로 표기하는데 1 DU는 지표상의 대기 1기압에서 약 0.01㎜의 오존 두께에 해당한다.
오존층의 평균적인 두께는 약 350~400 DU인데 200 DU 이하가 되었을 때를 오존 구멍이라 한다.

남극 오존 구멍은 겨울 추위 탓

남극 대륙에 위치한 미국 해양대기국의 남극대기관측소 인근에 오로라가 펼쳐지고 있다. [AP=연합뉴스]

봄철 남극에서 오존이 줄어 오존 구멍이 생기는 것은 남극이 지구 상에서 가장 추운 곳이기 때문이다.
태양 빛도 없는 겨울철 남극 상공 성층권의 기온이 영하 80도까지 떨어지면 질산염·황산염이 엉켜 '극(極) 성층권 구름'이 만들어진다.

극 성층권 구름 표면에서는 염소질산염(ClONO2)에 저장돼 있던 염소(Cl)나 산화염소(ClO) 자유 라디칼이 떨어져 나오는 반응이 일어난다. 극 성층권 구름이 아질산(NO2)을 질산으로 바꿔 지상으로 가라앉히는 탈질화(denitrification) 반응을 진행하는 것이다.

염소의 오존 파괴 반응에 브레이크를 걸던 질산염이 가라앉으면서 염소는 고삐 풀린 망아지처럼 오존 파괴 반응을 방해를 받지 않고 이어간다.

남극 상공의 강력한 소용돌이도 오존 구멍을 만든다.
컵 속에 물을 넣고 젓가락으로 힘껏 저으면 가운데 물이 없는 부분이 생기는 것과 마찬가지다.

오존이 일단 없어지면 외부로부터 보충이 안 된다.
결국 남극의 긴 겨울이 끝날 무렵인 9월에 오존 구멍이 가장 크게 나타난다.
세계 오존층 보호의 날을 9월 16일로 정한 이유이기도 하다.

지구 생태계에도 큰 영향

피부암 환자의 모습 [중앙포토]

오존 구멍을 비롯해 성층권의 오존이 파괴되면 어떤 문제가 생길까.
지표면에서 오존은 강력한 산화물질로 호흡기를 자극하는 대기오염물질로 분류되지만, 성층권에서는 자외선을 막아주기 때문에 두 얼굴을 가진 물질로 불리기도 한다.

오존층은 강렬한 태양 자외선을 막아주는 역할을 하는데, 오존층이 얇아지면 자외선이 지구 표면까지 도달하게 된다.

자외선에 노출된 동식물은 큰 피해를 본다. 사람의 경우 백내장과 피부암 등에 걸릴 위험이 커진다.
강한 자외선이 각막을 손상하고 세포 DNA에 이상을 일으키기 때문이다.

DNA 염기 중 티민(Thymine, T) 두 개가 나란히 있는 경우 자외선에 의해 티민 두 개가 한 데 붙어버리는 이상이 발생하고, 세포 분열 때 DNA가 복제되면서 다른 염기가 들어가고, 이것이 암으로 이어질 수 있다.

개구리·두꺼비 같은 양서류는 얕은 물에 알을 낳는데, 이 알이 자외선에 노출되면 알이 부화해서 올챙이로 자라지 못한다. 식물성플랑크톤도 자외선이 너무 강하면 죽게 된다.

발 빠른 대처에 나선 국제 사회

미국 해양대기국(NOAA) 소속 과학자가 하와이 마우나로아 관측소에서 염화불화탄소 농도 측정을 위해 공기 시료를 채취하고 있다. [AP= 연합뉴스 ]

오존층 파괴로 인해 사람의 건강과 생태계 피해가 우려되자 국제사회에서는 발 빠르게 대책을 마련했고, 비교적 성공을 거뒀다.

지구온난화 대책이 여전히 미진한 것에 비해 오존층 보호 대책이 빠르게 진행된 것을 두고 백인들이 자외선에 민감하고 피해가 커 선진국들이 적극적으로 나섰기 때문이란 시각도 있다.

실제로 남극 오존 구멍이 발견된 1985년 3월 ‘오존층 보호를 위한 빈(비엔나) 협약’이 마련됐고, 1987년 9월 구체적인 실천 방법을 정한 ‘오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서(Protocol)’가 채택됐다.
오존층 파괴물질의 생산 감축 등을 담은 이 의정서는 1989년 1월에 발효됐다.

오존층 파괴물질에는 프레온가스라고 불리는 CFCs 외에도 할론(Halon), 수소염화불화탄소(HCFCs), 수소불화플루오르화탄소(HBFCs), 브롬화메틸(CH3Br) 등이 있다.

프레온가스나 할론은 냉장고나 에어컨의 냉매로 사용됐고, 스프레이 제품에서 다른 약품 성분이 잘 뿜어져 나오도록 하는 추진제로 사용됐다.
수소염화불화탄소는 CFCs의 대체물질로 개발됐으나 이 역시 염소 성분을 갖고 있고, 오존층을 파괴하는 특성도 지니고 있다.

지난 5일 남미 에콰도르에서 열린 제30차 몬트리올 의정서 당사국 총회에 참석한 데이빗 파헤이 의정서 전문가위원회 공동의장이 오존층 회복 상황을 설명하고 있다. [EPA=연합뉴스}

세계 각국은 갈수록 커지는 오존 구멍에 대처하기 위해 몬트리올 의정서는 이후 세 차례의 개정, 규제를 강화했다.

선진국들의 경우 CFCs는 1996년까지 생산과 사용을 금지했고, HCFCs는 2020년까지 완전히 금지하기로 했다.
개발도상국의 경우는 2010년까지 CFCs 생산과 사용을 금지하기로 결정했다.

한국도 오존층 보호에 적극 참여

해마다 조금씩 변화를 보이고 있는 남극 오존 구멍 [자료 미 항공우주국(NASA)]

한국은 1992년 몬트리올 의정서에 가입했고, '오존층 보호를 위한 특정물질의 제조 규제 등에 관한 법률'을 제정해 관련 물질 감축에 나섰다.

몬트리올 의정서에서 개발도상국으로 분류된 한국은 1999년부터 할론·프레온에 대한 단계적 감축을 시작했다.
덕분에 1988년 1만3981t에 이르렀던 오존층 파괴물질 사용량은 2008년 1852t으로 뚝 떨어졌다.

2010년부터는 프레온 가스와 할론의 생산과 수입을 전면 금지했다.
HCFCs는 2013년부터 단계적으로 감축을 시작했으며, 2030년까지 사용을 전면 금지할 계획이다.

지난 5월에는 환경부가 22일 오존층 파괴 주범인 프레온 가스 냉매의 관리를 강화하는 내용의 대기환경 보전법 시행령·시행규칙 개정안을 입법 예고했다. 개정안은 오는 29일 시행될 예정이다.

환경부는 입법 예고한 개정안에서 관리대상 냉매 사용기기의 범위를 정했다. 이에 따라 하루 냉동 능력 20t 이상인 기기로써, 음식물을 냉동·냉장 보관하거나, 제조공정에서 의약품 등의 제품을 냉동·냉장 보관하는 기기, 아이스링크 제빙용 등으로 사용되는 기기 등이 관리 대상에 포함된다.
관리대상 냉매 사용기기를 보유한 사업장은 냉매관리 기준에 따라 냉매를 관리하고, 냉매 관리 기록부를 작성해 그 사본을 매년 한국환경공단에 제출해야 한다.

이런 가운데 지난 5월 국제학술지 '네이처'는 몬트리올 의정서에 따라 2010년 이후 국제적으로 생산이 전면 금지된 염화불화탄소(CFCs)의 대기 중 농도가 다시 상승하고 있다고 밝혔다.
염화불화탄소의 하나인 CFC -11의 경우 2002년부터 10년간 감소했으나, 2012년부터 감소세가 주춤해졌다.

국제 과학자 연구팀은 "중국을 비롯한 동아시아에서 2012년 이후 CFC -11 배출량을 늘리는 것으로 추정된다"며 "불법적인 생산과 사용 가능성이 있다"고 지적했다.

오존층 파괴물질인 CFC-11의 생산과 배출. 녹색 선은 각국이 보고한 생산량으로 이미 생산이 완전 중단된 것을 보여 주고 있다. 그리고 회색 선으로 표시한 농도 전망치는 계속 감소할 것으로 예상된다. 하지만 실제 측정치인 검은색과 빨간색 선을 보면 감소하지 않고 있다. 어디선가 불법으로 생산, 배출되고 있다는 의미다. [자료 세계기상기구 보고서]

지난 6일 뉴욕타임스와 미국 워싱턴에 본부를 두고 있는 국제환경단체인 환경조사단(Environment Investigation Agency)은 중국 업체가 CFC-11을 불법 제조하고 있다고 폭로했다.
중국 정부는 일부 생산과 사용을 시인했지만, 오존층에 영향을 줄 만큼 대규모 불법 생산은 아니라고 부인하고 있다.

희망과 실망의 교차하지만….