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2012년 4월 28일 토요일

오존층 파괴의 과거 현재 그리고 미래 (6)





 10. 오존홀 


 흔히 오해하는 것 가운데 하나로 오존홀이라고 하면 오존층에 난 구멍같은 구조를 생각하는 것입니다. 물론 실제로 불규칙한 원형의 오존 농도 감소 지역이 주로 남극에 계절적으로 나타나곤 합니다. 하지만 엄밀히 말한다면 수직 방향 대기층에 오존이 존재하지 않는 것은 아니며 대개 성층권 하부의 오존만 주로 감소되는 현상을 이야기 합니다. 자외선이 강한 상부 대기의 오존은 별로 영향을 받지 않습니다.  또 오존 감소 지역 역시 낮은 기온과 관계가 있기 때문에 매년 그해 기후분포에 따라 꼭 원형이 아니라 얼룩같은 모양으로 나타날 수 있습니다. 



(2006 년 9월 21일 에서 30일 사이 남극에 형성된 거대 오존홀. 사진은 9월 24일 것으로 2750만 ㎢ 라는 거대한 영역에 오존홀이 형성되어 그때까지 최대 오존홀로 기록된 관측 결과이다.  http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/ozone_record.html ) 


 오존홀 형성은 생각보다 복잡한 대기 현상의 일부로 나타나게 됩니다. 이 오존홀이 처음 관측된 남극에서는 이른 봄에 (남반구에서는 9월) 거대한 오존홀이 형성되게 됩니다. 오존홀은 220 DU  이하 오존이 관측되는 영역을 이야기 하는데 특히 남극의 봄에 형성이 잘되는 이유가 있습니다. 


 남극의 이른 봄에 극 소용돌이 (polar vortex) 가 형성되는 시기에 성층권의 온도가 영하 80 도 수준으로 하강하게 됩니다. 이 때 형성되는 polar stratospheric cloud (PSC) 는 일반적으로 구름이 형성되지 않는 성층권에 구름을 만들어 냅니다. 이 때 미세한 물방울들은 염소 원자가 오존을 파괴시키는 촉매 작용을 최대한 할 수 있도록 촉진합니다. 그렇게 되면 오존 농도는 극적으로 감소하게 되는 것입니다. 


본래 이 현상은 자연적으로도 나타날 수 있습니다. 하지만 인류가 CFCs 를 대량으로 생산하기 전에는 대기권에 염소 (Cl) 또는 브롬 (Br) 을 포함하는 원소들이 성층권에 지금처럼 대량으로 존재한 적이 없었습니다. CFCs 나 HCFCs 화합물들은 극도로 안정성이 높고 수명이 길어서 유용한 화합물인 동시에 역설적으로 매우 위험한데 생산과 소비를 금지했다고 바로 없어지지 않고 21 세기 중반 - 후반에 들어서야 농도가 20세기 이전으로 돌아갈 것이기 때문입니다. 




(주요 오존층 파괴 물질들의 대기 중 농도.  1992 년 이후로 조금씩 감소 추세이지만 아직은 높은 상태. EECI 는 이런 물질들이 오존층에 영향을 미치는 정도를 모두 합해 정량화 한것 This image is in the public domain because it contains materials that originally came from the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration, taken or made during the course of an employee's official duties. )  



 현재 오존홀이 주로 발견되는 곳은 남극이지만 사실 티벳 고원지대와 북극에서도 오존 감소가 관측될 수 있습니다. 특히 2010 년에서 2011 년 사이 북극권과 고위도 지방에서는 기상 조건이 잘 맞아 떨어지면서 이전에는 관측할 수 없었던 수준의 오존홀이 관측되어 과학자들을 놀라게 만들었습니다. 앞서 이야기 했듯이 오존층 파괴는 파괴 물질 뿐 아니라 기상 조건에도 밀접한 영향을 받기 때문에 매년 그 조건에 따라 오존홀의 크기는 변할 수 있습니다. 



 (2011 년초의 북극권 오존홀  Left: Ozone in Earth's stratosphere at an altitude of approximately 12 miles (20 kilometers) in mid-March 2011, near the peak of the 2011 Arctic ozone loss. Red colors represent high levels of ozone, while purple and grey colors (over the north polar region) represent very small ozone amounts. Right: chlorine monoxide -- the primary agent of chemical ozone destruction in the cold polar lower stratosphere -- for the same day and altitude. Light blue and green colors represent small amounts of chlorine monoxide, while dark blue and black colors represent very large chlorine monoxide amounts. The white line marks the area within which the chemical ozone destruction took place. (Credit: NASA/JPL-Caltech)


 이 시기에 북극권에서 지표에서 고도 20km 지점의 오존의 80% 가 파괴된 것이 확인되었습니다. 과연 이런 변화가 혹시 현재 진행중인 지구 온난화와도 연관이 있는 지에 대해서는 아직 논란이 있습니다. 다만 확실한 것은 고위도에 있는 인구 거주 지역과 도시 들에서 자외선 농도가 위험한 수준으로 올라가서 외출을 자제해야 할 정도였다는 것입니다. 



 11. 오존층 파괴문제의 미래 


 많은 사람들이 오해하는 것과는 달리 아직 오존층 파괴 문제는 해결을 본 건 아닙니다. 몬트리얼 의정서와 규제 물질에 대한 생산 금지 및 축소는 현재도 진행형입니다. 다만 문제 해결을 위한 큰틀은 잡혔고 다행히 오존층 파괴 물질 자체는 감소하고 있습니다. 아마도 2050 년 이후에는 오존층 파괴 문제는 더 이상 심각한 문제는 아닐 것으로 기대되고 있습니다. 다만 우리가 모르는 사이 혹시 새로운 오존층 파괴 물질을 우리가 대기중으로 방출하고 있는게 아니라면 말이죠. 



 (이전에 한번 보여드린 이 그래픽은 만약 몬트리올 의정서가 없었다면 어떤 미래가 닥칠지를 시뮬레이션 한 것입니다. 지나치게 늦게 개입하진 않았기 때문에 이와 같은 미래는 오지 않을 것이라는 희망이 있습니다.    NASA projection from 1974 to 2060 of the impact of CFCs on the Ozone layer if they hadn't been banned.
Modified into an animation by Fallschirmjager.)

 하지만 2011년 봄철에 나타난 북극권에 대형 오존 홀에서 보듯이 향후 기상 상태에 따라 지금보다 더 심한 오존홀이 한동안 나타날 가능성은 배제할 수 없습니다. 일부 지역에서는 과도한 외출은 자제하도록 권고할 수준까지 자외선 수치가 올라갈 가능성이 존재합니다. 


 다행히 한국의 경우 중위도 지역에 오존 농도가 안정적으로 유지되는 지역에 위치해서 웬만한 경우가 아니라면 자외선 문제는 걱정할 필요는 없어 보입니다. 


 향후 지구 온난화 문제로 인해 오히려 특정 지역에서 오존홀이 더 진행할 지도 모른다는 불길한 예언도 있기는 하지만 아무튼 오존층 파괴 물질 그 자체는 감소하는 추세인 게 분명하기 때문에 인간이 새로운 오존층 파괴 물질을 모르는 새 방출하고 있는 게 아니라면 - 최초에 CFCs 가 오존층을 파괴시킬거라고는 아무도 생각하지 못했던 것과 같이 - 일단은 최악의 시나리오는 피했다고 생각됩니다. 아마 2020년 이후로는 오존홀 문제도 호전이 있을 것으로 기대를 해볼 수 있을 것 같습니다. 


 오존층 파괴 물질에 대한 규제가 성공적으로 이루어진 이유 중 하나는 그 대체 물질을 만들기가 수월했기 때문입니다. 또 현대 산업 사회에 절대적으로 없으면 안되는 정도에서 아주 높은 순위를 차지하진 않았기 때문입니다. 


 하지만 또 다른 문제인 지구 온난화와 기후 변화는 경우가 다르다고 할 수 있습니다. 사실 이 문제에 대해서는 이미 오존층 파괴 문제만큼이나 많은 것들이 증명되어 있지만 몬트리얼 의정서 같이 효과적인 규제안을 만들지 못하는 이유는 간단합니다. 화석연료를 쉽게 대체할 방법이 없기 때문입니다. 그래서 알면서도 화석 연료를 계속 사용할 수 밖에 없는 딜레마가 존재합니다. 더군다나 그 사용량은 점점 증가하는 추세입니다. 


 몬트리얼 의정서와 국제 사회의 공조는 인류가 그렇게 어리석지 만은 않다는 걸 보여주었지만 지구 온난화 문제는 인간이 생각보다 현명하지 않다는 것도 보여주고 있는 셈입니다. 

 (여기가 끝입니다.)







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