동북아시아 초미세먼지…인간 활동으로 농도 증가

GIST-극지연구소 공동연구 통해 규명

▲북극해(왼쪽)와 태평양에서 각각 관찰한 초미세먼지 흡습성과 혼합 상태 특성을 보여주는 그래프.[사진제공=GIST]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 일본열도 동쪽 오호츠크해와 한반도 동해에서 육지와 가까워질수록 초미세먼지 질량 농도가 급격히 증가하는 것을 관찰했다. 또 동북아시아 근해에서는 인간 활동이 초미세먼지 질량 농도를 증가시키는 것을 확인했다. 북극해의 초미세먼지 생성 원리도 규명했다.

GIST(광주과학기술원)의 '초미세먼지 피해저감 사업단'과 극지연구소 북극환경·자원연구센터 연구팀이 쇄빙 연구선 '아라온'호를 타고 '북극해~태평양~동북아시아 근해~한반도 동해'에 이르는 지역의 초미세먼지를 실시간 관측해 해상(海上)에서 초미세먼지가 생성되는 메커니즘을 규명했다.

초미세먼지는 공기 중에 떠다니는 입자 2.5 마이크로미터 미만의 에어로졸을 말한다. 구름 형성에 영향을 주며 에어로졸이 지구에 도달하는 태양복사의 열평형에 미치는 역할을 이해하는 데 가장 기본적 요소이다.

연구팀은 국내 기술로 개발한 초미세먼지 실시간 진단 기술을 활용해 접근성이 어려운 극지(極地)에서부터 한반도 동해까지 광범위한 지역에서 초미세먼지 실시간 관측을 시도했다. 초미세먼지의 다양한 물리화학적 특성을 포괄적으로 분석, 비교했다.

기후변화를 예측하기 위해서는 광범위한 지역에서 자연 발생하는 초미세먼지의 생성 메커니즘과 물리화학적 특성을 규명하는 것이 매우 중요하다. 특히 바다 위 초미세먼지는 지구의 기후변화에 큰 영향을 미치는 요소이다. 그 생성 원리를 이해하기 위한 연구가 진행되고 있다.

중국 등에서 발생해 한반도와 일본에 도달하는 인위적 초미세먼지는 시민 건강과 경제적 손실에 대한 우려를 키우고 있다. 동북아시아 지역의 초미세먼지 발생원과 이동 특성을 정확히 파악하기 위한 연구의 중요성이 점차 커지고 있다. 인위적 초미세먼지는 자연활동이 아닌 인간의 활동에 의해 만들어진 초미세먼지로 자동차 연소 입자, 공장배출 입자, 난방연소 입자 등으로 이뤄져 있다.

연구팀은 2013년 9월7일~10월13일까지 아라온을 이용해 '북극해~태평양~일본 오호츠크해~한반도 동해'에 이르는 총 1만2000㎞를 운항하면서 연구했다. 이 지역을 항해하며 초미세먼지의 물리화학적 특성을 비교분석했다. 그 결과 북극해에서는 바다 속 생물학적 활동(엽록소a* 농도)이 해양 초미세먼지 생성에 중요한 역할을 하고 있다는 것을 처음으로 밝혀냈다.

북극해와 태평양에서 각각 관찰된 초미세먼지 특성을 비교한 결과 엽록소a의 농도가 높아 생물학적 활동이 더 활발한 북극해의 초미세먼지에서 나노입자 생성 이벤트가 훨씬 많이 관찰됐다. 보다 많은 휘발 성분이 혼합돼 있었다. 이를 통해 바다에서 자연 발생한 생물학적 유기 성분이 초미세먼지 생성에 중요한 역할을 하고 있다는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 또 일본열도 동쪽 오호츠크해와 한반도 동해에서 육지와 가까워질수록 초미세먼지 질량 농도가 급격히 증가하는 것을 관찰했다. 특히 인위적 초미세먼지인 블랙카본의 농도가 최대 1000 ng/㎥까지 급증하는 것을 확인했다. 북극해의 경우 평균 20ng/㎥에 불과했다.

북극해에서는 자연의 영향에 의해 나노 입자의 수농도가 증가하고 초미세먼지의 질량 농도는 매우 낮게 나타났고 동북아시아 근해에서는 인간 활동이 초미세먼지 질량 농도를 증가시키는 것을 확인한 것이다.

박기홍 GIST 교수는 "이번 연구는 GIST의 초미세먼지 실시간 진단기술과 극지연구소의 북극해 탐험 인프라가 성공적으로 융합해 접근성이 낮은 바다 위에서 초미세먼지 생성 원리를 규명한 연구"라며 "앞으로 한반도와 중국은 물론 극지 환경에서 발생하는 초미세먼지의 기후변화 영향과 건강 유해성 파악 등에 크게 도움을 줄 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 GIST '초미세먼지 피해저감 사업단'의 박기홍 교수(환경공학부)와 한국해양과학기술원 부설 극지연구소의 북극환경?자원연구센터 윤영준 박사가 주도했다. 연구 결과는 환경과학기술(Environmental Science and Technology) 10월 2일자 온라인판(논문명: Comparison of hygroscopicity, volatility, and mixing state of submicrometer particles between cruises over the Arctic Ocean and the Pacific Ocean)에 실렸다.