2019년, 관측 이래 오존홀 가장 작아
2019년, 관측 이래 오존홀 가장 작아
  • 함예솔
  • 승인 2019.10.28 12:05
  • 조회수 2492
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NASA와 NOAA 과학자들에 따르면 2019년, 오존홀(Ozone Hole)이 관측 이래 가장 크기가 작았다고 하는데요. 남극 대륙 상공의 초고층 대기의 비정상적인 기후 패턴이 9월과 10월, 이곳의 오존층 파괴를 극적으로 제한했기 때문입니다. 오존층에 뚫린 구멍이 회복된 걸까요?   

2019년 오존홀 크기 젤 작았다~ 출처:NASA Goddard/ Katy Mersmann
2019년 오존홀 크기가 가장 작았다. 출처:NASA Goddard/ Katy Mersmann

 

  • 오존홀(Ozone Hole)이란?

오존홀(Ozone Hole)이란 대기 성층권에 존재하는 오존층이 뚫린 구멍을 말합니다. 오존층은 높이 약 20~30km의 성층권 상층부에 오존이 밀집한 층을 말합니다. 즉, 오존홀이란 극지 등의 오존층에서 오존이 급격히 감소된 영역입니다.  

남극 대륙 상공의 오존은 1970년대 들어서면서 서서히 감소했습니다. 그러다 1980년대 초 계절에 따른 대규모 오존 부족 현상이 나타났습니다. 영국 남극 조사단(the British Antarctic Survey)의 연구원이 1985년 오존에 구멍을 발견했는데요. NASA의 위성, 톰스(Total Ozone Mapping Spectrometer, TOMS)이 총오존량을 측정했고 1985년 오존홀의 대륙별 크기를 확인시켜줬습니다.  

 

오존층에 심폐소생술 한 '몬트리올 의정서'    

성층권에 위치한 오존층. 출처: NASA
성층권에 위치한 오존층. 출처: NASA

오존층은 유해한 자외선을 차단해주기 때문에 생명체에겐 소중한 방어막이라고 할 수 있는데요. 가장 대표적인 오존층 파괴 물질은 한 때 냉각제로 사용됐던 프레온가스(CFC-11)입니다. 32년 전인 1987년, 국제사회에서는 오존층을 파괴하는 물질에 관한 '몬트리올 의정서(Montreal Protocol)'에 서명했습니다. 이 협정은 오존을 파괴하는 화합물의 소비와 생산을 규제했는데요. 이후 1989년부터 시행됐습니다.

 

몬트리올 의정서 이후 각국의 감축 노력에 따라 1990년대 중반부터 대기 중의 농도는 지속적으로 감소해왔습니다. 이후 2010년을 기점으로 중국을 포함한 모든 개발 도상국에서도 오존층 파괴물질의 사용과 생산이 전면 금지됐습니다. 

 

이 덕분에 인간이 만든 오존층 파괴 물질은 2000년대까지 증가한 이후로 천천히 감소했습니다. 하지만 여전히 대기에는 오존을 파괴시키기 충분한 농도의 오존층 파괴 물질이 존재합니다. 그럼에도 남극 대륙의 오존홀은 프레온 가스가 감소함에 따라 점차 회복될 가능성이 보이는데요. 과학자들은 남극 오존이 2070년 경이 되면 1980년대 수준으로 회복될 것으로 예상하고 있습니다. 

 

2019년 오존홀 얼마나 작았나

NASA와 NOAA의 위성 관측에 따르면 오존홀은 지난 9월 8일 약 1,640만㎢로 정점에 도달한 뒤 9월과 10월 나머지 기간 약 1,000만㎢ 미만의 크기로 줄어들었습니다. 정상적인 기상 조건일 경우 몇 년간 오존홀은 보통 9월 말이나 10월 초에 최대 약 2,000만㎢까지 커집니다.

 

NASA의 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 책임연구원인 Paul Newman은 "남반구 오존에 좋은 소식"이라며 "하지만 우리가 올해 보고 있는 것은 더 따뜻한 성층권의 기온 덕분이란 걸 인식하는 게 중요하다"고 전했는데요. 덧붙여 "올해 오존홀이 작다는 게 성층권의 오존이 빠른 속도로 회복되고 있다는 징후는 아니기 때문"이라고 말했습니다.   

  • 오존(Ozone)? 

오존은 산소원자 세개로 이뤄진 반응성이 매우 강한 분자입니다. 자연적으로는 매우 소량으로 발생하는데요. 성층권에서는 자외선을 막아주는 도움을 줍니다. 대략 지구 표면에서 20~30km 상공에 오존이 밀집해 오존층을 이루는데요. 오존층은 자외선 차단제라고 할 수 있습니다. 잠재적으로 유해한 자외선 방사선으로부터 지표의 생명체를 보호하기 때문인데요. 자외선은 피부암과 백내장을 유발하거나 면역 체계를 억제하고 혹은 식물에 손상을 가할 수 있습니다. 
사실 오존이 지표에 있을 때에는 우리에게 유해합니다. 산소보다 산화력이 강한 오존을 흡입할 경우 체내 단백질과 반응하게됩니다. 그 결과 세포막을 약화시켜 기침이나 메스꺼움, 후두 염증, 두통, 알레르기 반응을 일으킬 수 있습니다.  

남극의 오존홀은 되돌아오는 태양 광선이 오존층을 파괴하는 반응을 일으키며 남반구에 늦겨울을 초래했는데요. 이러한 반응은 인간이 만든 화합물에서 유래한 화학적으로 활성화된 형태의 염소와 브로민을 포함합니다. 이러한 화학 물질들이 형성되는 화학 작용은 차가운 성층권에서 만들어지는 구름 입자 표면에서 발생합니다. 궁극적으로 오존 분자를 파괴하는 급격한 반응을 이끌어 냅니다.

 

그런데 더 따뜻한 온도에서는 극지방 성층권 구름(polar stratospheric clouds)이 적게 생성되고 오래 지속되지 않습니다. 그러면서 오존 파괴 과정을 제한하게 됩니다. NASA와 NOAA는 상호 보완적인 기기 분석법을 통해 오존 구멍을 감시해왔습니다. NASA의 아우라 위성(Aura satellite)과 NASA-NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership satellite(SNPP), NOAA의 Joint Polar Satellite System NOAA-20 satellite은 우주에서 오존을 측정합니다. 아우라 위성의 Microwave Limb Sounde는 성층권의 오존 파괴하는 염소의 수치를 측정합니다. 

오존 수치를 샘플링하는 오존 측정기, 오존존데(ozonesonde) 띄웠다. 출처: Robert Schwarz/University of Minnesota
오존 수치를 샘플링하는 오존 측정기, 오존존데(ozonesonde) 띄웠다. 출처: Robert Schwarz/University of Minnesota

남극에서 NOAA 직원들은 대기에서 수직분포 측정을 통해 오존 수치를 샘플링하는 오존 측정기, '존데(sondes)'를 실은 기상관측기구를 띄웠는데요. 대부분의 기간 가장 많은 양의 오존이 정상적으로 발견되는 상층 대기 지점에 오존이 전혀 없는 것으로 나타났습니다. NOAA의 지구시스템연구소에서 대기과학자인 Bryan Johnson 박사는 "올해 오존존데(ozonesonde)로 남극 대기를 측정했을 때 대기에서 오존이 완전히 감소한 지점은 관측되지 않았다"고 밝혔습니다. 

 

드문 현상이지만 과거에도 존재

 

NASA의 고다드 우주비행센터 USRA(Universities Space Research Association) 대기과학자 Susan Strahan은 지난 40년 동안 기상시스템이 오존층 파괴를 제한하는 따뜻한 온도를 발생시킨 것은 이번이 세 번째라고 말하는데요. 1988년과 2002년 9월에도 남극 성층권에서 비슷한 기후 패턴이 이례적으로 작은 오존홀을 발생시켰다고 합니다. Susan Strahan은 "아직도 이해하기 위해 노력 중인 드문 현상"이라고 말했는데요. "만약 온난화가 발생하지 않았다면 우리는 훨씬 더 전형적인 오존홀을 보고 있었을 것"이라고 밝혔습니다. 이러한 독특한 패턴의 발생과 기후의 변화 사이에는 확인된 연관성은 아직 밝혀진 바가 없습니다.

극지방 성층권 구름(polar stratospheric clouds). 출처: NASA/Lamont Poole
극지방 성층권 구름(polar stratospheric clouds). 출처: NASA/Lamont Poole

2019년 오존홀을 교란시킨 기상 시스템은 일반적으로 9월엔 보통 수준이었지만 올해는 유난히 강해 오존 파괴가 중점적으로 발생하는 시기 동안 남극 성층권의 온도를 높여놨습니다. 고도 20 km 상공에서 9월 기온은 평균보다 16℃나 높았고 40년 역사상 가장 큰 차이를 보이며 따뜻했습니다. 게다가 이러한 기상 시스템은 남극의 극소용돌이(Antarctic polar vortex)를 약화시켜 남극 상공의 정상적인 중심에서 벗어나게 했습니다. 또한 남극 주변의 강력한 9월달의 제트기류를 평균 시속 259km에서 시속 107km로 줄였습니다.

 

이러한 느린 극소용돌이의 회전은 오존층 파괴가 발생하는 성층권 하부에서는 공기가 하강하게 했고 두 가지의 영향을 미쳤습니다. 첫째로는 공기의 하강은 남극의 하부 성층권을 따뜻하게 하여 오존파괴 과정의 주요 재료가 되는 극지방 성층권 구름(polar stratospheric clouds)이 형성되고 지속하는걸 최소화시켰습니다. 두 번째로는 강한 기상 시스템은 오존이 풍부한 고위도의 공기를 남극의 오존홀 상공으로 가져왔습니다. 10월 16일에 관측된 남극 상공의 오존홀은 작지만 안정적이며 앞으로 몇 주에 걸쳐 점차 사라질 것으로 예상됩니다.
 



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