오존층 파괴의 원인과 해결방안, 오존홀 작아지는 오존층 회복 알아보기

오존층의 역할

학생이었을 때 수업 시간이면 항상 빠지지 않고 나왔던 이야기가 있었습니다. 물 부족 국가, 오존층 파괴, 지구 온난화 등이 있었는데요. 현재 물 부족 국가라고 하면 터무니없는 소리라며 현재는 들리지 않고 있습니다. 물을 물 쓰듯 쓰면 필요할 때 쓰지 못한다는 공익 광고도 있었죠.

저는 떠도는 문제 중 오존층 파괴가 제일 무서웠습니다. 지구 온난화라는 이슈는 저에게는 그렇게 와 닿지 않는 이야기였습니다. 반면 수업 시간에 오존층 파괴로 인해 피부암이 발생하고 그렇게 피부암에 걸린 외국인들의 사진들을 보여주니 머지않아 많은 사람들이 피부암을 앓게 될 거라고 생각했기 때문입니다.

10여 년 전까지만 해도 오존층에 대한 사회의 관심은 매우 높았습니다. 어떻게든 프레온 가스를 줄여야 한다고 생각했고, 몬트리올 의정서로 인해 강제로 막기까지 했죠. 물론 그 영향으로 오존층이 파괴는 것을 많이 막았으며, 오존층이 많이 회복되어 2050년 정도면 모두 회복이 된다고 이야기가 나왔습니다. 하지만 지금도 오존층은 조금씩 파괴되고 있으며, 오존층 파괴에 대해 많은 사람들의 관심이 사그라지고 있는 게 안타까운 현실이 되었습니다.

오존층은 산소 3개 분자로 이루어진 O3분자가 고도 25~30km의 성층권에 분포되어 있는데, 이를 오존층이라고 합니다. 오존층은 층의 존재만으로 우주에서 오는 해로운 우주 자외선을 흡수하는 역할을 하고 그로 인해 지표에 있는 생물체를 보호하는 역할을 하게 됩니다. 또한 태양으로부터 온 복사열을 흡수하여 대기를 가열시키는 역할을 하여 지구의 복사 에너지가 대류권 밖으로 나가는 것을 막아주는 역할을 합니다.

따라서 지구에 오존층이 없다면 우주 자외선이 그대로 지표에 도달하게 되어 생물체가 존재하기 어려울 뿐 아니라 지표면의 온도가 지금처럼 유지되기가 어렵게 됩니다.

오존층은 성층권에 분포되어 있습니다. 따라서 별도의 막이 있는 게 아니라 일정한 구간 내에 오존의 농도가 상대적으로 높은 구역이 존재하는 것으로 정확한 두께의 산정은 어려우나 분포된 오존을 한 곳에 모아 높으면 약 0.3cm 정도 된다고 합니다.

오존 파괴 지수(ODP, Ozone Deplition Potential)

오존층은 위에서 말한 듯 인류가 살아남기 위해 필요한 존재입니다. 따라서 오존층을 파괴할 수 있는 한 화합물질의 오존 파괴 정도를 숫자고 표시한 것을 오존층 파괴 지수라고 합니다. 파괴 지수란 일반적으로 삼염화 불화탄소의 오존 파괴 능력을 1로 보았을 경우 상대적인 파괴 능력을 말합니다. 주로 소화 용도로 사용하는 할론 계통의 가스들은 오존 파괴지수고 3~10에 달하고 있으며, 이들의 대체 물질인 수소 염화 불화탄소 계통은 약 0.05 정도로 매우 낮습니다. 따라서 오존층 파괴를 막기 위해 파괴 지수가 낮은 대체 화합물을 사용하는 것이 바람직하겠습니다.

오존층 파괴의 원인과 영향

오존층 파괴의 원인은 단연 프레온 가스입니다. 프레온 가스는 CCl2F2의 화학식을 가지고 있습니다. 프레온 가스는 제너럴 일렉트릭과 듀퐁사가 생산하며 만들어낸 클로로플로오로탄소의 상품명입니다. 프레온 가스는 CFC-11, CFC-12, CFC115 등 다양한 종류가 있습니다. 상온에서는 기체의 상태로 존재하며, 무색, 무취의 인체에 무해한 안정적인 물질입니다. 불에 타거나 폭발하지 않은 안정적인 성질로 냉장고나 에어컨 등 냉매 등 다양한 곳에 사용되었습니다.

1980년대 과학자들은 남극대륙 상부에 오존층 구멍이 나타난다는 사실을 발견했습니다. 이 구멍에서의 오존 농도는 정상 밀도에 비해 40~50% 감소되었을 정도로 심각한 상황이었습니다. 이런 상황은 자연적인 현상으로도 생각이 되었지만 인류가 사용해온 프레온 가스가 원인이라는 사실을 알아냈습니다.

지구 온난화하면 많은 사람들이 프레온가스를 떠올리곤 하죠. 현재 프레온 가스는 오존층 파괴의 주범이 되었습니다. 그 이유는 너무나 안정적인 성질이 문제였습니다. 공기 중 프레온 가스는 분해가 되지 않는 안정적인 구조를 가지고 있습니다. 결국 프레온 가스는 대기의 상부로 이동하게 되며, 자외선을 만나 분리되며, 이때 구조가 파괴되어 나온 염소 이온은 오존을 만나게 되어 오존을 파괴하게 됩니다.

프레온 가스의 발견

1928년 미국의 토머스 미즈리에 의해 발견된 프레온 가스는 독성이 없고, 불연성을 가지고 있는 안정적인 화학물질로 꿈의 물질로도 불리게 되었습니다. 그 전까지만 해도 냉매로는 암모니아가 사용되었습니다. 암모니아는 독성을 가지고 있으면서, 인화성을 가지고 있는 물질이었기 때문에 위험한 물질이었죠. 따라서 이를 대체할 수 있는 물질이 필요했으며 그때 알려진 물질이 프레온 가스였습니다.

암모니아보다 안전하고 냄새도 나지 않은 완벽한 대체 물질로 알려진 프레온 가스는 냉장고, 에어컨의 냉매 또는 스프레이 등으로 사용하지 않는 곳이 없을 정도로 유용하게 사용되었습니다. 하지만 이 가스가 대기 중에서 지구의 기류에 의해 남극에 모이게 되고 점점 퍼져나가게 되어 오존층을 파괴하는 악동 같은 물질이 되어버릴지는 아무도 알지 못했습니다.

결국 오존층이 파괴되면 지상에 있는 많은 생명체에 해로운 자외선이 그대로 도달하게 됩니다. 그 결과 피부암이나 백내장 등 건강을 파괴하는 것은 물론 생태계까지 파괴시킬 수 있습니다. 식물의 광합성량이 감소되는 것은 물론 동물의 면역 체계에 손상을 입혀 유전자 변형까지 발생될 수 있습니다. 유엔에 따르면 오존층이 1% 얇아지게 되면 피부암의 발생 확률이 2~3% 증가하는 것으로 추산하고 있습니다.

오존층 파괴의 원리

오존층의 파괴는 성층권에서 자외선에 의해 발생된 염소로 인해 발생됩니다.

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

위의 반응을 통해 염소는 일산화염소가 되며 산소 분자로 만들고, 다시 일산화염소는 산소 이온을 만나 산소 분자로 만들고 다시 염소 이온이 됩니다. 결국 위의 반응을 지속하게 되며, 염소 이온 하나가 약 10만 개의 오존 분자를 파괴하는 것으로 알려져 있습니다.

오존층 파괴 해결 방안 몬트리올 의정서

오존층 파괴로부터 오는 문제점은 한 나라의 문제가 아닌 지구촌 모든 나라의 문제였습니다. 따라서 국제사회의 대응으로 1985년 빈 조약, 1989년 1월부터 발효된 몬트리올 의정서에 프레온가스 사용 및 수입을 금지시키는 내용 체결되었습니다.

몬트리올 의정서의 본 명칭은 오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의정서(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)입니다. 이 의정서에 따라 사염화탄소와 트리클로로에탄, 수소화플루오르화탄소(HFCs), 수소염화플루오르화탄소(HCFCs), 수소브로모플루오르카본(HBFCs), 브롬화메틸, 그 외 다른 오존 파괴 물질들의 제조와 사용뿐만 아니라 CFC와 할론의 사용을 점차 줄이다가 전폐시키는 것으로 협약이 개정되었습니다.

우리나라는 1992년 5월 몬트리올 의정서에 가입국이 되었으며 우리나라는 개발 도상국으로 분류되어 2010년까지 CFC, 사염화탄소, 메틸클로로포름, 할론의 사용을 단계적으로 금지시키고, 2015년까지 브롬화메틸의 단계적 전폐, 2040년까지는 HCFCs의 사용을 전면 중지하기로 되었습니다.

오존층 회복의 원리

오존층은 파괴가 되면 다시는 발생할 것 같지 않지만 시간의 흐름에 따라 다시 생겨납니다. 오존은 주로 단파인 태양의 자외선복사에 의해 형성됩니다. 파장이 242 × 10-9m 이하로 산소 분자가 이 자외선을 흡수하게 되면 2개의 산소 이온으로 광분해 됩니다. 이 산소 이온들이 산소 분자와 충돌하게 되면 오존이 형성됩니다.

몬트리올 의정서 과학 위원회는 오존홀에 대한 평가 보고서를 발표합니다. 4년 주기로 발표하는 내용에 따르면 2000년부터 점진적으로 오존홀의 크기가 작아지고 있으며, 복원 정도를 나타내는 수치는 상당히 희망적이라고 이야기합니다.. 남극의 오존홀이 10년마다 1~3% 정도씩 줄어들고 있는 추세로 빠르지는 않지만 2060년 정도 오존층 파괴가 멈추고 기존의 오존층 농도로 복원될 수 있다는 이야기가 있습니다.

하지만 남극과는 반대로 지구의 중위도 지역에서는 오존층 파괴가 더욱 이루어지고 있다고 합니다. 바로 중국과 인도인데요. 최근 들어 경제 발전을 통해 오염물질 배출이 급증하며 중국에서만 연간 7천 톤의 프레온 가스가 배출되고 있는 것으로 추정되고 있습니다. 물론 중국 정부에서는 이를 인정하지는 않지만 중위도 지역에는 인구의 밀도가 굉장히 높기 때문에 오존층 파괴로부터 오는 피해가 더욱 커질까 걱정됩니다.

코로나로 인한 오존층 회복?

그래도 다행인 사항이 있습니다. 위와 같이 중국이나 인도에서 오염물질을 다량으로 배출하고 있었으나 코로나로 인해 공장이 멈춰 배출량이 줄었다고 합니다. 물론 코로나가 잠잠해지는 순간 다시 심각해지겠지만 전 세계 모든 나라에서 한 마음으로 관리가 필요하겠습니다.

또한 2000년 이후로 오존층 파괴가 조금씩 줄어가는 추세이지만, 반면 지구 온난화는 더욱 빨리 진행이 되고 있습니다. 프레온 가스의 대체 물질인 수소 불화탄소는 오존층 파괴를 하지 않는다는 이점이 있지만 반면 지구 온난화를 진행시키는 강력한 온실가스입니다. 수소 불화탄소는 지구 온난화에 미치는 영향이 이산화탄소의 수백~만배 이상 크다고 합니다. 아직까지는 해당 물질을 사용하는 양이 적지만 개발도상국에서의 수요가 급증하고 있어 지구 온난화의 진행은 나날이 심해질 전망입니다.

따라서 현재 오존층 파괴도 물론이지만 지구 온난화에 대한 현명한 접근이 필요할 때인 것 같습니다. 1989년 몬트리올 의정서로 인해 오존층의 파괴를 더 이상 진행하지 않았다면 2020년 지구 온난화를 막아줄 수 있는 새로운 의정서가 나와 다음 세대에 지금의 지구를 남겨 주었으면 좋겠습니다.