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작성일 : 10-01-09 16:15
오존(O3)의 두 얼굴 (조덕영)
 글쓴이 : 최고관리자
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오존(O3)의 두 얼굴


조덕영

산소는 우리 지구 생명체와 가장 밀접한 관련이 있는 원소이다. 산소가 없다면 지구 생명체들은 생명을 유지하지 못한다. 지구상 물을 구성하는 질량의 약 89%가 산소이고, 질량비로 계산해서 암석 구성 성분의 약 절반은 산소이다. 화합물로서도 산소는 지각(地殼)과 수권 중에서 가장 많은 원소이다. 대기 중에서도 산소는 질소 다음으로 많은 분포를 가지고 있다. 우리 인류가 불을 다양한 용도로 사용하는 데에는 대기 산소의 덕을 톡톡히 보고있다.

  이렇게 하나님은 산소라는 원소를 그 어떤 원소보다도 우리 인류의 가까이에 두셨다. 우리는 살아가면서 운명적으로 산소라는 물질과 늘 함께 있게 된 것이다. 그럼에도 불구하고 산소가 우리 인류에게 과학적으로 그 모습을 드러낸 것은 지금으로부터 겨우 220여 년 전의 일이었다. 이처럼 인간은 하나님이 주신 세상에 대해 상당히 무지한 편이다.

  오존은 바로 이 산소 원자가 세 개 모여서 이루어져 있다.  최근 이 오존이 우리 인류의 관심사가 된 이유는 무엇일까?  바로 오존이 두 얼굴을 가졌기 때문이다. 하나는 유익한 오존이 파괴되고 있기 때문이요 또 하나는 해로운 오존이 생겨나기 때문이다. 어떻게 동일한 오존이 유익하고 해로울 수 있을까? 오존이 인류와 멀리 있을 때 유익하고 인류와 가까이 있을 때 해롭게 된다. 하나는 지구 상층부에 있는 성층권에 있는 오존이요 또 하나는 대류권에 발생하는 오존이다.

  인간을 비롯한 모든 생명체들이 호흡을 하며 지구 위에서 살아갈 수 있는 이유는 대기가 존재하기 때문이다. 지구를 둘러싸고 있는 대기는 질소와 산소, 아르곤, 이산화탄소, 오존, 수증기 등의 혼합기체로 구성되어 있다. 이 대기는 지구의 인력 때문에 외계로 달아나지 않는다. 대기의 두께는 지표로부터 약 600∼1000km에 이르는 것으로 추정되고 있다. 이 공간을 바로 대기권이라 부른다. 대기권은 대개의 수직 온도 분포에 따라 대류권, 성층권, 중간권, 열권 등으로 나누어진다. 성층권은 대류권 위로부터 지상 50km까지이다. 대기 중에 포함되어 있는 오존의 90%는 이 성층권에 있다. 10%는 대류권에 분포한다. 특히 성층권 내에서도 오존이 밀집되어 있는 지상 25km부근을 오존층이라고 한다. 이 오존층은 해수면에서의 기압으로 압축시키면 두께가 수 밀리미터밖에 되지 않는 양이다.

  이 오존층이 인류를 유해 광선으로부터 지켜주고 있다. 오존층은 가시광선을 통과시켜서 생태계 먹이사슬의 기초를 이루는 식물의 생산을 돕고 생물체에 해로운 자외선은 걸러내어 우리를 보호해주고 있다. 성층권에서는 공기가 아주 강렬한 태양광선(자외선)을 받는다. 이 때 일부 산소 분자(O2)가 원자상태(O)로 깨어진다. 이 원자상태의 산소(O)는 분자상태의 산소(O2)와 재빨리 결합하여 오존(O3)이 된다. 이렇게 생성된 오존은 다른 분자들과 화학적 반응을 거듭하며 생성과 파괴과정을 끊임없이 계속한다. 성층권 오존은 강한 자외선을 흡수하고 이 에너지 때문에 더워져서 대류권 아래로는 잘 내려오지 않아 오존층을 형성하게 되는 것이다. 참으로 하나님은 인류의 보호막을 주신 것이다. 하나님은 이 오존의 양을 적절히 조정하고 계신다. 마치 생떽쥐베리의 소설의 주인공 어린 왕자가 사랑하는 장미에게 유리덮개를 씌워 주고 바람 막이를 만들어 준 것이 연상된다.

  그런데 오존층에 문제가 생겼다. 1974년 캘리포니아 대학의 모리나(Molina)와 로우랜드(Rowland)박사가 염화불화탄소(CFC, 일명 프레온가스)가 오존층을 파괴한다는 내용의 논문을 과학잡지 'NATURE'에 발표한 이후 인류는 오존층 파괴를 방치하면 안 된다는 위기감을 가지기 시작했다. 원래 CFC는 50년 전부터 개발, 사용되고 있는데 당시 과학자들은 '꿈의 화학물질'이 탄생했다고 기뻐했다. 무해, 무취, 불연성으로 부식에 잘 견디므로 식품의 냉동가공 및 수송, 냉매와  단열재의 발포제, 세정제, 드라이크리닝 용제, 스프레이 제품 등 다양한 용도로 CFC는 쓰여왔다. 인류의 문명과 산업이 발전하면서 현대 사회에 필수적인 역할을 해왔던 것이다. 그런데 1985년 영국의 남극조사팀에 의해 남극오존층 파괴현상이 처음 발견되었고 남극 봄철(9-11월)에 미대륙 면적과 에베레스트의 높이에 해당하는 오존층이 남극에서 파괴되는 것이 관측되었다. 1987년 10월에는 소위 오존홀이라고 명명된 오존층 파괴가 현저하게 나타났다. 파괴가 가장 심각한 남극 15-20km 고도에서는 오존 전량의 약 95%가 파괴되었다. 최근 남극상공의 오존층은 절반이, 칠레남부 상공의 오존층은 1/4, 북반구는 매 10년마다 4%씩 파괴되고 있으며 북극에서도 1996년 전체 오존량이 1980년대 초의 양에 비해 20-25%더 낮아졌다. 그 주범이 바로 인류의 화학제품이었다.

  CFC의 성분인 염소는 반응성이 아주 강하다. 염소(Cl)는 오존(O3)과 결합하여 일산화염소(ClO)와 산소분자를 만들며 다시 산소원자(O)와 결합하여 염소(Cl)와 산소분자(O2)로 분해되는 과정을 계속 반복하면서 성층권의 오존을 파괴시키게 된다. 이렇게 해서 한 개의 염소 분자는 이론적으로는 수천에서 수십만 개의 오존을 파괴할 수 있게 된다.

  이러한 오존층 파괴는 지구의 생태계 전반에 엄청난 영향을 미친다. 오존층이 파괴되면 인체에 해로운 자외선이 증가하여 화상, 설맹, 백내장, 피부노화, 피부암 등을 유발하고 면역체계를 교란한다. 미국 환경보호청의 연구 결과에 의하면 성층권 오존이 1%만 감소하더라도 백내장 환자는 0.3-0.6%가 증가한다. 자외선 증가는 식물 생태계와 수중 생태계에도 커다란 변화를 가져올 가능성이 크다. 오늘날 대기 중에 존재하는 염소의 82%는 인류의 인위적 활동과 관련이 있다. 성층권 오존층 파괴는 절대 남의 일이 아닌 것이다.

 

  성층권 오존이 파괴되어 문제라면 대기 중 오존은 발생이 문제가 된다. 문제는 성층권 오존층처럼 대기권 오존도 인위적 발생이라는데 문제가 있다. 주로 자동차의 질소화합물이 태양빛에 의해 변질하는 과정에서 만들어진다. 오존은 화학적으로 아주 불안정한 물질이다. 산소분자(O2)에 산소원자가 하나 더 붙어생긴 오존은 틈만 나면 주변의 물질을 공격한다. 기관지를 조심하라는 것은 바로 이 때문이다. 피부와 달리 취약한 폐 세포에 오존이 들어가면 암까지 일으킨다. 

  또 다른 오존 문제는 광화학 스모그이다. 스모그(Smog)는 연기(Smoke)와 안개(Fog)라는 용어가 합쳐져 만들어진 말로 안개가 끼어있는 대기중에 공장이나 건물의 굴뚝에서 나오는 연기가 합쳐져 하늘이 뿌옇게 보이는 현상을 지칭한다. 자동차 배출가스에서 많이 나오는 질소산화물, 탄화수소 등이 햇빛(자외선)과 작용하면 오존과 발암 물질인 알데히드를 비롯한 여러 가지 산화성물질(옥시탄트)을 생성한다. 맑은 날에도 안개가 낀 것과 같은 상태가 된다. 이것이 광화학 스모그이다. 국내 대도시 지역에서는 자동차 증가와 함께 연료 사용량 증가에 따라 광화학 스모그의 원인물질로 작용하는 질소산화물(NOx, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 통칭해서 질소산화물이라고 부름)과 탄화수소화합물의 배출량이 급증하고 있고 이로 인해 고농도 오존 발생일이 증가하고 있다. 90년대 들어 국내 대도시의 오존농도는 이미 일년 중 60일 정도는 0.2ppm(오존주의보 발령기준치 0.12ppm)을 초과하고 있다.

  21세기가 오기 전 이미 인류는 이런 시대를 익숙하게 살고 있다. 오존의 교훈은 하나님이 주신 것을 파괴할 때에 자연이 인간에게 주는 반작용이 만만치 않음을 보여준다.

  하나님이 주신 세상은 분명 선하게 창조되었다(창 1장). 그러므로 하나님의 창조 섭리대로 선하게 사용하면 모든 것이 선한 것이다(창 1:28). 그러나 그것은 인간의 자유 의지에 달려있다. 산소에 대한 교훈은 인간의 죄악과 과학적 교만은 언제든지 하나님이 주신 세상을 쉽게 무너뜨릴 수 있음을 보여준다. 오늘날 인류의 의식 변환을 촉구하고 있는 생명공학과 정보통신에 있어서도 산소의 교훈은 적용될 것이다. 인류가 겸손하게 하나님의 창조 섭리를 찾지 않는다면 결국 인류는 그 일로 인하여 된서리를 맞을 것이다.

  그 반작용은 오존이 우리 인류에게 가져다준 역작용을 훨씬 초월할 것이다. 아마 그것은 인류 운명의 마지노선을 무너뜨리는 일이 될 것이 분명하다.