북극 오존 파괴하는 브롬 가스 어디서 왔을까

극지연구소, 브롬 가스 발생 기작 확인

북극 대기 경계층에서 오존을 파괴하는 브롬 가스의 발생 원인을 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 규명했다.

극지연구소 김기태·안용윤 박사 연구팀은 고려대학교, 이탈리아 국립연구위원회 극지과학연구소와 국제 공동연구를 통해 ‘동결농축 효과’를 기반으로 한 브롬 가스 전환 과정을 규명했다고 17일 밝혔다. 연구소에 따르면 북극에서는 매년 봄 대기 중 활성 브롬의 농도가 급증하는 ‘브롬 폭발’ 현상이 관측된다. 이 브롬 가스는 지표면에서 1~2km 상공에 있는 북극 대기 경계층의 오존을 급격하게 파괴하고, 대기 중 수은을 지표면과 바다로 내려 보내는데, 이는 극지 생태계의 잠재적 위험 요소로 꼽힌다.

북극 봄철에 관측되는 브롬 폭발 현상이 미국 알래스카 배로우에서 발생하고 있는 모습. 네이처 지오사이언스 온라인

브롬은 바다 어디에서나 존재하지만 브롬 폭발은 북극에서만 일어나 그 원인이 명확히 규명되지 않았다. 기존에는 태양광을 받아야만 기체로 바뀌는 것으로 알려졌다.

연구팀은 이번 연구를 통해 빛이 없는 환경에서도 얼음이 어는 과정에서 브롬이 가스로 전환될 수 있음을 새롭게 밝혀냈다. 연구팀에 따르면 물이 얼 때 얼음 결정 표면이나 결정들 사이 경계에는 완전히 얼지 않고 액체와 유사한 성격을 지닌 준액체층이 형성된다. 여기에 물에 있던 특정 성분들이 모여 원래보다 수천에서 수만배 높은 농도로 농축되는 이른바 ‘동결농축 효과’가 발생한다. 김기태 책임연구원은 “이 농축 과정에서 브롬이 특수한 화학반응을 거쳐 브롬 가스로 전환되는 기작을 확인했다”고 설명했다. 구체적으로 얼음이 어는 동안 동결 농축이 발생하는데 이 과정에서 브롬 이온은 얼음 내 브롬산에 의해 산화되고, 브롬산은 브롬 이온에 의해 환원되면서 중간 생성 물질인 차아브롬산이 발생한다. 차아브롬산은 탈수화 과정을 거쳐 브롬 가스로 변환돼 대기로 방출된다.

이번 성과는 지구 대기 화학과 극지 환경 연구의 패러다임을 바꿀 수 있는 중요한 발견으로 주목된다. 신형철 극지연구소 소장은 “얼음에서 일어나는 독특한 화학반응이 극지에서 특정 성분을 이동, 축적시키는 핵심 기작임이 다시 한 번 입증됐다”면서 “거대한 극지의 변화를 이해하기 위해 눈으로 보이지 않는 작은 세계를 살피는 우리 연구는 앞으로도 계속 될 것”이라고 말했다.

세종=이희경 기자 [e-mail]