북극 초미세먼지 속 유기물질, 북극해와 동토식물서 유래

2019.09.24 12:02
노르웨이 스발바르군도 북극 다산기지에 설치된 미세먼지 포집장치. 극지연구소 제공
노르웨이 스발바르군도 북극 다산기지에 설치된 미세먼지 포집장치. 극지연구소 제공

지구 온난화에 가장 민감한 북극의 환경변화는 자연에서 만들어지는 초미세먼지에 영향을 주고, 이는 태양광의 산란이나 구름 생성을 일으켜 전 지구적 기후변화로 이어진다. 극지의 초미세먼지 발생원이나 화학적 특성 분석, 기후변화에 따른 미세먼지 발생 변화에 관한 연구는 지속해서 그 필요성이 강조되고 있지만 연구 자체는 부족한 실정이다. 이런 가운데 한국 과학자들이 북극의 대기 중에 포함된 초미세먼지(PM2.5)가 인근 바다와 육지에서 생성되는 유기물질로부터 나온다는 사실을 알아냈다. 향후 북극의 기후와 국내 미세먼지 연구에 중요한 자료로 활용될 것이라는 평가다.

 

장경순 한국기초과학지원연구원 연구장비운영부 책임연구원과 박기태 극지연구소 극지기후과학연구부 선임연구원 연구진은 북극해의 해양 플랑크톤이 만드는 유기물질과 북극 동토의 식물에서 배출한 유기물질이 북극의 대기 중에 포함된 초미세먼지의 화학적 특성 변화에 영향을 준다는 사실을 처음으로 알아냈다고 24일 밝혔다. 

 

이번 연구에는 기초과학지원연구원의 초고분해능 질량분석기(15T FT-ICR MS)’와 노르웨이 스발바르 군도의 북극 다산기지 연구 장비가 동원됐다. 

 

대기 중에 포함된 유기물질은 초미세먼지 발생과 사람에 대한 독성과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 왔다. 이런 이유로 과학자들은 유기물질의 구성성분을 정확하게 아는 것이 중요하다고 보고 있다. 하지만 기존 분석 장비와 방법은 초미세먼지를 구성하는 유기물질의 약 20% 미만을 파악하는 데 그쳤다.

 

연구진은 푸리에변환 이온사이클로트론 공명 질량분석장치로 불리는 초고분해능 질량분석기를 이용했다. 고자기장 내에서 회전하는 이온의 회전주파수가 질량에 반비례하는 원리를 이용해서 질량을 측정하는 이 장치는 현재 사용되는 질량분석기 중 가장 정밀하게 질량을 측정할 수 있는 장치다. 기초과학지원연구원이 운영하는 이 장치는 15T(테슬라)급 초전도자석이 달려있어 세계 최고 수준이라는 평가를 듣는다. 어떤 유기오염물질이 초미세먼지의 발생과 화학적 특성 변화에 영향을 주는지를 보다 정밀하게 분석한다. 초미세먼지에 포함된 환경 오염물질에 대해 더 정확한 정보를 제공할 수 있어 향후 국내에서 적용도 가능한 기술이다. 

 

기초과학지원연구원 연구팀은 다산기지 인근에서 확보한 초미세먼지의 화학적 특성을 분자 수준에서 분석했다. 극지연구소 연구진은 북극 대기의 흐름과 주변 생물기원 유기물질 농도를 분석했다. 연구진은 이들 연구결과를 토대로 관련성이 있음을 알아냈다. 

 

연구와 분석에는 극지연구소와 기초과학지원연구원뿐 아니라 북극을 연구하는 여러 나라 연구 공동체가 함께 했다. 이탈리아 피렌체대와 스웨덴 스톡홀름대, 그리스 국립과학연구센터 과학자들도 함께 참여했다. 다산기지 인근의 그루바뎃기지는 초미세먼지 시료 포집기를 설치해 먼지 포집에 나섰고, 제플린 기지는 블랙 카본 자료 확보에 도움을 줬다. 


 장경순 책임연구원은 “이번 연구로 지구 온난화 등 기후변화에 큰 영향을 끼치는 극지 환경의 대기 중 초미세먼지 생성에 대한 해답이 일부 밝혀져, 향후 극지 환경변화 연구에 크게 이바지하게 될 것”이며 “새로운 분석기술이 심각한 국내 환경문제인 초미세먼지 문제 해결에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구결과는 지구환경 분야 국제학술지 글로벌생화학사이클즈에 이달 4일 소개되기도 했다. 

 

극지연구소 제공
극지연구소 제공


 

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