북극 대기 연구로 기후변화와 미세먼지 해결방안 찾는다
KBSI·극지(연) 공동연구 성과, 북극 대기 초미세먼지 속 유기물질 발생원 규명 9월 4일 Global Biogeochemical Cycles誌 온라인 게재
북극 대기 중에 존재하는 초미세먼지(PM2.5)*를 구성하는 유기물질의 화학조성에 인근 바다와 육지에서 만들어지는 유기물질이 영향을 준다는 사실이 처음으로 밝혀져 향후 북극 기후변화 연구와 국내 미세먼지 문제해결에 도움이 될 전망이다. * 초미세먼지(PM2.5) : 대기 중 존재하는 먼지 (또는 에어로졸) 중 지름이 2.5 mm 이하인 미세먼지. 지구 온난화에 가장 민감한 북극의 환경 변화는 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 대한 연구는 지속적으로 그 필요성이 강조되고 있지만 연구 자체는 부족한 실정이다. 한국기초과학지원연구원(원장 신형식, 이하 KBSI) 연구장비운영부 장경순 박사팀과 극지연구소(소장 윤호일, 이하 KOPRI) 극지기후과학연구부 박기태 박사팀은 공동연구를 통해 북극 대기 중 초미세먼지의 화학적 특성 변화에 해양 플랑크톤이 만드는 해양기원 유기물질과 북극 동토 육상식물이 만들어 북극해로 배출한 육상기원 유기물질이 영향을 미치고 있음을 처음으로 밝혔다. 본 연구는 ‘KBSI의 초고분해능 질량분석기(15T FT-ICR MS)’와 ‘KOPRI의 북극 다산과학기지’ 연구시설을 전략적으로 융합하여 극지 환경 연구에 적용한 사례로 꼽을 수 있다.
▲KBSI의 초고분해능 질량분석기(15T FT-ICR MS)
KBSI는 세계 최고 수준의 첨단 분석장비를 이용해서 북극 다산기지 인근에서 확보한 초미세먼지의 화학적 특성을 분자수준에서 분석하고, KOPRI는 북극 대기의 흐름과 주변 생물기원 유기물질 농도를 연구했다. 그 후 각각의 연구결과를 함께 비교 분석함으로써 정량적 상관관계가 있음을 밝혀냈다.
▲ 북극 대기 흐름분석과 해양 클로로필 농도 분석결과(상), 초고분해능질량분석기 데이터에 따른 해양 및 비해양 기원 초미세먼지 특성분석 결과(하)
초미세먼지를 구성하는 다양한 화학성분 중 유기물질은 초미세먼지의 발생과 인체에 대한 독성에도 매우 밀접한 관련이 있어 구성성분을 정확하게 아는 것이 중요하다. 하지만 기존 미세먼지 연구에 활용되던 분석장비 및 방법은 초미세먼지를 구성하는 유기물질의 약 20% 미만을 파악하는데 그쳤다. 이번 연구에서는 15T FT-ICR MS를 활용해 새롭게 정립한 분석기술로 어떤 유기오염물질이 초미세먼지의 발생과 화학적 특성 변화에 영향을 주는지를 보다 정밀하게 분석해낼 수 있었다. 이는 초미세먼지 내 환경오염물질에 대해 더 정확한 정보를 제공할 수 있어 향후 국내 미세먼지 문제 해결을 위한 연구에도 기여할 수 있을 것으로 보인다. 이번 연구는 KBSI와 KOPRI 뿐 아니라 국제 북극 대기과학 연구팀(이탈리아 피렌체 대학, 스웨덴 스톡홀름 대학, 그리스 국립과학연구센터)이 함께 참여하여 협업과 분석자료의 공유로 의미 있는 성과를 이끌어낼 수 있었다. 연구결과는 지구환경분야 저명 학술지인 ‘Global Biogeochemical Cycles(논문명: Influence of biogenic organics on the chemical composition of Arctic aerosols)誌’ 온라인판에 지난 4일 게재됐다. KBSI 장경순 박사는 “이번 연구로 지구 온난화 등 기후변화에 큰 영향을 끼치는 극지 환경의 대기 중 초미세먼지 생성에 대한 해답이 일부 밝혀져, 향후 극지 환경변화 연구에 큰 기여를 하게 될 것”이며, 이와 더불어 “새로운 분석기술이 심각한 국내 환경문제인 초미세먼지 문제 해결에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. <끝>
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