[안치용의 비욘드 ESG] 하늘엔 구멍, 발밑엔 독가스 …오존의 역습

[안치용 아주대 융합ESG학과 특임교수]

 

 
한여름 도심의 아스팔트 위로 아지랑이가 피어오를 때 대기는 소리 없는 독성 화학 공장으로 돌변한다. 눈에 보이지도 냄새가 뚜렷하지도 않은 오존은 햇빛이 작열할수록 급격히 증식하며 거리를 지나는 시민들의 기도(氣道)를 파고든다. 폐의 산화 스트레스와 염증반응, 2차 산화생성물이 전신 영향을 일으킬 수 있다. 같은 시각, 지상 20㎞ 상공 성층권에서는 정반대의 비극이 펼쳐진다. 수십억 년에 걸친 산소화 과정 끝에 형성돼 유해 자외선을 걸러줌으로써 육상 생명의 번성을 가능하게 했던 ‘생명의 방패’ 오존층이 인간이 만든 화학물질과 기후변화의 부메랑으로 여전히 위태롭게 출렁인다. 기괴한 대기 생화학적 전도(顚倒) 현상이다. 있어야 할 하늘에서는 엷어지고, 내려앉지 말아야 할 땅바닥에서는 거칠게 피어오른다.
 

'슈퍼 오염물질' 지표면 오존

지표면 오존은 굴뚝이나 배기구에서 직접 뿜어져 나오지 않는다. 화석연료 연소와 공장 굴뚝, 자동차 엔진에서 배출된 질소산화물(NOx)과 유기용제·화학공정에서 휘발한 휘발성유기화합물(VOCs)이 태양 자외선을 촉매 삼아 수천 가지 복합 연쇄반응을 일으키며 만들어지는 2차 오염물질이다. 찌는 듯한 폭염과 강렬한 일사는 오존 생성을 극대화하는 최적의 조건이 된다. 

세계보건기구(WHO)가 ‘보이지 않는 살인자’로 규정한 실외 대기오염은 매년 전 세계에서 400만명 이상의 조기 사망을 부른다. 연구 결과를 종합하면 그중에서도 지표면 오존은 매년 전 세계적으로 36만~50만명의 호흡기계 조기 사망을 단독으로 촉발하는 핵심 위험 물질이다. 유럽연합(EU) 코페르니쿠스 대기감시서비스(CAMS)가 발표한 ‘대기질 보고서 2026’에 따르면 지난 여름 유럽 인구의 50%가 건강에 유해한 수준인 ‘나쁨’, ‘매우 나쁨’, ‘극도로 나쁨’ 수준의 오존에 무방비로 노출됐다. 전 세계 인구로 환산하면 무려 40%가 극도로 높은 오존에 시달렸으며, 아시아 대륙의 노출률은 60%에 육박했다.

강력한 산화제인 오존은 호흡기 점막의 지질과 단백질을 직접 산화해 기도 상피 손상·염증·폐기능 저하를 부른다. 천식과 만성폐쇄성폐질환을 악화시킬 뿐 아니라, 세포 내 미토콘드리아를 손상해 전신 혈관 염증과 뇌졸중 위험을 촉발한다는 연구가 있다.

더 큰 재앙은 식물계에 가해진다. 오존은 식물의 기공(氣孔)을 통해 잎 내부로 들어가 엽록소를 파괴하고 광합성 효율을 떨어뜨린다. EU 공동연구센터(JRC)의 리타 반 딩에넨 박사 연구팀이 학술지 《대기환경》에 발표한 세계 농작물 모델링 연구에 따르면 지표면 오존 오염으로 전 세계적으로 주요 식량 작물의 수확량 감소에 따른 경제적 피해는 연간 최대 260억 달러로 추정된다.

영국의 스티븐 시치 등의 2007년 연구는 오존이 지구 육상 생태계의 탄소 흡수 기능을 원천 봉쇄하고 있음을 폭로했다. 오존이 식물 잎 세포를 만성 산화해 광합성을 억제한 결과, 2100년까지 식물과 토양에 흡수되지 못하고 대기 중에 갇히는 탄소 격리 손실량이 자그마치 1,430억2,630억 톤에 달한다는 사실을 규명했다. 지구온난화를 막아줄 육상 탄소 흡수원을 안에서 무너뜨리고 있는 셈이다.
 

기후 페널티

대기질 정화 정책의 비대칭적 실패가 중요하다. EU는 지난 10년 산업 부문 황산화물(SOx)을 59%, 질소산화물을 39% 감축했고 도로교통 부문에서도 초미세먼지를 34% 줄이는 괄목할 성과를 거두었다.

그러나 오존 농도 곡선만큼은 요지부동이다. 오존의 전구물질(前驅物質) 감축에도 불구하고 오존 수치가 떨어지지 않는 현상을 대기과학계는 ‘기후 페널티(Climate Penalty)’라 부른다. 인간이 초래한 지구온난화가 극심한 폭염과 가뭄의 빈도를 폭발적으로 늘려놓았고, 고온과 강한 일사가 전구물질의 광화학 반응 속도를 가속화해 정책적 저감 효과를 단숨에 상쇄해 버렸기 때문이다.

설상가상으로 지표면 오존 그 자체가 막강한 온실가스다. 일각에서는 대류권 오존을 이산화탄소, 메탄에 이은 세 번째로 강력한 온실가스로 본다. IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체)는 오존이 1750~2019년의 온난화 중 0.23°C를 기여했다고 평가한다. 즉 ‘온난화’→‘폭염 심화’→‘지표면 오존 광화학 생성 폭증’→‘온난화 추가 가속’이라는 악성 되먹임이 대기 하층부에 자리 잡은 것이다. 여기에 기후변화로 잦아진 대형 산불은 불에 기름을 붓는다. 2026년 벨기에와 남유럽을 휩쓴 산불 연기는 국경을 넘어 수천 킬로미터 떨어진 중·동부 유럽까지 날아가 막대한 양의 질소산화물과 일산화탄소, 유기 화합물을 흩뿌리며 광역 오존 스모그를 폭발시켰다.
 

몬트리올 이후의 새로운 복병

지표면이 오존 과잉으로 신음하더라도 인류는 1987년 체결된 '몬트리올 의정서'의 성공 신화에 안주해 하늘의 오존을 걱정하지는 않았다. 프레온가스로 불리는 염화불화탄소(CFCs)와 할론 등 오존파괴물질(ODS)을 전 지구적으로 퇴출하며 성층권 오존홀이 2040~2060년대면 1980년대 수준으로 회복될 것이라는 낙관론이 지배했다. 성층권 오존은 태양으로부터 쏟아지는 치명적인 자외선을 99% 가까이 흡수하여 지상 생명체의 DNA 돌연변이, 피부암, 백내장, 식물 플랑크톤 멸절을 막아주는 유일무이한 방패다.

그러나 최신 대기물리학 연구들은 이 안도감에 찬물을 끼얹고 있다. 성공적인 복원이라는 공식 담론 이면에서 몬트리올 체제가 규제하지 못한 새로운 구멍들이 성층권 화학 시스템을 다시 교란하고 있기 때문이다.

취리히 연방공대와 런던 임페리얼 칼리지의 2018년 공동 연구에 따르면 상부 성층권 오존은 회복세에 접어들었으나, 인간과 육상 생태계에 훨씬 밀접한 지상 1524㎞ 구간의 하부 성층권 오존 농도는 오히려 감소하고 있었다. 면밀한 검증이 진행 중이지만 회복 신화에 일격을 가한 연구임은 틀림없다. 이 하부 성층권 오존 침식의 배후에는 규제 사각지대에 방치된 '초단수명 물질(VSLS)'이 있다. 산업용 세척제·탈지제 및 냉매 원료로 광범위하게 쓰이는 디클로로메탄과 클로로포름 등은 대기 잔류 수명이 6개월 미만이라는 이유로 몬트리올 의정서의 직접 규제 목록에서 제외되었다. 그러나 동아시아 등 신흥 공업지대의 배출량이 2010년대 이후 폭증했고, 이 물질들이 강력한 아시아 하절기 몬순 대류 현상을 타고 불과 몇주 만에 성층권 하부로 직행하여 오존층의 치유를 지연시킨다는 사실이 밝혀졌다.

더 치명적인 위협은 기후변화로부터 나왔다. 호주의 ‘블랙 서머’ 산불과 캐나다의 메가 산불에서 목격되었듯, 극한 폭염과 건조가 낳은 메가 화재는 스스로 거대한 적란운을 만들어 연기를 밀어 올리는 화재적란운을 형성한다. 이 화재적란운은 수백만 톤의 그을음과 연기 에어로졸을 지상 15~20킬로미터 성층권까지 단숨에 쏘아 올린다. 최근 연구에 의하면 성층권에 진입한 거대한 산불의 유기 에어로졸 입자 표면에서 이전에는 알려지지 않았던 치명적 불균일 화학반응이 발생했다. 이 에어로졸 입자는 성층권에 안정적으로 묶여 있던 비활성 염화수소를 반응성이 극도로 높은 활성 염소 라디칼로 변환하는 화학 촉매 역할을 했다. 활성화한 염소 분자들은 온도가 온화한 중위도 상공에서 성층권 오존을 단 몇 주 만에 3~5% 이상 뜯어먹었다.

묵시록

인간의 산업 활동과 기후변화가 촉발한 이 생화학적 전도 현상을 방치할 때 인류가 심각한 위험에 처할 것이란 예측이 있다. 극단적으로는 향후 수십년 안에 연쇄 붕괴 시나리오가 가시화할 것으로 보기도 한다.

우선 임계점을 넘은 폭염과 지표 오존의 상호작용으로 북반구 주요 곡창지대의 농업 생산량이 감소할 가능성이 제기된다. 고온과 오존의 복합 산화 스트레스로 밀, 대두, 옥수수의 광합성 저해율이 15~20%를 넘어서며 글로벌 곡물 가격 폭등과 식량 위기가 일상화할 수 있다는 얘기다. 또한 서울, 밀라노, 델리 등 거대 메가시티에서는 하절기 지표 오존 농도가 WHO 권고 기준치(100ug/m3)를 상시 초과한다. 대기오염으로 인한 전 세계 초과 사망자가 연간 수백만명 규모로 급증하고, 이에 따라 여름철 도시민의 야외 활동이 사실상 전면 통제되는 ‘대기 격리’ 경보가 발동될 수 있다.

연례화한 초대형 산불과 아시아 몬순을 통한 ‘초단수명 물질’의 대량 주입으로 성층권 오존 회복 추세가 완전히 탈선하는 상황은 사실상 묵시록이다. 치명적인 유해 자외선의 지표 도달량이 급증하고 증폭된 자외선은 바다 표층을 투과하여 지구 산소의 절반 이상을 생산하고 해양 먹이사슬의 기초를 지탱하는 식물 플랑크톤의 세포 DNA와 광합성 색소를 파괴해 대량 사멸을 부를 수 있다. 플랑크톤 붕괴로 어획량이 급감하고, 바다의 생물학적 탄소 펌프가 마비되면 대기 중 온실가스 농도는 걷잡을 수 없이 치솟는다. 이후는 종말 시나리오가 펼쳐질 수밖에 없다.
 

자연의 배치를 복원하라

오존은 산소 원자 세 개가 결합한 단순한 분자다. 산소 원자 두 개로 이루어진 기체가 인간의 호흡을 살리는 생명의 기체라면, 여기에 불안정하게 산소 원자 하나가 더 달라붙은 물질은 행성의 보호막이면서 동시에 맹독성 살인 가스가 될 수 있다.산소의 이러한 두 얼굴은 자연의 배치가 지닌 정교한 섭리를 방증한다. 자연은 위험한 반응성을 지닌 오존을 성층권 높은 곳에 띄워 우주로부터 쏟아지는 살인 광선을 걸러내는 커튼으로 삼았고, 지상에는 산소와 질소의 온화한 배합만을 남겨두었다. 그러나 인류의 화석연료 문명은 불과 200여 년 만에 이 배치를 허물고 있다.

성층권의 오존을 뚫어놓은 것도 인간의 탐욕이었고, 도심 길바닥에 살인적인 오존을 피워 올린 것도 인간의 무분별한 화석연료 연소 행위였다. 오존 문제는 미세먼지 저감이나 전기차 보급 같은 파편화한 기술 처방만으로는 결코 풀 수 없다. 지표면의 질소산화물과 휘발성유기화합물을 근원적으로 차단하는 산업 체질 개선, 초대형 산불과 기온 상승을 억제하기 위한 전면적인 탈화석연료 정책, 그리고 몬트리올 의정서의 허점인 초단수명 물질을 포괄하는 국제적 규제 강화가 동시에 톱니바퀴처럼 맞물려야 한다.

현실이 ‘오존 묵시록’과 같은 최악의 시나리오로 치달을 확률이 얼마나 될지는 엄밀히 따져봐야 한다. 물론 생각보다 낮을 수도 있지만, 더 큰 위협일 수도 있다. 머리 위의 방패를 기워 붙이고 발밑의 독가스를 걷어내는 일은 단순한 공기질 개선의 문제가 아니다. 인류 문명의 최종 시험대가 될 수도 있다. 하긴 하도 많은 시험대와 종말론에 접하다 보니, 그러려니 하고 선선히 종말로 걸어 들어갈 가능성 또한 배제하지는 못한다. 그땐 운이 좋기를 기도할 뿐이다.
 

 

 
안치용 필자 주요 이력

△ESG연구소 소장 △아주대 융합ESG학과 특임교수 △전 경향신문 사회책임 전문기자