오존층이 왜 중요한가?(파괴원인, 피해, 해결방안)

  오존층은 태양으로부터 지구에 들어오는 유해한 자외선을 흡수하는 역할을 하며, 태양에너지를 흡수하여 성층권의 온도를 평행하게 하며 온실효과를 유지하는 역할 또한 하기 때문에 인류가 지구환경에서 생존해나가는 중요한 요소 중에 하나입니다. 정확히는 오존층 파괴가 기후변화에 직접적인 영향을 주지는 않지만 지구의 대기 순환에 영향을 주며 지구 생명체가 생존할 수 있는 지구의 보호막 역할을 합니다. 거시적으로는 기후 안정화에 역할을 하고 있는다는 것이 중론이죠.

 

 

 

오존층 이란?

  오존층이 형성되는 매커니즘은 오존(O3)은 자외선B를 흡수하면서 산소 분자(O2)로 만들어지며, 자외선C가 산소 분자와 결합하면 오존(O3)이 만들어지는 동적 평형을 이루며 오존층이 형성되며 유지되고 있습니다. 결국 지구의 자외선 차단제 같은 역할을 하는 것이죠. 따라서 지구에 생명체가 살기 위해서는 오존층이란 보호막이 있어야 되며, 인류의 활동으로 인해 오존층이 파괴된다면, 생명체에겐 막대한 피해를 입힐 것입니다. 이후에도 오존층이 파괴되는 상황을 지켜만 본다면, 태양으로부터 오는 자외선이 직접 지구에 들어와 생존의 위협까지도 생각할 수 있을 것입니다.

  오존을 최초로 명명한 사람은 바젤대학의 화학과 교수 였던 Schoenbein가 오존(Ozone)을 명명하였으며(기원 : 희랍어 Ozein-냄새가 난다), 산소 원자 3개로 이루어진 분자구조를 가지고 있음을 발견하였습니다. 오존의 특징은 강력한 산화력인데, 해로운 박테리아를 제거하는 공기청정기로 이용하기도 하죠. 하지만 오존의 농도가 높으면, 고무류 등이 탄성을 잃게 되고, 사람들에게는 폐나 조직에 치명적인 영향을 줄 수 있다는 것이 중론입니다. 

아래는 오존이 강력한 산화력이 발생되는 운동 메커니즘입니다.

오존의 강력한 산화력이 발생되는 메커니즘

  햇빛, 전자파 등을 흡수하고 쉽게 분해되는 과정을 거치는데, 이때 일반적인 산소(O2)로 쉽게 분해되고 잔여 산소원자(O)가 주위의 물질과 다시 쉽게 결합되는 이러한 불안정한 움직임이 특징입니다. 

다행스럽게도 자연계의 오존층의 형성은 성층권 20km ~ 40km 부근에 90% 이상에서 형성되어 있으며, 태양으로 부터 오는 자외선을 흡수하여 지구의 생명체에 피해를 막는 보호막 역할을 하고 있습니다. 

 

오존층 파괴 원인

 오존층 파괴원인은 냉장고 등에 들어가 있는 냉매(프레온 가스)가 주된 원인이며, 오존층 파괴 작동원리는 프레온가스는 대기권에서 분해되지 않을 만큼 매우 안정적인 가스이기 때문에 성층권까지 분해되지 않은 채로 흘러들어 이때 염소 분자를 방출하며 분해하게 됩니다. 결국 염소 분자가 오존층을 파괴하는 역할을 하게 되죠. 1985년 영국의 남극 조사팀이 오존층에 구멍을 반견하여 프레온가스가 오존층을 파괴하는 주원인임을 입증하였습니다.

  아래는 염소분자와 오존의 결합 메커니즘입니다. 염소분자(Cl)와 오존(O3)이 결합하면 산소분자(O2)와 일산화염소(ClO)로 분해됩니다. 이렇게 해서 오존의 재생산 매커니즘이 파괴되죠.

•  Cl + O3 –> ClO + O2

더욱 큰 문제는 한 개의 염소 분자가 하나만 있어도 지속적으로 남아 오존을 계속 파괴하는 점입니다.

 

오존층 파괴물질

  우리 현대사회의 식량, 음식 저장에 사용되고 있는 냉매를 이용한 열교환기 기술은 인류 삶의 깊숙이 들어와 있습니다. 냉장고, 에어컨, 스프레이 등이 대표적인 생활필수품이지만, 냉매로 쓰이는 프레온 가스가 오존층 파괴의 주요 원인으로 보고 되고 있습니다. 따라서 냉매로 쓰여왔던 오존층 파괴물질인 CFC계열, HCFC계열은 이미 국제협약에 의해 사용 금지 혹은 금지 예정이 되었으며, HFC 냉매가 현재 대체 냉매로 사용되고 있습니다. 

 

• CFC(Chloro Fluoro Carbon) : 염화 불화탄소로 대표적인 화합물은 CFC11, CFC12, CFC113로 알려져 있으며, 오존층 파괴의 주요 물질로 생산 금지 대상 물질입니다. 
• HCFC(Hydro Chloro Fluoro Carbon) : 수소가 함유된 CFC이며, HCFC22, HCFC123, HCFC121b 등이 있으며, CFC보다는 오존층 파괴에 적게 영향을 주기 때문에, HFC의 이전 단계 물질로 정의되고 있으며, 몬트리올 의정서의 규제일정에 따라 규제될 예정입니다.
• HFC(Hydro Fluoro Carbon) : 수소화불화탄소로 정의되며, 염소를 포함하고 있지 않기 때문에 오존층 파괴에 영향을 주지 않지만, 대기 중에 오래도록 남아있어 거시적으로는 지구온난화에는 영향을 줄 것으로 완벽한 물질이라고는 말할 수 없습니다. 

 

 

 

오존층 파괴 영향

  오존층 파괴는 주로 남극과 북극의 극지방에 많은 피해를 주고 있습니다. 그 이유는 지구가 자전을 하기 때문에 대류에 의해 프레온 가스가 극지방에 몰려있으며, 이로 인해 극지방이 오존층 파괴가 심각합니다. 이로 인해 지구에 도달하는 자외선이 여과없이 통과되고 있기 때문에 문제가 되고 있는 것입니다. 

• 인체의 피부와 눈에 영향을 악영향을 미침으로써 피부암 등을 유발함과 동시에 백내장 발생률을 증가시킬 수 있습니다. 
• 인체의 면역에 관련되어 있는 비타민D의 합성에 악영향을 미쳐 면역 기능 저하 초래로 기타 전염병과 같은 질병에 취약해질 수 있습니다. 

이외에도 대류권(10km~15km)에 있는 대기 중의 오존이 화학반응을 일으켜 대기오염이 발생되며, 개화시기의 문제로 식량 공급과 품질이 떨어질 것으로 예상됩니다.

 

온실 기체 종류(특징)

온실 기체 종류(특징)

 

오존층 파괴 해결방안

세계 각국의 냉매가스 사용 규제에 동참하는 것입니다. 

  최초로 오존층의 중요성에 대해 국제사회가 약속한 행동은 몬트리올 의정서입니다. 정확한 단어 정의는 "오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서"입니다. 이는 오존층 보호를 위해 1987년 9월에 채택되어 지금까지 규제 일정에 맞추어 각국이 노력하고 있습니다. 처음에는 46개국이 동참하였지만 지금은 200여 개국이 동참하고 있으며, 우리나라는 1992년부터 동참하여 국제사회와 협력하고 있습니다. 

  최근 오존층 파괴의 주범인 냉매 규제는 대표적으로 지난 2021년 미국에서 HFCs 마저 직접 규제에 나섰습니다. 미국 환경보호청은 HFCs의 생산과 수입을 2036년까지 85%로 줄이는 새로운 가이드라인을 발표했죠. 일본 또한 2020년 이미 CFC와 HCFC 계열의 냉매 규제를 이미 했습니다. 우리나라와 중국을 포함하는 개도국들 또한 2045년까지 80%를 줄이는 가이드라인들 발표했죠. 

 

과거 열교환기(프레온가스) 장비 폐기물 처리 방안 확보하는 것입니다. 

  실제 산업에서는 과거 만들어 놓은 CFC계열의 냉매들에서 나오는 프레온 가스들의 분리가 더 중요하다는 주장들이 있습니다. 현재 CFC계열의 냉매를 전면 금지했지만, 사용금지로 인해 방치 혹은 폐기하는 과정에서 생기는 CFC계열의 냉매의 분리, 폐기 처리가 더욱 중요하다는 얘기죠. 

 

오존층을 보호할 수 있는 행동을 실천하는 것입니다.

• 실내 적정온도 준수
• 헤어스프레이 사용 줄이기

  매년 9월 16일은 세계 오존층 보호의 날입니다. 1994년 유엔 제49차 총회에서 세계 오존층 보호의 날을 지정했죠. 오존층은 태양으로부터 날아오는 자외선을 막아주는 동시에 우리 지구의 보호막 역할을 하고 있습니다. 지금부터라도 냉매 사용 감축에 대한 규제일정보다 빠르게 세계 각국 혹은 각 개인들의 감축 노력이 절실 한 때인 것 같습니다. 

세계 각국의 온실가스 감축 목표

세계 각국의 온실가스 감축 목표