북극 미세먼지 일부 ‘북극산’ 입증

북극 다산과학기지에 설치된 초미세먼지 포집장치. 극지연구소 제공

[이근영의 기상천외한 기후이야기]
기초과학지원연-극지연구소 등 국제연구팀
세계 최고성능 질량기로 미세먼지 분석
북극 바다와 동토 유기물질 영향 확인
“극지 기후변화 등 환경 연구에 기여”

북극 다산과학기지에 설치된 초미세먼지 포집장치. 극지연구소 제공

북극 대기의 초미세먼지(PM2.5) 일부는 극지 바다와 동토에서 만들어지는 유기물질에 영향을 받아 생성되는 것으로 처음 밝혀졌다.

한국기초과학지원연구원과 극지연구소 합동연구팀은 23일 스위스·이탈리아·그리스 연구팀과 공동연구를 통해 북극 대기 중 초미세먼지의 화학적 특성 변화에 해양 플랑크톤이 만드는 해양기원 유기물질과 북극 동토 육상식물이 만들어 북극해로 배출한 육상기원 유기물질이 영향을 미치고 있다는 사실을 알아냈다고 밝혔다.

북극은 지구 온난화에 가장 민감한 지역으로, 이곳의 환경 변화는 거꾸로 자연에서 만들어지는 초미세먼지에 영향을 줘 태양광의 산란이나 구름 생성을 일으켜 전지구적 기후변화를 낳는다. 이런 측면에서 극지의 초미세먼지 발생원이나 화학적 특성 분석, 기후변화에 따른 미세먼지 발생 변화에 대한 연구가 필요함에도 충분하지 못한 실정이다.

세계 최고 수준의 정확도를 가진 초고분해능 질량분석기 ‘15T FT-ICR MS’. 한국기초과학지원연구원 제공

기초과학지원연 연구장비운영부 장경순 책임연구원과 극지연구소 극지기후과학연구부 박기태 선임연구원 공동연구팀은 기초과학지원연의 초고분해능 질량분석기를 이용해 극지연구소의 북극 다산과학기지 인근에서 확보한 초미세먼지의 화학적 특성을 분자 수준에서 분석했다. 또한 북극 대기의 흐름과 주변 생물기원 유기물질 농도를 연구했다. 기초과학지원연의 초고분해능 질량분석기(15T FT-ICR MS)는 현재 사용되는 질량분석기 가운데 질량 분해능과 감도가 가장 뛰어난 것으로, 15테슬라급의 초전도자석이 장착돼 세계 최고 수준의 정확도를 가진 장비로 꼽힌다. 북극 다산과학기지는 2002년 4월 노르웨이령 스발바드군도 스피츠베르겐섬에 위치한 니알슨 과학기지촌에 건립된 국내 최초의 북극 비상주 과학기지이다.

연구팀은 “초미세먼지를 구성하는 다양한 화학성분 가운데 유기물질은 초미세먼지의 발생뿐만 아니라 인체에 대한 독성과도 매우 밀접한 관련이 있어 구성성분을 정확하게 아는 것이 중요하다”며 “하지만 기존 미세먼지 연구에 활용되던 분석 장비와 방법은 초미세먼지를 구성하는 유기물질의 20% 미만을 파악하는 데 그쳤다”고 밝혔다.

연구팀은 초고분해능 질량분석기를 활용해 새롭게 정립한 분석기술로 어떤 유기오염물질이 초미세먼지의 발생과 화학적 특성 변화에 영향을 주는지를 좀더 정밀하게 분석해낼 수 있었다. 또 질량분석기 분석 자료와 북극 주변 생물기원 유기물질 농도를 비교 분석한 결과 정량적 상관관계가 있음을 밝혀냈다.

이번 연구에는 이탈리아 피렌체대, 스웨덴 스톡홀름대, 그리스 국립과학연구센터 등 국제 북극 대기과학 연구팀이 함께 참여했다. 연구 논문은 지구환경분야 학술지 <글로벌 생물지구화학 순환>(Global Biogeochemical Cycles) 최근호에 실렸다.

장경순 책임연구원은 “이번 연구로 지구 온난화 등 기후변화에 큰 영향을 끼치는 극지 환경의 대기 중 초미세먼지 생성에 대한 궁금증이 일부 풀려 향후 극지 환경변화 연구에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”며 “새로운 분석기술은 국내의 초미세먼지 문제 해결에도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]