▲남극 상공의 오존구멍. (자료=British Antarctic Survey)
기후변화를 막기 위해 메탄(CH₄)을 줄여야 한다는 데 이견은 거의 없다. 메탄은 이산화탄소(CO₂) 다음으로 중요한 온실가스이고, 단기간에는 CO₂보다 훨씬 강력한 온난화 효과를 일으킨다.
그런데 최근 과학자들은 뜻밖의 사실을 발견했다. 메탄을 줄이면 지구 온난화는 완화되지만 성층권 오존층의 회복은 오히려 늦어질 수 있다는 것이다.
이는 오늘날 환경 문제가 얼마나 복잡하게 얽혀 있는지를 보여주는 대표적인 사례다.
기후변화와 오존층, 대기오염, 농업, 생태계 문제는 서로 독립적으로 존재하지 않는다. 하나를 해결하면 다른 문제가 영향을 받는다. 최근 '환경신데믹(Eco-Syndemic)'이라는 개념이 등장한 이유도 여기에 있다.
◇온실가스 메탄 감축의 뜻밖의 역설
이 같은 결과는 영국 레딩대학교 기상학과의 제임스 웨버 박사가 주도하고 영국 기상청 해들리센터, 브리스톨대학교, 엑서터대학교 연구진이 공동 수행한 연구에서 제시됐다. 연구 결과는 최근 국제학술지 '지구물리학 연구회보(Geophysical Research Letters)'에 게재됐다.
연구진은 영국 지구시스템모델(UKESM)을 활용해 다양한 미래 배출 시나리오를 분석했다. 그 결과 온실가스인 메탄 감축은 지표 기온을 낮추고 대기질을 개선하는 효과를 가져오지만, 성층권 오존(O₃)의 양은 감소해 오존층 회복 속도가 늦어지는 것으로 나타났다.
그 이유는 메탄이 단순한 온실가스가 아니라 오존층 화학반응에도 관여하기 때문이다.
오존층이 있는 성층권에서는 염소 화합물(ClOx)과 질소산화물(NOx)이 오존을 파괴하는 핵심 물질로 작용한다. 그런데 메탄은 활성 상태의 염소와 반응해 염화수소(HCl)라는 비교적 안정적인 형태로 전환시킨다. 쉽게 말해 오존을 공격하는 염소를 일종의 '감옥'에 가두는 역할을 하는 셈이다.
메탄이 줄어들면 이런 보호 장치가 약해진다. 연구진은 메탄 농도가 감소할 경우 염소에 의한 오존 파괴 능력이 최대 32%까지 증가할 수 있다고 분석했다.
결과적으로 남극 오존구멍(Ozone Hole) 크기는 앞으로도 계속 줄어들겠지만, 메탄을 줄이면 회복 속도는 이전보다 느려질 수 있다.
◇아산화질소가 오존층 파괴의 핵심 변수
이번 연구에서 특히 주목해야 할 물질은 아산화질소(N₂O)다.
과거 오존층 파괴의 주범은 냉매와 스프레이 등에 사용된 염화불화탄소(CFC)였다. 하지만 몬트리올 의정서 시행 이후 CFC 배출이 크게 줄면서 오늘날에는 농업과 축산업, 질소비료 사용 과정에서 배출되는 아산화질소가 가장 중요한 인위적 오존층 파괴 물질로 떠올랐다.
아산화질소는 대류권에서는 비교적 안정하지만 성층권에 도달하면 자외선에 의해 분해된다. 이 과정에서 생성되는 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO₂)는 오존을 연쇄적으로 파괴하는 촉매 역할을 한다.
오존 파괴 과정은 의외로 단순하다. 먼저 일산화질소가 오존(O₃)과 반응한다. NO + O₃ → NO₂ + O₂
이후 생성된 이산화질소(NO₂)는 성층권에 존재하는 산소 원자(O)와 반응한다. NO₂ + O → NO + O₂
두 반응을 합치면 결과적으로 오존(O₃)과 산소 원자(O)가 산소 분자(O₂) 두 개로 바뀐다.
중요한 것은 반응에 사용된 NO와 NO₂가 다시 원래 상태로 돌아온다는 점이다. 즉, 질소산화물은 소모되지 않으면서 반복적으로 오존을 파괴한다. 마치 한 명의 벌목꾼이 수천 그루의 나무를 베어내는 것과 비슷하다.
이번 연구는 메탄이 감소하면 이러한 질소산화물의 오존 파괴 효율이 더욱 커질 수 있음을 보여준다. 따라서 메탄 감축이 확대될수록 아산화질소 감축의 중요성도 함께 커진다.
오존층은 태양에서 오는 유해 자외선을 차단하는 지구의 방패 역할을 한다.
연구진은 메탄 감축 시나리오에서 오존량이 감소하면 지표면 자외선 노출이 증가할 수 있다고 분석했다. 특히 세계보건기구(WHO) 기준 자외선지수(UV Index)가 11을 넘는 '매우 위험한' 수준에 노출되는 육지 면적은 2070년까지 기존 시나리오보다 30~35% 확대될 수 있는 것으로 나타났다.
이는 피부암과 백내장, 면역체계 손상 위험 증가로 이어질 수 있다.
▲메탄은 염소 원자를 가둬서 오존층을 보호하는 역할을 한다. 반면 아산화질소는 성층권에서 이산화질소와 일산화질소로 나눠진 다음 오존을 파괴하게 된다. (자료=챗GPT 이미지)
◇해법은 '메탄 감축 반대'가 아니라 통합 관리
물론 이 연구가 메탄 감축을 중단해야 한다는 의미는 아니다.
연구진 역시 메탄 감축은 기후변화 대응과 대기질 개선을 위해 여전히 최우선 과제라고 강조한다. 다만 메탄만 줄이는 단일 접근으로는 충분하지 않다는 것이다.
메탄 감축과 함께 아산화질소, 수소염화불화탄소(HCFC) 등 각종 할로카본류를 동시에 줄여야 오존층 보호와 기후변화 대응이라는 두 목표를 함께 달성할 수 있다.
이런 면에서 이번 연구는 '환경신데믹' 개념의 중요성을 보여준다. 기후변화와 오존층 파괴, 대기오염, 농업, 생물다양성 감소는 각각 따로 존재하는 위기가 아니다. 서로 영향을 주고받으며 증폭되는 연결된 위기라는 것이다.
기후변화를 막기 위해 메탄을 줄이면 오존층 문제가 나타나고, 오존층을 보호하려면 다시 아산화질소와 할로카본을 함께 관리해야 한다. 한 문제만 바라보는 정책은 예상치 못한 부작용을 낳을 수 있다. 미세먼지를 줄이면 지구에 도달하는 태양에너지가 증가해 지구 기온이 가파르게 상승하는 것도 마찬가지다.
결국 환경 문제는 더 이상 개별적으로 해결할 수 없다는 얘기다. 탄소 감축, 오존층 보호, 대기질 개선, 생태계 보전을 하나의 시스템으로 바라보는 통합적 접근이 필요하다. 환경신데믹 시대의 해법은 하나의 문제를 푸는 것이 아니라, 문제들 사이의 연결고리를 관리하는 데 있기 때문이다.
;){kind=link}