제1장 오존층에 뚫린 구멍

  구멍 뚫린 하늘, 그 원인과 대책을 찾는다

  "지구를 지켜 주는 생명의 엷은 막, 오존층에 구멍이 뚫렸다."
  마치 공상 영화에서나 나옴 직한 말처럼 들리지만, 실제로 우리들의 머리 위에서 벌어지고 있는 사건이다. 인간을 비롯해서 수많은 생물체가 지구 위에서 살아갈 수 있게 해 주는 오존층이 파괴되고 있다는 것은 이제 분명한 사실로 밝혀지고 있다. 어떤 학자들은 오존층 파괴로 일어나는 대규모적인 환경 파괴로 자칫 인류 문명 자체가 붕괴할지도 모른다는 무시무시한 경고를 하고 있다. 그렇다면 눈에 보이지도 않는 오존층이 도대체 어떤 역할을 하길래 전 인류를 파멸시킬 수도 있다는 것일까? 또한 오존층의 파괴는 어느 정도일까? 그러면 오존층 파괴의 실상과 원인, 그리고 오존층 파괴로 인해 예상되는 피해와 그 해결 방안 등을 알아보기로 하자.

      오존층의 형성과 역할

  오존층은 환경 문제가 심각하게 제기되기 시작한 최근에야 많은 사람들의 관심을 끌게 되었다. 몇 년 전부터 '없어서는 안 될 고마운 존재'니 '지구를 보호하는 생명의 층'이니 하고 마치 새삼스러운 일인 것처럼 수선을 떨고 있지만, 오존층은 지구상에 인류가 태어나기 훨씬 전부터 지금까지 묵묵히 자리를 지켜 왔다. 그러니까 오존층은 수십억 년에 걸친 지구의 역사에서 산소와 함께 지구상에서 살아가는 모든 생명과 뗄래야 뗄 수 없는 관계를 맺어 온 것이다.
  지구는 지금으로부터 46억 년 전에 탄생한 것으로 알려져 있다. 지구가 막 태어났을 때의 원시 대기는 지금과는 달리 주로 수소와 헬륨 등의 가벼운 기체 성분이 지구를 두텁게 싸고 있었다. 그러나 그로부터 수억 년 후에 원시 대기는 태양으로부터 나오는 빛의 강한 흐름인 태양풍으로 지구에서 모두 쏠려 나갔다. 그러자 화산과 온천 등을 통해서 수증기, 이산화탄소, 질소 등의 기체가 지구 내부로부터 분출되었다. 이 때부터 오랜 시간을 걸쳐서 현재와 같은 대기 성분이 만들어졌다.
  현재의 지구 대기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있다. 대기 중에 포함된 산소는 그 대부분이 식물의 광합성 작용에 의해 생겼다. 최초의 광합성은 지금으로부터 약 28억 년 전에 원시적인 식물이 등장하면서 시작되었다. 그 이후로 대기 중에는 광합성 과정에서 나오는 산소가 기나긴 세월에 걸쳐 조금씩 조금씩 쌓여 왔다. 그리하여 6억 년 전의 선캄브리아 대 말기에는 지금의 산소 농도의 10% 이상이 되었다.
  오존층은 이 산소와 자외선이 함께 작용해서 만들어진다. 태양은 높은 에너지를 가진 자외선에서부터 적외선까지 여러 가지를 모든 방향으로 내뿜고 있다. 이처럼 태양이 방출하는 열, 전자기파, 자외선, 적외선 등을 모두 통틀어 '복사' 라고 부른다. 우리 눈에 보이는 빛, 즉 가시 광선도 이러한 복사 중 하나이다. 오존층은 대기 중에 쌓여 있는 산소가 태양으로부터 나오는 자외선을 받아 광화학 작용이라 불리는 화학 작용을 일으켜서 형성되었다. 그러면 광화학 작용을 통해 오존층이 형성되는 과정을 자세히 살펴보자.
  산소 원자 두 개로 이루어진 산소 분자는 높은 에너지를 가진 자외선을 받으면 반응성이 매우 높은 산소 원자로 분해된다. 이 산소 원자가 다른 산소 분자와 결합해서 오존을 만든다. 반대로 오존에 자외선을 쪼이면 쉽게 산소 분자와 산소 원자로 분해된다. 이 과정은 여러 곳에서 동시에 진행되기 때문에 오존의 양이 일정하게 유지된다.
  산소 분자를 분해시키는 자외선의 세기는 높은 상공일수록 강하다. 또한 산소 분자가 모여 있는 밀도는 지표에 가까울수록 높다. 따라서, 생성되는 오존의 밀도가 가장 높아지는 일정한 위치가 생긴다. 이 곳이 바로 오존층의 중심이다.
  태양의 자외선 세기가 가장 강한 곳은 적도 부근 상공이므로, 오존은 이 부근에서 매우 활발하게 만들어진다. 상공에서 만들어진 오존은 뜨거운 것은 올라가고 차가운 것은 내려오는 대류 작용에 의해서 움직인다. 온도가 낮은 겨울철을 맞고 있는 고위도 지방에서 오존은 모두 아래쪽으로 이동한다. 그래서 오존층은 봄철의 고위도 지방이 가장 두껍게 된다.
  대기 중에서 오존이 만들어지면 오존은 태양 광선을 흡수하여 태양 광선에 포함되어 있는 자외선에 의해서 분해된다. 그리고 이러한 과정에서 남는 태양 에너지는 열이 된다. 또한 이 때 오존이 분해되면서 만들어진 산소 원자와 산소 분자는 다시 재결합 반응을 일으켜서 오존을 만드는데, 이 반응에서도 열이 나온다. 따라서, 이런 과정에서 발생한 열들이 쌓여서 오존이 존재하는 층은 그 아래층보다 온도가 올라가게 된다. 이렇게 하여 높은 곳의 상공일수록 온도가 상승하는 '온도 역전층', 즉 '성층권'이 생긴다. 성층권의 높이는 지상 10킬로미터에서 50킬로미터 사이이다.
  성층권은 위에서 설명한 이유로 윗부분의 온도가 아랫부분보다 높다. 따라서, 대류에 의한 혼합이 일어나기 어려워서 안정된 성층을 형성한다. '성층'이란 단어는 본래 '차곡 차곡 쌓여져 있는 층'이란 뜻을 갖고 있다. 오존은 바로 그 성층권 내부에 보존되므로, 결과적으로 '성층권 오존층'이 형성된 것이다.
  이처럼 오랜 세월에 걸쳐 형성된 오존층은 지구상의 생물들에게 아주 중요한 역할을 한다.
  태양에서는 우리 지구의 생태계가 유지될 수 있는 근원적인 에너지가 나온다. 하지만 태양에서 지구로 들어오는 태양 광선들이 모두 생물에게 유익한 것은 아니다. 자외선이 그 대표적인 경우이다. 자외선은 파장에 따라 A파와 B파, 그리고 C파 등 3가지로 분류된다.
  그 중에서 C파는 파장이 가장 짧으며 오존층에서 흡수되어 지표까지는 거의 도달하지 않는다. A파는 원래 약해서 사람들에게 거의 영향을 주지 않는다. 다만 피부 껍질 밑의 진피까지 침투해서 주름을 생기게 하거나 늘어지게 하여 피부의 조로증을 일으킨다. B파는 여름철 바닷가 모래 사장에서 햇빛을 오래 쬐고 나면 피부를 거무스름한 빛으로 태우는 자외선이다.
  이처럼 자외선은 보통 가시 광선보다 훨씬 높은 에너지를 가지고 있다. 적당한 양의 자외선은 우리 몸에 비타민 D를 만들어 주는 등 유익한 일을 하기도 한다.
  그러므로 오존층은 생명의 기본이 되는 유전 정보를 담고 있는 DNA를 포함해서 생물의 중요한 세포 분자를 파괴하는 짧은 파장의 자외선을 대부분 흡수한다. 따라서, 오존층이 파괴되면 오존층이 막아 주던 유해한 자외선이 그대로 지상에 내리쬐어 여러 가지 피해가 나타난다.

      점점 커지는 오존 구멍

  1985년 남극 '핼리베이'에 기지를 둔 영국 남극 탐사대의 과학자들은 어느 날 이상한 현상을 발견했다. 남극에서 상공 12--24킬로미터 지점(성층권 하부)에 있는 오존층이 계속해서 감소해 왔으며, 특히 매년 봄(우리가 살고 있는 북반구에서는 가을인 9--10월경)에는 오존층에 그야말로 구멍이 뚫린 것처럼 오존의 양이 줄어들었다는 사실이 밝혀진 것이다.
  1987년 10월에 조사한 결과로는 남극의 오존층에 뚫린 구멍이 점점 커져서 미국 대륙의 넓이만큼이나 되었다고 한다. 양극 지방에 오존 구멍이 생긴 이상, 사람들이 살고 있는 다른 곳의 하늘에도 같은 현상이 나타나리라는 것은 거의 확실하다.
  또 다른 관측 결과를 보자. 미 항공 우주국이 이끄는 국제 조사단이 최근 밝힌 분석 자료에 따르면 1969년 이래 미국, 캐나다, 서유럽, 러시아, 중국 및 일본 등을 포함한 위도 상공의 오존층은 3% 가량 줄어들었으며, 알래스카와 스칸디나비아 상공에서는 겨울철에 6%나 감소되었다고 한다. 이것은 그 동안 추측했던 것보다 사태가 3배나 더 심각하다는 뜻이다.
  신문에 자주 등장하는 기상 이변 등의 일과 연관되어 이제는 사람들도 더 이상 환경 문제를 소수 환경 보호론자들의 경고가 아닌, 실생활과 밀접한 관련을 맺고 있는 문제로 파악하게 되었다. 따라서, 신문이나 TV에서도 예전과는 비교할 수 없을 만큼 자주 환경 문제가 보도되고 있다. 우리나라에서도 지난 해부터 여러 신문사, 방송국이 앞장서서 쓰레기 줄이기 운동, 환경 보호 운동을 벌이고 있다. 그 중에서도 아마 가장 황당하게 들리는 소식은 오존층 파괴에 관한 이야기일 것이다. '하늘에 구멍이 뚫렸다니,' 인류가 지은 죄가 얼마나 크길래 하늘에 구멍이 뚫리게 된 것일까.

      오존층 파괴의 주범

  남극에서 봄이 올 때마다 커져 가는 오존층 구멍에 대한 원인을 두고 과학자들 사이에서는 오랫동안 논쟁이 벌어졌다.
  처음에 오존층 파괴는 두 가지로 설명되었다.
  하나는 그 현상을 화학적으로 설명하려 한 것이다. 남극 상공에서 CFC라는 화학 물질과 오존, 그리고 그 밖의 화학 물질들 사이에서 벌어지는 복잡한 상호 작용에 의해 오존이 파괴되었다는 설명이었다.
  또 하나는 대기의 흐름을 이용한 설명 방법이다. 극지 특유의 회오리바람과 -80도의 찬 기온, 그리고 독특한 남극 성층권의 구름이 서로 작용해서 위쪽으로 올라가는 공기의 흐름인 상승 기류를 만들어서 이 상승 기류에 의해서 오존층에 구멍이 생겼다는 설명이었다.
  남극의 오존층에 대한 연구는 이미 1957년부터 영국의 과학자들에 의해서 시작되었다. 그러나 현대적인 장비를 동원해서 대규모 연구를 수행하게 된 것은 극히 최근의 일이었다. 이런 대규모 연구에 동원되는 측정 장비들에는 하늘에서 샘플을 채집하기 위한 기구, 사진을 찍기 위한 인공 위성, 항공기, 그리고 지상 관측 장비들이 있다. 대규모로 일어나는 환경 오염의 연구는 이러한 장비의 발달을 통해서 실현될 수 있었다.
  아무튼 이런 첨단 과학 장비들을 사용해서 얻어진 결론은 남극 상공에서 일어났던 오존층의 파괴는 단순한 기류의 이동에 따른 현상이 아니라 CFC라는 화학 물질에 의해서 일어났다는 사실이 밝혀졌다.
  별 생각 없이 가정에서 사용하는 각종 분사제와 냉각제가 바로 그 범인이었다. 이런 것들이 지구의 위기를 몰고 오는 주요한 원인 중의 하나라는 사실이 밝혀지자 세상 사람들은 너무나 뜻밖의 일이어서 벌렸던 입을 다물 수 없을 정도였다.
  오존층 파괴의 범인으로 지목된 것은 분사제와 냉각제의 재료로 사용되고 있었던 프레온 가스였다. 프레온 가스의 본래 명칭은 '염화불화탄소'이고, 이를 간단히 CFC라고 한다. 미국에 있는 화학 물질 제조 회사 뒤퐁 사에서 이 염화불화탄소에 '프레온 가스'라는 상품명을 붙여서 판매를 시작했기 때문에 지금은 프레온 가스라는 이름으로 더 잘 알려져 있다.
  CFC를 처음 발명한 사람은 미국 오하이오 주 데이턴에서 태어난 화학자 '토마스 미즐리'(1889--1944)라는 사람이었다. 그는 오늘날 자신의 발명품이 지구의 모든 생물을 파멸시킬 정도로 해롭다는 사실은 꿈에도 몰랐다.
  그는 CFC를 발견하고 난 뒤 이 화학품이 독성이 없고 불에도 타지 않는다는 것을 보여 주기 위해 많은 구경꾼 앞에서 CFC가스를 마음껏 들이마신 뒤 촛불에다 불어 갈채를 받기도 했었다.
  프레온 가스는 탄소의 주위를 염소와 불소로만 둘러싼 분자 구조로 구성되어 있다. 냄새도 없고, 독성도 없으며, 불에 타지도 않고, 화학적으로도 안정해서 산업 분야에 폭넓게 이용될 수 있다. 한 마디로 천하 무적이라고나 할까?
  그래서 70년대 초까지 주로 탈취제나 살충용 스프레이의 분무제로 쓰였다.
  하지만 지금은 이런 분무제보다는 냉장고나 에어컨을 차게 식혀 주거나 일회용 식기 등을 만드는 플라스틱 거품을 만드는 발포제라는 것으로 쓰인다. 이 CFC로 여러분이 좋아하는 컵라면이나 햄버거 등을 담는 그릇을 만든다는 사실을 아마 여기서 처음으로 알게 된 사람이 많을 것이다.
  프레온 가스는 또한 컴퓨터를 만드는 반도체나 정밀 부품의 세척에도 쓰인다. 외양상으로는 아주 깨끗한 느낌을 주는 이런 첨단 산업도 알고 보면 오염 물질을 많이 배출하는 공해 산업이다.
  잘 변하거나 분해되지 않는 천하 무적에다 여러 가지 용도에 쓰이는 팔방미인인 이 CFC는 바로 이런 장점들 때문에 오존층에 해를 끼치고 있다고 할 수 있다.
  CFC는 화학적으로 안정하기 때문에 대기권(지상에서 10킬로미터 상공까지)으로 방출된 뒤에도 거의 분해되지 않는다. 그리고 쉽게 성층권(10--50킬로미터 상공)가지 올라가서 자리를 잡게 된다.
  하지만 여기서 CFC는 강력한 자외선의 공격을 받아 분해된다. 이 때 생기는 것이 염소 원자(Cl)이다. 염소 원자는 산소 원자 세 개가 약하게 결합되어 있는 오존을 파괴한다. 지금까지 연구된 결과에 의하면 염소 원자 하나가 10만 개의 오존 분자를 파괴한다고 한다.
  이런 식으로 일단 공기 중으로 방출된 CFC는 수십 년간 살아 남아 있으면서 계속해서 오존층을 파괴한다. CFC가 성층권에 도착하려면 20--30년이 걸리며, 성층권에 도착한 후에는 300년 간이나 머무를 수 있다고 한다. 우리가 지금부터 CFC의 사용을 줄인다 해도 이미 소비된 CFC 때문에 오존층의 파괴는 계속될 것이다.

      예상되는 피해

  오존층이 파괴되어 유해 자외선의 양이 증가되었을 경우 우리들의 생활에는 어떠한 변화가 일어날까? 이미 불길한 징조가 세계 곳곳에서 나타나고 있다.
  예상되는 피해는 여러 가지가 있는데, 우리들의 건강에 끼치는 피해와 생태계에 미치는 영향 등으로 나누어 볼 수 있다.
  지상에 내리쬐는 자외선의 양이 늘어나면 피부암이 늘어날 것이라는 예상이 많다. 이것은 오존층이 파괴되면 가장 유해한 C파 자외선이 우리의 피부에 직접 내리쬐기 때문이다. 가령 오존층이 1%만 감소해도 미국에서는 피부암 환자가 2만 명 이상 증가할 것으로 예측하고 있다. 오존이 2.5% 줄어들면 47만 명의 새로운 피부암 환자가 추가로 늘어날 것이라는 연구 발표도 있다. 이미 자외선이 내리쬐는 강도가 높은 극지방에서는 피부암의 발생 빈도가 늘어나고 있다고 한다. 오존 파괴에 의한 피해가 현실로 나타나기 시작한 것이다.
  또 지나치게 강한 자외선은 망막에 많은 피해를 입혀 백내장 환자가 늘어날 수도 있다. 망막은 눈알을 감싸고 있는 내벽으로 물체의 상이 맺히는 역할을 한다. 따라서, 백내장에 걸리면 수정체가 흐려져서 시각 장애를 일으키게 된다. 앞으로는 외출할 때면 싫든 좋든 모두 검은 선글라스를 쓰고 다녀야 할지도 모른다. 이미 어떤 사람들은 그 날의 자외선의 강도를 알려 주는 '자외선 일기 예보'를 해야 한다고 주장할 정도이다.
  남미의 일부 지역에서는 장님이 된 토끼들이 떼를 지어 길을 잃고 헤매는 모습이 목격된 적이 있다. 토끼의 눈은 사람보다 훨씬 예민하기 때문에 우리가 입게 될 피해를 미리 보여 주는 것이라고 할 수 있다. 이렇게 오존층의 파괴는 사람뿐 아니라 동물에게도 피해를 주고 있다. 인간들의 잘못으로 애꿎은 동물들이 피해를 당하고 있는 셈이다.
  식물들도 결코 안전하지 않아서 분명 자외선에 의한 피해를 입게 될 것이다. 과학자들은 200여 가지의 주요한 작물 중에서 75%는 자외선에 맥을 못 출 것이라고 생각하고 있다. 어떤 실험 결과에 의하면, 작물에 자외선을 쬐어 보았더니 수확이 25%나 줄었다고 한다.
  육상 생태계를 지탱하고 있는 식물들이 피해를 입고 죽어 간다면 바닷속의 생태계는 어떻게 될까? 오존 구멍 때문에 증가한 자외선은 육상에 사는 동물들뿐만 아니라 바다에 사는 해양 생물에게도 영향을 끼친다.
  많은 학자들은 그 중에서도 특히 오존층 감소에 민감한 생물로 플랑크톤을 들고 있다. 플랑크톤은 바다에 떠다니는 눈에 보이지 않는 작은 생물이다. 플랑크톤은 식물성 플랑크톤과 동물성 플랑크톤으로 크게 나누어지는데, 그 중에서도 특히 식물성 플랑크톤은 육상 생태계의 식물과 비슷하다. 바닷속의 식물성 플랑크톤은 육상의 식물처럼 광합성 과정을 통해서 대기 중의 이산화탄소를 산소로 바꾸어 주는 역할을 한다. 식물들은 육상 생태계의 밑바닥을 떠받쳐 주는 먹이 그물의 생산자 역할을 한다. 이와 마찬가지로 식물성 플랑크톤은 바다 생태계의 먹이 그물에서 맨 밑바닥을 차지하고 있다.
  오존층에 생긴 구멍으로 지표에 도달하는 자외선의 양이 10% 늘어난다고 생각해 보자. 플랑크톤 무리들은 치명적인 자외선을 피해 더 깊은 물 속으로 피하려 할 것이다. 하지만 그렇게 깊은 곳에서는 햇빛이 부족해서 광합성을 할 수 없으므로, 결국 식물 플랑크톤들은 모두 죽게 될 것이다.
  식물 플랑크톤이 사라지게 된다면 식물 플랑크톤을 잡아 먹는 동물 플랑크톤이 사라질 것이다. 동물 플랑크톤 이외에도 새우나 게 같은 갑각류와 물고기의 유생들이 죽게 된다. 예를 들어, 갑각류에 속하는 크릴 새우가 사라지면 이 새우를 먹고 사는 고래와 펭귄들은 먹이를 구할 수 없어서 굶어 죽게 된다. 이렇게 육상 생태계와 해양 생태계가 차례차례 무너지고 나면 사람들도 버티기 어렵다.
  옛날에 탄광에서는 가스 폭발의 위험을 미리 알기 위해 카나리아를 사용했다고 한다. 새장 속의 카나리아가 죽으면 사람들에게도 위험이 닥쳐온다는 신호여서, 미리 피할 수 있었다. 오늘날의 플랑크톤들은 오존층의 감소를 예고해 주는 현대판 카나리아가 되고 있는 셈이다.

      오존층을 복구하기 위한 과학적인 노력

  1990년 6월, 캐나다의 몬트리올에서 오존층을 파괴하는 프레온 가스에 대한 대책 마련을 위해 각국에서 여러 사람이 모였다. 이제 환경 문제가 전 인류의 공통된 시급한 과제가 된 것이다.
  여기에 세워진 대책들은 다음과 같다.
  우선 오존층 파괴의 주범으로 지목되고 있는 프레온 가스의 사용을 중단하자는 것이다. 지금까지 만들어진 프레온 가스는 모두 버리기로 했다. 그리고 지금의 프레온 가스와는 달리, 오존을 파괴하는 염소 원자를 포함하지 않는 새로운 대체품을 만들기로 했다.
  그러나 이런 대체품들이 공통으로 가지고 있는 가장 큰 결점은 생산비가 비싸다는 점이다. 따라서, 생산 기술을 향상시켜 생산비를 감소시키는 것이 새로운 숙제로 떠오르고 있다.
  그 밖에도 과학자들에 의해 여러 가지 시도가 연구되고 있다.
  오존층을 파괴하지 않는 방법 말고도 오존층 파괴에 대한 보다 적극적인 대처 방안으로써, 대기 중에 존재하는 오존의 양을 인공적으로 늘러 오존층을 되살려 보자는 연구도 진행되고 있다.
  오존 발생 장치를 거대한 비행선에 실어 성층권으로 띄운뒤 줄어드는 오존을 보급하자는 계획이다. 비행선을 이용하면 대량의 오존을 한꺼번에 발생시킬 수 있고 비용도 덜 들게 된다.
  또 한 가지 방법은 오존을 파괴하는 염소 원자를 없애는 방법이다. 지상에서 전파를 발사하여 오존층을 파괴하는 염소 원자를 오존층을 파괴하지 않는 염소 이온으로 바꾸는 것이다. 이런 기술이 개발된다면 오존층 파괴를 막는 데 중요한 역할을 할 것이다.
  환경 오염은 우리들의 생활에도 변화를 가져오고 있다. 상품 시장에도 그 변화의 물결은 어김없어서 자외선 차단을 위한 신기술 상품들이 쏟아져 나오고 있다.
  그래서 등장한 것이 자외선 차단 화장품이다. 그러나 이런 화장품을 이용해도 자외선을 완벽하게 막지는 못한다. 그래서 자외선 차단 티셔츠가 개발되었다. 예를 들어, 보통 티셔츠는 우리에게 내리쬐는 모든 자외선의 절반도 채 차단하지 못한다. 하지만 새로 나온 '솔라위브'라는 옷감은 특수한 직조 방법과 자외선을 차단하는 특수한 염료를 사용해서 염색을 하기 때문에, 상당한 양의 자외선을 차단할 수 있다.
  그 밖에도 강한 자외선으로 인한 피부암에 대한 경계심이 높아지면서 위험한 자외선에 대한 노출도를 측정하는 시계도 개발되었다. 이 시계를 차고 있으면 시계가 자외선의 강도와 시간을 측정해서 일광욕을 하는 도중 자외선의 양이 지나칠 경우 경보를 울린다.
  지금까지 소개한 것은 오염된 환경으로 일어난 변화를 극복하기 위한 환경 상품이었다. 하지만 더 바람직한 환경 상품은 환경 오염을 막아 주는, 환경을 생각하는 상품일 것이다. 환경 문제에 대한 관심이 점점 높아지면서 기업에서는 '그린 마케팅'이란 이름으로 환경을 오염시키지 않는 환경 상품을 내놓고 있다.
  오존층 파괴의 범인으로 주목받던 프레온 가스가 들어 있는 분사제 대신 LPG를 사용한 분사제가 그 한 예이다. 또는 다시 재생해서 사용할 수 있는 부품들로 만들어진 세탁기나 냉장고, 절전형 컴퓨터 등 여러 가지 가전 제품들이 많이 나와 있다.