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오존층이란?
- 오존층은 지상 약 10~50km 성층권에 걸쳐 분포한 오존(O₃) 분자 농도가 높은 층.
- 이 층은 태양으로부터 오는 유해 자외선(UV-B)을 흡수하여 지구 생명을 보호하는 방패역할
- DNA 손상을 유발하는 UV-B를 97~99% 차단
오존의 두 얼굴: 지표면 vs 성층권
대기 중 오존(O₃)은 위치에 따라 완전히 다른 역할을 한다. 지표면에서는 강력한 산화제로 작용해 호흡기 건강에 해를 끼치지만, 성층권(지상 10~50km)에 존재하는 오존층은 태양에서 오는 자외선(UV-B)을 차단하여 지구 생명체를 보호하는 중요한 역할을 한다.
오존층 파괴의 시작
1970~1980년대, 에어컨, 냉장고, 헤어스프레이 등에 널리 사용되던 프레온가스(CFCs, 염화불화탄소)는 성층권에 도달하면 강한 자외선을 받아 분해되어 염소(Cl) 원자를 방출한다. 이 염소는 오존 분자를 지속적으로 파괴해 오존 구멍(ozone hole)을 발생시켰다.
대표적 사건: 남극 오존 구멍 발견
1985년, 영국 남극기지(BAS, British Antarctic Survey)의 과학자들이 남극 상공의 오존 농도가 급격히 감소한 사실을 발견했다. 이 '오존 구멍'은 매년 봄철(9~11월) 남극 상공에서 형성되며, 오존 농도가 최대 70% 이상 감소했다. 이는 전 세계적인 경각심을 불러일으켰다. 곧이어 NASA 위성 자료를 통해 1979년부터 오존층이 점점 얇아지고 있었던 것이 확인되었다.
파괴 원인: 프레온가스(CFCs)
- CFCs (염화불화탄소)는 냉장고, 에어컨, 스프레이, 산업용 세정제 등에 널리 쓰인 인공화학물질.
- 지상에서는 안정하지만, 성층권에 도달하면 자외선에 의해 분해되며 염소(Cl) 원자를 방출함.
- 염소 원자는 오존과 만나 연쇄 반응을 일으킴.
Cl + O₃ → ClO + O₂ ClO + O → Cl + O₂
- 이 반응은 하나의 염소 원자가 최대 10만 개의 오존 분자를 파괴할 수 있음을 보여줌.
인체와 환경 피해
- 자외선 UV-B 증가 → 백내장, 면역력 저하 증가
- 플랑크톤 감소 → 해양 생태계 교란, 먹이사슬 붕괴 가능
- 작물 생장 저해 → 농업 생산성 저하
- 피부암, 특히 흑색종(melanoma) 위험 증가
왜 남극에서 심한가?
- 남극은 겨울철에 극소용돌이(polar vortex)가 형성되어 매우 낮은 기온(-80℃ 이하)을 유지함.
- 이때 극성 성층권 구름(PSC, Polar Stratospheric Clouds)이 생기는데, 이 구름은 염소가 오존 파괴에 쉽게 반응하도록 하는 촉매 역할을 함.
- 남극의 겨울이 끝나고 햇빛이 다시 들어오는 9~10월, 강력한 자외선이 CFC를 분해하면서 대규모 오존 파괴가 일어남.
오존 구멍의 규모와 변화
- 가장 큰 해: 2006년, 남극 오존 구멍 면적이 약 2,900만 km²에 달함 (북미 대륙보다 큼).
- 평균적으로 8월 말 10월 사이 남극 상공에서 오존 농도는 70% 이상 감소함.
- 1990년대~2000년대 초까지 점점 악화되었지만, 이후 안정화 및 회복세에 접어들었음.
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국제대응 양상
몬트리올 의정서 (1987)
오존층 파괴를 막기 위한 가장 강력한 국제 조약으로, 197개국이 참여해 CFC 등 오존층 파괴물질의 단계적 퇴출에 합의했다.
- 1996년 선진국에서 CFC 생산 전면 중단
- 개발도상국도 점진적 감축 이행
- 유일하게 전 세계가 협력한 성공적 환경협약 중 하나로 평가됨
대체물질 개발과 성공 사례
CFC를 대체하는 HFC(수소불화탄소), HCFC(염화수소불화탄소) 등이 개발되었으며, 일부는 여전히 온실가스 문제가 있지만 오존층에 미치는 영향은 상대적으로 적다.
현재의 오존층 복원 현황
- UNEP(유엔환경계획)에 따르면, 2023년 기준 오존층은 꾸준히 회복 중이다.
- 남극 오존층은 2040~2066년 사이 정상 회복이 예상된다.
- 북반구는 2030년대 중반 회복이 예상됨.
- 몬트리올 의정서는 지구 평균 온도 상승을 0.5°C 억제하는 데 기여한 바도 있다.
- CFC를 대체한 HFC는 온실가스로 지구온난화와 연계되어 별도 규제 대상이 되었음
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