에너지 기후변화 관련자료

오존의 생성과 분해

오존층 파괴

지구 대기는 대부분 질소와 산소로 이루어져 있다. 오존층은
이 산소와 자외선이 함께 작용하여 만들어진다. 오존층은 대기 중에
쌓여 있는 산소가 태양으로부터 나오는 자외선을 받아 광화학 작용이라
불리는 화학 작용을 일으켜서 형성된다. 산소 원자(O) 두 개로 이루어진
산소 분자(O₂)는 높은 에너지를 가진 자외선을 받으면 반응성이 매우
높은 산소 원자로 분해된다. 이 산소 원자(O)가 다른 산소 분자(O₂)와
결합해서 오존(O₃)을 만든다. 이처럼 오랜 세월에 걸쳐 형성된 오존층은
지구상의 생물들에게 아주 중요한 역할을 한다. 하지만 태양에서 지구로
들어오는 태양광선들이 모두 생물에게 유익한 것은 아니다. 오존층은
생명의 기본이 되는 유전 정보를 담고 있는 DNA를 포함해서 생물의 중요한
세포 분자를 파괴하는 짧은 파장의 자외선을 대부분 흡수한다.

오존의
생성과 분해
오존은
O
3라는 분자식을 가지는 물질인데, 산소 분자가 자외선에 의해
해리되어 생긴 산소 원자와 다른 산소 분자가 반응하여 생긴다.

      자외선


      O₂──→O+O O+O₂──
      →O₃



그런데 자외선은 오존을 분해시켜 다음과 같이 산소를 만드는 기능도
가지고 있다.

      자외선


      O₃──→O₂+O



이와 같이, 자외선은 오존을 생성하기도 하고 분해시키기도 하므로,
이것이 균형을 이루게 되어 대기 중에는 일정량의 오존이 존재하게 된
다.



1985년 남극 ‘핼리베이’에 기지를 둔 영국 탐사대에 의해 남극의
상공 12∼24Km 지점(성층권 하부)에 있는 오존층이 계속해서 감소해
왔으며, 특히 매년 봄에는 오존층이 그야말로 구멍이 뚫린 것처럼 오존의
양이 줄어들었다는 사실이 밝혀졌다. 1987년 10월에 조사한 결과로는
남극의 오존층에 뚫린 구멍이 미국 대륙 넓이만큼이나 되었다고 한다.

처음에 오존층 파괴는 두 가지로 설명되었다. 하나는 대기의
흐름을 이용한 설명이었다. 극지 특유의 회오리바람과 영하 80℃의 찬
기온, 그리고 독특한 남극 성층권의 구름이 서로 작용해서 위쪽으로
올라가는 공기의 흐름인 상승 기류를 만들고, 이 상승 기류에 의해서
오존층에 구멍이 생겼다는 설명이다. 또 하나는 그 현상을 화학적으로
설명하려고 한 것이다. 남극 상공에서 CFC(Chloro Fluoro Carbons)라는
화학 물질과 오존, 그리고 그밖의 화학 물질들 사이에서 벌어지는 복잡한
상호 작용에 의해 오존층이 파괴되었다는 설명이다.
오존층
파괴의 범인으로 지목된 것은 분사제와 냉각제의 재료로 사용되고 있었던
프레온 가스였다. 프레온 가스의 본래 명칭은 ‘염화불화탄소’이고 이를
간단히 CFC(Chloro Fluoro Carbons)라고 한다. 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. CFC는 화학적으로 안정하기 때문에 대기권(지상에

10Km 상공까지)으로 방출된 후에도 거의 분해되지 않는다. 그리고 쉽게
성층권(10∼15Km)까지 올라가서 자리를 잡게 된다. 하지만 여기서 CFC는
강력한 자외선의 공격을 받아 분해된다. 이때 생기는 것이 염소 원자(C1)이다.
염소 원자는 산소 원자 세 개가 약하게 결합되어 있는 오존을 파괴한다.
지금까지 연구된 결과에 의하면 염소 원자 하나가 10만 개의 오존분자를
파괴한다고 한다. 이런 식으로 일단 공기중으로 방출된 CFC는 수십 년간
남아 있으면서 계속해서 오존층을 파괴한다. CFC가 성층권에 도착하려면
20∼30년이 걸리며, 성층권에 도착한 후에는 300년간이나 머무를 수
있다고 한다.

자외선은
생물에 어떤 영향을 미치는가?
모든
생물은 궁극적으로 햇빛의 에너지에 의존해서 살아가고 있다.
그러나
이러한 햇빛에도 생물에게 해를 끼치는 성분이 있는데, 그것이 자외선이다.
여름에 해수욕장에서 피부에 화상을 입은 경우가 있는데, 그것은
피부가 자외선을 많이 받았기 때문이다. 자외선은 가시 광선보다 에너지가
큰 햇빛의 한 성분으로 생물체에 여러 가지 피해를 준다. 자외선은 피부암의
원인이 되고 면역 능력을 감퇴시키며, 백내장을 유발하기도 한다. 또한,
자외선은 유전자의 구성 물질인 DNA를 파괴시키므로 자외선이 지상에
많이 내려오면 더 이상 생물이 살 수 없다. 그 밖에도 자외선은 엽록체를
파괴하여 농작물의 수확량을 감소시키고, 어류의 먹이인 플랑크톤을
감소시켜서 생태계를 파괴한다.

그러면
오존층의 피해를 없애는 방법은 무엇이 있는가? 우선 오존층 파괴의
주범으로 지목받고 있는 CFC의 사용을 중단하는 것이다. 그리고 프레온
가스와는 달리 오존을 파괴하는 염소 원자를 포함하지 않는 대체품을
개발하는 것이다. 또 적극적인 대체 방법으로 오존의 양을 인공적으로
늘려 오존층을 되살려 보려는 노력이 시도되고 있다. 또 다른 방법은
오존을 파괴하는 염소 원자를 없애는 방법이다.

[보충
설명]
지구 대기권의 구조

지구

둘러싸고 있는 기체의 층을 대기권이라고 한다.
대기중에서
고도 약 10km로부터 50km까지를 성층권이라고 하며, 지구 대기권에 존재하는
오존의 거의 대부분은 지상에서 20-30km되는 부분에 존재하게 된다.
이러한 성층권의 중간 부분을 오존층이라고 한다.
오존층은
태양의 자외선을 흡수하여 성층권의 기온이 고도에 따라 상승하게 한다.
또한 이 오존층은 햇빛 중의 자외선을 흡수함으로써 지상에 도달하는
강한 자외선을 막아준다.
지표면에서 태양 스펙트럼을
관측하면 300nm보다 짧은 파장을 가진 자외선은 나타나지 않는다. 이것은
300nm이하의 자외선이 오존층에 흡수되기 때문이다. 그래서 오존층은
생물학적으로 매우 중요한 역할을 하는 것이다.

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