오존과 상하층 대기의 오존 그리고 오존구멍

오존

지구 대기에 적은 양으로 있는 산소의 한 형태입니다. 상층 대기에 있는 오존은 지구의 생명체가 살아가는 데 꼭 필요하지만, 하층 대기에 있는 오존은 대기오염을 일으킵니다. 오존은 상업적으로 물의 정화에 쓰이거나 표백제로도 쓰입니다. 보통의 산소 분자는 산소 원자 두 개로 이루어져 있으나, 오존 분자는 산소 원자 세 개로 이루어져 있습니다. 오존은 광화학반응이나 전기방전 때문에 자연적으로 생기는데, 광화학반응에서는 높은 에너지의 태양 복사가 지구의 상층 대기에 있는 보통의 산소 분자를 때려서 그중의 일부를 오존으로 변화게 합니다. 모터에서 발생하는 전기불꽃과 같은 전기방전으로도 보통의 산소가 오존으로 변합니다. 상업적으로는 기계로 일으키는 전기방전으로 오존을 만듭니다. 오존의 화학식은 O₃이고, 분자량은 47.998입니다. 순수한 오존은 옅은 푸른색 기체로, 강하고 자극적인 냄새가 납니다. 1840년에 독일의 화학자인 쇤바인이 처음으로 발견했습니다.

 

 

상층 대기의 오존

오존은 대부분 상층 대기에서 발견됩니다. 오존 농도가 가장 높은 곳은 지표에서 15~30㎞ 떨어진 곳으로, 위도에 따라 다릅니다. 이곳의 오존 농도는 10 피피엠(ppm), 즉 공기를 100만이라고 했을 때 오존은 10입니다. 상층 대기에 있는 오존층은 햇빛 중에서 자외선의 95~99%를 흡수해 지구를 보호합니다. 자외선에 너무 많이 노출되면 피부암에 걸릴 수 있기 때문에 상층 대기의 오존은 매우 중요합니다. 1970년대 중반에 일부 과학자들은 염화 플루오린화 탄소가 지구를 보호해 주는 오존층을 파괴하고 있다는 우려를 나타냈습니다. 그 당시, 염화 플루오린화 탄소는 에어로졸이 들어 있는 스프레이 용기의 추진제로 널리 쓰이고 있었습니다. 염화 플루오린화 탄소는 자연적으로는 생기지 않으며, 쉽게 화학반응을 일으키지 않습니다. 염화 플루오린화 탄소가 대기 중에 나오게 되면, 천천히 올라가서 상층 대기에 도달합니다. 이때 태양의 자외선 복사가 염화 플루오린화 탄소 분자를 분해하고, 그 일부가 오존과 반응해, 오존의 양을 감소시킵니다.

 

오존구멍

1970년 후반부터 과학자들은 남극 상공에서 계절에 따른 오존 감소 현상이 나타남을 관찰해왔습니다. 오존은 약 두 달 동안 최고 50%까지 감소해 오존구멍이 생깁니다. 과학자들은 남극에서 겨울철 기후의 영향으로 오존을 파괴하는 화학물질이 활발히 생긴다고 믿고 있습니다. 남극의 겨울 즉, 6~9월은 매우 추우며, 오랫동안 어둠에 싸여 있습니다. 그러다가 봄이 되어 햇빛의 양이 증가하면 오존을 파괴하는 화학반응이 일어나고, 그 결과 오존구멍이 생깁니다. 11월 말경에 가서야 오존을 감소시키는 반응이 멈춥니다. 그리고 남극 주위의 다른 지역에서 흘러들어온 공기로 오존의 양이 다시 정상 수준으로 돌아옵니다. 남극 상공보다는 덜 심각하지만, 과학자들은 북극 상공에도 늦은 겨울에 오존구멍이 생기다는 사실을 발견했습니다. 과학자들은 항공기나 기구, 인공위성 등을 이용해 상층 대기의 오존 농도를 측정합니다.

 

하층 대기의 오존

대부분 대기오염 물질입니다. 이러한 오존은 햇빛과 대기에 있던 오염 물질이 반응해 만들어진 것입니다. 하층 대기에 있는 오존은 광화학스모그를 일으키고, 고무, 플라스틱, 그리고 동·식물의 조직에 직접적으로 해를 입힙니다. 오존이 화학반응을 계속하면 또 다른 유해물질이 생길 수도 있습니다. 오존이 지나치게 많이 있으면, 두통이 생기거나 눈이 쓰리고 호흡기에 염증이 생길 수도 있습니다.