산불 연기가 오존을 파괴합니다

20세기 중반 인류는 염화불화탄소(CFC)를 대기 중으로 방출했습니다. 1980년대까지 CFC는 지구의 오존층을 갉아먹어 지구의 안전과 건강을 위협했습니다. 전 세계적인 제한과 금지 조치로 피해가 치유되기 시작했지만, 새로운 결과에 따르면 점점 더 심해지는 산불로 인해 진행이 지연될 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

"이것은 우리가 보고 있는 완전히 새로운 화학입니다."

산불 연기를 포함하는 액체 방울은 성층권의 염소에 대한 작은 반응실처럼 작용하여 중위도의 오존을 분해하는 반응 형태의 원소를 생성한다고 Nature에 보고되었습니다.

이 화학적 메커니즘은 "이전에는 본 적이 없었다"고 연구 공동저자이자 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 대기과학자 Kane Stone이 말했습니다. "이것은 우리가 보고 있는 완전히 새로운 화학입니다."

지구가 따뜻해지면 대규모 산불이 더 자주 발생할 것으로 예상되기 때문에 이번 발견은 화재가 심해지면 유해한 자외선(UV) 복사로부터 지구 표면과 주민을 보호하는 성층권 오존층의 회복을 지연시킬 수 있다는 우려를 불러일으켰습니다.

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에어로졸 스프레이와 냉매에 널리 사용되었던 CFC는 탄소, 염소, 불소를 함유한 단순한 화학물질입니다. 이러한 화학 물질이 성층권으로 올라가면 자외선이 이를 분해하여 염소를 방출합니다. 일단 대기에 노출되면 단일 염소 원자가 100,000개 이상의 오존 분자를 파괴할 수 있습니다.

염소 원자는 일단 염산이나 염소 아질산염 분자가 되면 오존 파괴를 멈춥니다. 이 두 화학물질은 일반적으로 오존과 반응하지 않습니다. 그러나 에어로졸 입자는 이러한 오존에 안전한 염소 형태를 보다 반응성이 높은 화합물로 변환하는 화학 반응을 촉진합니다. 그들은 공기 중의 염산과 질산염소를 잡아서 다른 화학물질 근처에 두어 반응 속도를 높이는 방식으로 이를 수행합니다. 이러한 변형은 주로 극지방의 성층권 구름에서 문제가 되는데, 이 구름은 염산과 질산염소를 만날 때 오존 분해에 크게 기여하는 액체와 얼음 에어로졸로 가득 차 있습니다. 화산재와 같은 다른 에어로졸도 문제를 일으킬 수 있습니다.

2020년 호주 산불 시즌 이후 기록적인 낮은 염산 수치와 남부 중위도 지역의 오존 감소 등 "성층권에서 정말 특이한 화학 현상이 관찰됐다"고 스톤은 말했다.

Stone과 그의 동료들은 산불 연기 에어로졸이 특이한 관찰을 설명할 수 있다고 생각했습니다. 중위도 지역에서는 일반적으로 염산과 질산염소가 물이나 얼음 에어로졸에 달라붙기에는 너무 따뜻하기 때문에 일반적으로 반응하여 오존을 분해하는 화학물질을 형성하지 않습니다. 그러나 산불 연기는 따뜻한 온도에서 물보다 염산을 더 쉽게 흡수할 수 있는 알코올 및 유기산과 같은 에어로졸화된 탄소 기반 액체로 가득 차 있습니다. 산불 연기는 염소 화학물질에 대한 반응 표면을 제공함으로써 오존 분해를 촉진할 수 있습니다.

오존층 파괴에 관해서는 "아무도 산불과 연기에 대해 생각하지 않았습니다."

이러한 유기물이 오존층 파괴를 촉진하는지 확인하기 위해 과학자들은 다양한 탄소 기반 액체에서 염산의 용해도에 대해 주로 1950년대와 1960년대에 수행된 수십 년 간의 오래된 실험실 측정을 조사했습니다. 그들은 이 데이터를 2020년 호주 화재 이후 대기 화학에 대한 컴퓨터 시뮬레이션에 통합하고 결과를 실제 측정값과 비교했습니다.

시뮬레이션에서 유기 액체에 대한 염산의 더 큰 용해도를 설명하면 "우리가 관찰에서 본 것과 매우 유사해 보이는 결과"가 나왔다고 Stone은 말했습니다.

이번 발견은 호주 산불로 인한 연기가 남부 중위도 지역 오존층의 약 3~5%를 고갈시켰다는 점을 시사했습니다.