한때 지구 생태계를 위협했던 남극 오존층 구멍이 국제 사회의 공동 노력으로 괄목할 만한 회복세를 보이며 완전 소멸을 향해 나아가고 있다는 고무적인 연구 결과가 발표됐다.

미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구진은 5일(이하 현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 게재한 논문에서 "남극 오존층이 95% 신뢰 수준으로 회복되고 있으며, 이는 자연적 기상 변동성이 아닌 오존층 파괴 물질 감축 노력의 직접적인 결과"라고 밝혔다.

MIT 뉴스는 5일 "이러한 회복(오존층 구멍 회복)이 자연적인 기상 변화나 성층권으로의 온실가스 배출 증가와 같은 다른 영향보다는 오존 고갈 물질의 감소에 주로 기인환다는 것을 보여준 최초의 연구"라고 밝혔다. 

수십 년간 과학계는 남극 오존층 구멍의 점진적 개선 징후를 관찰해 왔으나, 이번 연구는 장기간의 관측 데이터를 토대로 오존층 회복에 대한 확고한 과학적 증거를 제시했다는 점에서 의미가 깊다.

논문의 주저자인 MIT의 저명한 대기 화학자 수잔 솔로몬 교수는 성명을 통해 "남극 오존층 구멍이 개선되고 있다는 정성적 증거는 많았지만, 이번 연구는 오존층 회복에 대한 신뢰도를 처음으로 수치화했다"고 강조했다. 솔로몬 교수는 "95% 신뢰도로 회복되고 있다는 결론은 매우 놀라운 성과이며, 인류가 환경 문제 해결에 실제로 나설 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다.

CFCs 남용으로 오존층 구멍 형성

오존층은 지구 표면 15~30km 상공의 성층권에 위치하며, 대기 중 오존 농도가 높아 유해한 태양 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 그러나 1970년대와 80년대에 들어서면서 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 형성되기 시작했다. 이는 에어로졸 스프레이, 용매, 냉매 등에 광범위하게 사용된 염화불화탄소(CFCs)와 같은 합성 화합물이 주범으로 지목됐다. CFCs는 성층권에 도달하면 염소 원자를 방출하여 오존 분자 분해를 촉진하는 것으로 알려져 있다.

특히 남극 지역은 극도로 낮은 기온, 극지방 성층권 구름의 존재, 그리고 오존층 파괴 화학 물질을 가두는 극 소용돌이와 같은 특수한 조건으로 인해 남반구의 봄철에 오존층 파괴가 더욱 심각하게 나타난다.

솔로몬 교수는 과거 미국해양대기청(NOAA) 소속으로 1986년 남극에 파견되어 CFCs가 오존층 파괴의 원인임을 입증하는 결정적인 증거를 수집하는 데 기여했다.

몬트리올 의정서 채택 이후 CFCs 단계적 폐지

이러한 과학적 근거를 바탕으로 국제 사회는 문제 해결을 위해 발 빠르게 움직였다. 1987년 몬트리올 의정서 채택 이후 197개국과 유럽연합(EU)은 냉장고와 에어로졸에 사용되는 CFCs와 같은 오존층 파괴 물질의 단계적 폐지에 합의했다.

지난 10년간 남극 오존층 구멍은 특히 9월, 남극이 온난해지기 시작하며 오존층 구멍이 가장 크게 열리는 시기에 매년 축소되는 긍정적인 신호가 나타났다. 그러나 대기 중 '혼란스러운 변동성' 때문에 과학자들은 섣불리 회복을 단정하기를 주저했으며, 일각에서는 회복 속도가 기대에 미치지 못한다는 주장이 제기되기도 했다.

하지만 15년간 축적된 관측 데이터를 분석한 결과, 연구진은 오존층이 확실히 회복되고 있다는 결론을 내렸다. 현재 추세가 유지된다면 남극 오존층은 약 10년 후 완전히 회복될 것으로 전망된다. 

연구팀은 남극 오존 회복의 원인을 파악하기 위해 정량적 접근 방식을 취했다. 팀은 기후 변화 커뮤니티에서 '지문 분석(fingerprinting)'이라는 방법을 차용했다. 이는 클라우스 하셀만이 개발한 것으로, 그는 2021년 이 기술로 노벨물리학상을 수상했다. 기후의 맥락에서 지문 분석은 자연적 기상 노이즈와 별도로 특정 기후 요인의 영향을 분리하는 방법을 말한다. 하셀만은 지문 분석을 적용해 기후 변화의 인위적인 지문 식별, 확인 및 정량화했다.

솔로몬 교수 팀은 지문 분석법을 적용해 또 다른 인위적인 신호, 즉 사람들이 오존층 파괴 물질을 줄이는 것이 오존층 회복에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 

아울러 지구 대기의 시물레이션으로 시작해 서로 다른 시작 조건에서 동일한 지구 대기의 여러 '평행 세계' 또는 시뮬레이션을 생성했다. 연구팀은 예를 들어, 온실 가스나 오존층 파괴 물질의 증가가 없다고 가정한 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 또한 온실 가스만 증가하고 오존층 물질만 감소하는 시뮬레이션도 실행했다. 

이러한 시뮬레이션을 통해 연구팀은 수십년에 걸쳐 오존이 매월 회복되는 시간과 고도를 매핑하고 오존 고갈 물질의 감소로 인한 오존 회복의 핵심 '지문' 또는 패턴을 식별했다. 

그런 다음 연구팀은 2005년부터 현재까지 남극 오존층에 대한 실제 위성 관측에서 이 지문을 찾았다. 팀은 2018년에 이 지문이 가장 강했고, 오존 회복이 주로 오존층 파괴 물질의 감소 때문이라고 95%의 신뢰도로 확신했다.

솔로몬 교수는 "2035년쯤에는 남극 오존층에서 오존층 파괴가 전혀 나타나지 않는 해를 보게 될 수도 있다. 이는 매우 감격스러운 일"이라며 "우리 시대에 오존층 구멍이 완전히 사라지는 것을 목격하게 될 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 인류가 국제적인 협력을 통해 심각한 환경 문제에 효과적으로 대응할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로 기록될 전망이다.