“남산 위의 저 소나무 철갑을 두른 듯… 바람 서리 불변함은 우리 기상일세.”
잘 자란 소나무는 궁궐을 짓는 목재로 사용됐고, 전통음식인 송편은 솔잎을 함께 넣고 쪄서 향긋한 내음이 나게 만들었다. 소나무가 많은 숲에 들어가면 가슴 속이 시원해지는 듯한 상쾌함을 느낄 수 있다.
그런데 최근 미국 카네기멜론대학교 연구진이 의외의 실험 결과를 내놓았다. 소나무가 많을수록 오히려 공기 오염이 심해진다는 것이다. 소나무가 내뿜는 유기물 성분의 가스가 대기 속 화학물질과 반응하면 유독물질로 변하기 때문이다.
실험 결과는 ‘기체 형태 수산화물의 활성산소 반응으로 인한 생물 유래 2차 유기물 에어로졸의 노화 유발 효과(Aging of biogenic secondary organic aerosol via gas-phase OH radical reactions)’라는 논문으로 정리되어 학술지 ‘국립 과학아카데미 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)’ 최근호에 게재되었다.


소나무가 내뿜은 유기물질이 공기 오염의 근원

식물이든 동물이든 모든 생물은 다양한 방식의 호흡을 통해 바이오제닉(biogenic)이라 불리는 ‘생물 유래 유기물질’을 대기 중으로 내뿜는다. 문제는 이 과정에서 일부 성분이 독성 물질로 변할 수 있다는 점이다. 특히 인류 문명이 발달로 인해 화석연료의 사용이 늘어남에 따라 땔감 소모, 자동차 운행 등으로 인해 다양한 미세입자들이 공기 중으로 방출되고 있다.
에어로졸(aerosol)이라 불리는 이 입자들은 수증기를 응결시켜 구름을 만들고 강수량을 늘릴 뿐만 아니라 호흡을 통해 인간의 혈관에 침입해 각종 호흡기 질환과 심장 질환을 일으킨다. 에어로졸로 인해 병원을 찾는 환자 수가 미국에만 매년 5만 건을 넘기 때문에 공기 오염의 주범으로 지목되고 있다.
카네기멜론대 연구진은 특히 소나무가 내뿜는 유기물질이 대기 속의 활성산소와 결합해서 화학적 변형을 일으키고 독성을 띤 에어로졸로 변한다는 사실을 발견했다. 게다가 실험 결과 이 성분이 에어로졸에 직접 작용해서 입자의 노화를 촉진시키고 특성을 변화시킨다는 증거를 확보했다. 소나무에 대한 심층적인 연구와 관리가 이뤄져야 한다는 의미다.
연구진은 소나무가 내뿜는 에어로졸 성분인 알파피넨(α-pinene)과 오존 가스를 실험장치에 투입했다. 이어 유해 활성산소의 일종인 수산기(OH radical)도 첨가했다. 수산기는 자연적으로 발생하는 물질이지만 공기 중의 여러 성분과 손쉽게 화학반응을 일으키는 극도로 민감한 분자이기도 하다.
투입량을 달리해 4개의 장치에서 실험을 진행한 후 결과를 취합해 특별히 고안된 컴퓨터 분석 모델에 입력시켰다. 그러자 공기 속 수산기가 알파피넨 입자들을 노화시키는 바람에 고유의 특성이 변하는 것으로 나타났다. 특히 처음 투입됐을 때보다 3배나 많은 유해 미세물질이 생겨났다.
카네기멜론대 산하 대기입자연구센터(CAPS) 소장으로서 연구를 총괄한 도너휴 교수는 카네기멜론대 발표자료를 통해 “소나무에서 방출된 생물 유래 유기물질은 대기 속 에어로졸과 만나 화학 반응을 일으킨다”며 “문제는 화학적 변화가 멈추지 않고 지속되면서 독성물질을 만들어낸다는 점”이라고 지적했다.


인간 활동으로 인한 에어로졸 발생 감시해야



그렇다면 소나무처럼 흔한 수종이 공기 오염의 주범이라는 사실이 왜 이제서야 밝혀진 것일까. 공기 중의 미세입자들이 유해하다는 사실은 알려져 있지만 크기와 화학적 특성에 따른 수많은 종류를 일일이 구분하기가 어렵기 때문이다. 또한 대기 속 에어로졸은 화학 반응에 의해 쉽게 다른 물질로 변하기 때문에 추적이 쉽지 않다.
그래서 대부분의 연구자들은 생물 유래 유기물질에 의한 노화 현상 자체를 고려 대상에서 제외한다. 정확도를 확보할 수 없으니 아예 관련 변수를 통째로 삭제하는 것이다. 이 때문에 에어로졸과 대기 오염의 관계를 예측하는 것이 불가능했다.
연구진은 컴퓨터 분석모델의 정확도를 높임으로써 문제를 해결했다. 인간이 만들어내는 수많은 종류의 에어로졸도 이번 방식을 이용해 실험을 진행하면 세밀한 부분까지 추적해서 예측도를 그릴 수 있다. 공기 오염의 원인 진단과 해결책 모색에 새로운 장이 열린 것이다.
도너휴 교수는 “인간의 활동으로 인해 발생하는 에어로졸이 공기 오염의 변수를 다양화시킨다”고 지적하며, 자연에서 발생하는 유기물질을 자극해 독성물질로 바꾸는 에어로졸의 특성을 밝혀내서 대비책을 마련해야 한다고 강조했다.