작성일 : 19-07-04 17:02
극지연구소 김기태 박사 공동연구팀, 미세조류 생산활동 활성화시키는 화학반응 확인 , 극지방 얼음서 철 이온 방출 확인···온난화 속도 늦춰
 글쓴이 : happy
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극지연구소(소장 윤호일)는 지구온난화 속도를 늦출 수 있는 극지방 얼음의 화학반응을 발견했다고 3일 전했다. 

극지연구소 김기태 박사와 포스텍 환경공학부 최원용 교수 연구팀UST, 한림대학교, 스페인 물리화학연구소 등과 함께 이번 연구를 진행했다.

바닷속 미세조류는 대표적 온실가스인 이산화탄소를 흡수해 에너지를 만들고 지구온난화를 완화하는 데 도움을 준다. 그러나 남극과 일부 북극 바다에는 영양분이 충분함에도 미세조류의 생산력이 떨어진다고 알려졌다.

연구팀은 극지방의 얼음에서 미세조류의 성장을 돕는 철 이온이 방출되는 현상을 발견했다. 자연계의 철은 대부분 산소와 결합한 산화철 형태로 미세조류의 활동에 직접적인 도움을 주지 못하지만, 극지방의 얼음에서는 산화철을 철 이온으로 바꾸는 화학반응이 발생했다. 철 이온은 극지방 바다에서 미세조류의 생산 활동을 활성화시켜 더 많은 이산화탄소를 잡아둘 수 있다.

그들은 극지방의 동결농축효과에 주목했다. 동결농축효과는 물이 얼음으로 바뀌는 과정에서 특정 성분들이 유사액체층으로 모이면서 성분의 농도가 수천~수십만 배 이상 증가하는 현상이다. 일반적인 화학반응은 저온에서 느리게 발생하지만, 연구팀은 산화철 성분이 모여 있는 극지방의 고농도 영역에서 화학반응이 빠르게 일어나며 철 이온이 방출되는 현상을 확인했다.

이러한 화학반응 과정에서 요오드 가스도 함께 생산된다. 요오드 가스는 오존을 파괴하고 구름 생성을 촉진하는 미세입자를 형성, 지구온난화 연구에서 핵심적인 문제로 여겨진다.

철 이온과 요오드 가스 방출 현상은 국내 겨울철 야외, 남극 세종과학기지 등에서도 검증됐으며 빛이 없을 때의 화학반응 또한 확인됐다. 이에 고위도 지방의 극야 기간에도 동일 반응이 발생할 것으로 추정된다.

이번 연구결과는 연구 독창성을 인정받아 세계적 환경 학술지인 'Environmental Science & Technology (ACS)'에 7월자 표지논문으로 선정됐다.
 
철 이온과 요오드 기체의 얼음화학 반응 모식도. <사진=극지연구소 제공 >철 이온과 요오드 기체의 얼음화학 반응 모식도. <사진=극지연구소 제공>

얼음 속 화학반응이 지구온난화 속도 늦춘다

2019년 07월 03일 13:00
김기태 극지연구소 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다.동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사액체층에 산화철 입자의 농도가 크게 증가하는 현상을 저온유지 광학현미경으로 관측했다. 극지연 제공.
김기태 극지연구소 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다.동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사액체층에 산화철 입자의 농도가 크게 증가하는 현상을 저온유지 광학현미경으로 관측했다. 극지연 제공.

미세조류의 생산을 증가시키는 화학반응이 극지 바다의 얼음에서 발견됐다.  미세조류는 이산화탄소를 흡수해 지구온난화 완화에 기여하는 단세포 조류다. 

 

극지연구소는 김기태 선임연구원 연구팀이 극지방의 얼음에서 일어나는 화학반응에 의해 지구온난화 속도가 늦춰질 수 있다는 연구결과를 내놓았다고 3일 밝혔다. 최원용 포스텍 환경공학부 교수 연구팀과 과학기술연합대학원대(UST), 한림대, 스페인 물리화학연구소도 함께 연구에 참여했다.


남극과 일부 북극 바다는 생물이 자랄 영양분이 충분하다. 하지만 극지방의 바다에서 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 흡수해 지구온난화를 완화하는 역할을 하는 미세조류의 생산은 떨어지는 것으로 알려져 있다. 


미세조류의 생산을 활성화시키기 위해서는 철 이온이 필요한데, 자연계에 존재하는 철 성분은 대부분 산소와 결합된 산화철 형태를 가지고 있다. 산화철 형태는 미세조류 생산에 직접적인 도움을 주지 못한다. 

 

남극 봄철 로스해에서 나타나는 미세조류의 모습이다. NASA 제공
남극 봄철 로스해에서 나타나는 미세조류의 모습이다. NASA 제공

그런데 연구팀은 이번에 극지방의 얼음에서 미세조류의 성장을 돕는 철 이온이 방출되는 현상을 발견했다. 극지방의 얼음에서는 산화철을 철 이온으로 바꾸는 화학반응이 일어나고 있는 것이다. 김 연구원은 “액상에서는 철 이온으로 바뀌는 화학반응이 잘 일어나지 않는다”며 “얼음 상에서는 수십에서 수백배까지 철 이온으로 바뀌는 화학반응이 일어났다”고 설명했다. 또 “철 이온으로 바꾸는 화학반응이 증가함에 따라 미세조류 생산은 최대 수만배에서 수백배까지 늘어날 수 있다”고 덧붙였다.


연구팀은 이런 현상의 원인으로 동결농축효과를 꼽았다. 동결농축효과는 ‘화학반응은 저온에서 느리다’는 이론과 반대되는 개념으로, 물이 얼음으로 바뀌는 과정에 특정 성분들이 유사액체층으로 모이면서 해당 성분의 농도가 수천에서 수십만 배 이상 증가하는 현상을 뜻한다. 유사액체층은 얼음 결정 사이 경계면이나 표면에서 완전히 얼어붙지 않은 물이 액체와 유사한 성격을 띤 채 존재하는 공간을 의미한다. 김 연구원은 “얼음은 완전한 고체가 아니다”며 “얼음 결정 사이에 얼지 않은 부분이 존재하는데 여기서 철 이온으로 변하는 화학반응이 일어나는 것”이라고 설명했다.


또 연구팀은 “얼음결정 주위의 화학반응은 철 이온과 함께 요오드 가스를 생산하는데, 요오드 가스는 오존을 파괴하고 구름생성을 촉진하는 미세입자를 형성하기 때문에 지구온난화와 기후변화 연구에서 중요하다”고 말했다. 


겨울철 국내의 야외와 남극세종과학기지 등 실제 자연 현장에서도 철 이온과 요오드 가스의 방출 이 감지된 것으로 나타났다. 연구팀은 빛이 없을 때에도 얼음의 화학반응이 확인됨에 따라 고위도 지방의 극야 기간에 동일한 반응이 나타날 것으로 추정하고 있다. 


김 연구원은 “눈으로 볼 수 없는 작은 영역에서 시작된 온실가스 저감 효과가 더 넓은 지역, 지구 전체에도 영향을 줄 수 있는지 밝히기 위해 연구를 확대해 나가겠다”고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘환경과학&기술(ACS)’ 2일자로 발표됐다. 

 

동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사 액체층에 산화철 입자, 요오드 이온, 수소이온의 농도가 크게 증가하고 독특한 화학반응으로 생물이 이용가능한 철 이온과 요오드기체가 활발히 생성됐다. 극지연 제공
동결농축효과로 얼음 결정 사이 유사 액체층에 산화철 입자, 요오드 이온, 수소이온의 농도가 크게 증가하고 독특한 화학반응으로 생물이 이용가능한 철 이온과 요오드기체가 활발히 생성됐다. 극지연 제공


 

  • 고재원 기자 jawon1212@donga.com