미세먼지

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1. 개요

미세먼지는 대기 중에 떠다니는 입자상 물질로, 크기, 발생 과정, 구성 성분 등에 따라 분류된다. 입자 크기에 따라 PM10, PM2.5, PM0.1 등으로 구분되며, 인위적 발생원과 자연적 발생원으로 나뉜다. 미세먼지는 호흡기, 심혈관, 뇌 등 인체에 다양한 기관에 영향을 미쳐 호흡기 질환, 심혈관 질환, 임산부와 태아에게 위험을 초래하며, 조기 사망의 원인이 되기도 한다. 미세먼지는 기후 변화에도 영향을 미치며, 직접·간접 효과를 통해 지구의 기온을 변화시킨다. 미세먼지 예방을 위해서는 외출 자제, 마스크 착용, 공기청정기 사용 등이 권장되며, 각국 정부는 배출 규제 강화, 친환경차 보급 확대 등 다양한 정책을 추진해야 한다.

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미세먼지
입자상 물질
PM10 및 PM2.5 입자 크기 비교
정의	공기 중에 부유하는 미세한 고체 또는 액체 입자
다른 이름	미립자 물질 에어로졸 부유 입자 먼지
분류
크기 기준	: 공기 역학적 직경이 10 마이크로미터 이하인 입자 : 공기 역학적 직경이 2.5 마이크로미터 이하인 입자
발생 원인	자연적 발생: 화산 폭발, 먼지 폭풍, 산불 등 인위적 발생: 산업 활동, 자동차 배기가스, 난방 등
화학적 조성	황산염 질산염 유기 탄소 무기 탄소 금속 토양 입자
건강 영향
호흡기 질환	천식 기관지염 폐암
심혈관 질환	심근 경색 뇌졸중
기타 질환	당뇨병 신경퇴행성 질환
사망	조기 사망의 원인
측정 및 관리
측정 방법	입자 계수기 질량 농도 측정기 광학 측정기
관리 정책	배출 규제 대기 질 모니터링 개인 보호 장비 사용 권장
추가 정보
주요 배출원	산업 시설 자동차 및 기타 차량 발전소 농업 활동 가정 난방
대기 질 지수 (AQI)	대기 오염 수준을 나타내는 지표, 입자상 물질 농도 포함
관련 연구	환경 보건 독성학 역학

2. 분류

입자상 물질은 일반적으로 대기오염의 원인이 되는 미세입자 전반을 말한다.^[307] 크기, 생성 과정, 각국의 법령 등 여러 가지 분류가 있다.

위성 레이더 관측에 의한 세계의 에어로졸 광학적 두께. 입자상 물질의 분포에 가깝지만, µm보다 큰 입자나 작은 입자도 포함한다. Terra 위성, 2007-2011년.

; 입자 크기에 따른 분류

인간이 배출하는 에어로졸, 예를 들어 미세먼지와 같은 입자성 오염 물질은 자연적으로 발생하는 에어로졸 입자(예: 바람에 실려 온 먼지)보다 반지름이 작은 경향이 있다. 오른쪽 에어로졸 입자 분포 지도의 가짜 색깔 지도는 매달 자연 에어로졸, 인간의 오염 또는 두 가지가 섞인 곳을 보여준다.

입자상 물질(PM)의 크기는 건강 문제를 일으킬 가능성을 결정하는 주요 요소이다. 크기가 다른 입자는 호흡기계의 다른 부위에 침착되어 다양한 건강 영향을 미친다.^[153] 입자는 크기에 따라 다음과 같이 분류된다.^[154]

'''굵은 입자'''(PM₁₀)는 직경이 2.5~10마이크로미터이며, 흡입 가능하며 코, 목, 기관지 등 상기도에 침착될 수 있다.^[154] PM₁₀ 노출은 천식 악화, 기관지염, 부비동염과 같은 호흡기 질환^[155], 전신 염증으로 인한 심장마비 및 부정맥 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[156]과 관련이 있다.
'''미세 입자'''(PM₂.₅)는 직경이 2.5마이크로미터 미만이며, 폐 깊숙이 침투하여 세기관지와 폐포에 도달할 수 있다.^[153] 이는 부비동염(PM₂.₅ 입자는 비강과 부비동에 침착되어 염증과 만성 부비동염을 유발할 수 있음)^[157], 폐 깊숙이 침투하여 천식과 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD) 악화를 유발하는 호흡기 질환^[158], 그리고 전신 염증과 산화 스트레스로 인한 심혈관 질환^[156]과 관련이 있다.
'''초미세 입자'''(PM₀.₁)는 직경이 0.1마이크로미터(100나노미터) 미만이며, 혈류에 들어가 심장과 뇌를 포함한 다른 장기에 도달할 수 있다.^[159] 건강 영향으로는 신경계 영향(입자가 혈액-뇌 장벽을 통과하여 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에 기여할 가능성)^[160], 동맥경화증 촉진 및 심장마비 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[161]이 있다.

크기를 나타내는 마이크로미터 단위 값을 붙여 PM10, PM2.5 등이 정의되어 있다. 학술 문헌에서는 아래첨자로 PM₁₀, PM_2.5와 같이 쓴다. 숫자의 의미는 일반적으로 입자 지름(공기역학적 지름, 이하 동일) ○○µm 이하(WHO의 정의에서는 “○○µm 미만”^[305])의 미세 입자 등으로 설명되지만, 특정 입자 지름 이하의 미세 입자를 완전히 포집하는 것은 어렵다는 측정 기술의 한계 때문에, 엄밀하게는 질량 중앙 지름(MMD)^[308] 또는 입자 수 중앙 지름(CMD)^[309]이 ○○µm 이하의 미세 입자를 의미한다. 예를 들어 PM10은 입자 지름 10µm에서 50%의 포집 효율(여과 효율)을 갖는 필터를 통해 채취된, 입자 지름이 다른 미세 입자들의 집합이며, 시료 공기 중 10µm의 미세 입자의 절반이 포함되어 있다. 또한 PM10은 PM2.5를 포함하고 있다(함유율은 예를 들어 북미에서는 40-90%이다^[310]). 환경 기준치로 사용되는 농도(단위: 마이크로그램 매 입방미터 µg/m³)는 이렇게 채취된 입자 지름이 다른 미세 입자들의 집합을 계량한 값이다.

환경 기준이 설정되기 시작한 초기에는 검댕^[311]이나 총 부유 입자상 물질(TSP^[312]) 등의 기준치가 채택되었다. 예를 들어, 미국에서 1971년에 설정된 최초의 환경 기준에서는 TSP의 기준치만 설정되었다^[313]. 그러나 TSP에는 거의 사람이 흡입하지 않는 수십 µm의 큰 미세 입자가 포함되어 있었기 때문에, 사람이 흡입하는 더 작은 미세 입자로 초점을 옮겨 PM10과 PM2.5가 새로운 기준으로 채택되고 있다^[314]^[315]. 이 점에서 일본은 1972년에 설정된 최초의 환경 기준이 SPM(≒PM6.5 - 7.0)이었고, 초기부터 작은 미세 입자를 채택했지만, PM2.5에 관해서는 환경 기준 설정이 늦어 세계적으로 채택되기 시작한 1997년부터 12년이 지난 2009년에야 비로소 설정되었다.^[397]

; PM10

입자의 크기가 10μm 미만인 먼지를 말한다. 국가에서 환경기준으로 연평균 50μg/m³ , 24시간 평균 100μg/m³를 기준으로 하고 있다. 인체의 폐포까지 침투하여 각종 호흡기 질환의 직접적인 원인이 되며, 인체의 면역 기능을 악화시킨다. 세계보건기구(WHO) 가이드라인으로는 연평균 20μg/m³, 24시간 평균 50μg/m³으로 설정되어있으며, 개발도상국의 경우 연평균 70μg/m³ 정도라고 한다.

크기가 다른 입자는 호흡기계의 다른 부위에 침착되어 다양한 건강 영향을 미친다.^[153] PM₁₀는 직경이 2.5~10마이크로미터이며, 흡입 가능하며 코, 목, 기관지 등 상기도에 침착될 수 있다.^[154] PM₁₀ 노출은 천식 악화, 기관지염, 부비동염과 같은 호흡기 질환^[155], 전신 염증으로 인한 심장마비 및 부정맥 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[156]과 관련이 있다.

대기 중에 떠다니는 미립자 중에서, 입자 지름이 대략 10µm 이하인 것이다. 입자 지름 10µm에서 50%의 포집 효율을 갖는 분립 장치를 통과하는 미립자. 1987년 미국에서 처음으로 환경 기준이 설정된 이후, 세계 여러 지역에서 채택되어 대기 오염 지표로 널리 사용되고 있다.^[316]^[337]^[317]

; PM2.5

입자의 크기가 2.5µm 미만인 먼지를 말하며, 초미세먼지라고도 한다. 입자의 크기가 작을수록 건강에 미치는 영향이 크다는 결과에 따라 선진국에서 90년대 후반부터 미세입자에 대한 기준을 도입하기 시작했다.^[375]

대기 중에 떠다니는 미립자 중에서 입자 지름이 대략 2.5µm 이하인 것을 말한다. 입자 지름 2.5µm에서 50%의 포집 효율을 가진 분립 장치를 통과하는 미립자를 의미한다. 일본에서는 "미소입자상물질(微小粒子状物質)"이라는 용어를 사용하지만, 일본 이외에는 해당하는 복합어가 없어 주로 PM2.5라고 부른다. PM2.5는 PM10보다 미세한 오염 물질이므로 호흡기계 등 건강에 대한 악영향이 크다고 여겨진다.^[307]^[337]^[318] 또한, 입자 크기가 작기 때문에 오랫동안 대기 중에 떠 있을 수 있어 발생원으로부터 멀리 떨어진 곳에서도 오염의 영향을 받는다는 특징도 있다.^[319]

물체의 연소 등에 의해 직접 배출되는 것과 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOC) 등의 기체상 대기오염물질이 주로 환경 대기 중에서의 화학 반응에 의해 입자화된 것이 있다. 발생원으로는 보일러, 소각로 등 매연을 발생하는 시설, 코크스로, 광물의 적치장 등 분진을 발생하는 시설, 자동차, 선박, 항공기 등 인위적인 것, 그리고 토양, 해양, 화산 등 자연적인 것도 포함된다.^[320]

PM2.5는 입자가 매우 미세하기 때문에 인체 내 폐포 속으로 들어가 염증 반응이나 혈액에 혼입될 우려가 있다. 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 대기오염이 인체에 미치는 영향에 대해 각지에서 실시한 조사 보고서를 발표하고 있다. 단기 노출에 의한 급성 영향, 장기 노출에 의한 만성 영향이 각각 사망 및 호흡기 질환, 순환기 질환의 위험과 어떻게 관련되는지 통계를 내고 있다.^[321]

'''미세 입자'''(PM₂.₅)는 직경이 2.5마이크로미터 미만이며, 폐 깊숙이 침투하여 세기관지와 폐포에 도달할 수 있다.^[153] 이는 부비동염(PM₂.₅ 입자는 비강과 부비동에 침착되어 염증과 만성 부비동염을 유발할 수 있음)^[157], 폐 깊숙이 침투하여 천식과 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD) 악화를 유발하는 호흡기 질환^[158], 그리고 전신 염증과 산화 스트레스로 인한 심혈관 질환^[156]과 관련이 있다.

대한민국은 연평균 15μg/m³, 24시간 평균 35μg/m³의 기준을 발표하였으며, 미국은 연평균 15μg/m³, 24시간 평균 35μg/m³의 기준을 설정하였다. 세계보건기구(WHO) 가이드라인으로는 연평균 10μg/m³, 24시간 평균 25μg/m³으로 설정되어있다.

; 초미세먼지 (PM0.1)

울트라파인 파티클/Ultrafine particle^영어이며, 일본에서는 "초미세입자"라고 불린다. PM0.1 등으로 표기한다. PM2.5보다 훨씬 작은, 입자 지름이 대략 0.1µm 이하(나노미터 크기)의 미립자를 가리킨다.^[322]^[323]^[326] PM0.1은 혈류에 들어가 심장과 뇌를 포함한 다른 장기에 도달할 수 있다.^[159] PM0.1은 입자가 혈액-뇌 장벽을 통과하여 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에 영향을 줄 수 있으며^[160], 동맥경화증 촉진 및 심장마비 위험 증가와 같은 심혈관계 영향도 있다.^[161] PM2.5에 비해 건강에 미치는 영향이 더 크다고 알려져 있지만, 아직 연구가 진행 중이다.^[322]^[323]^[326]

; 발생 원인에 따른 분류

1972년 미국 제철소에서 24시간 내내 검은 매연이 뿜어져 나오고 있다. 매연에는 많은 1차 입자가 포함되어 있으며, 2차 입자의 원료가 되는 기체도 포함되어 있다.

; 1차 생성 입자

매연 - 연소에 의해 발생한다. 석탄이나 석유의 연소에 의해 발생하는 플라이애시 등이 해당된다.

먼지 - 물체의 파쇄 등에 의해 발생한다.

토양 입자 - 황사·사막화에 의해 대량으로 발생한다. 주로 규소(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 철(Fe) 등의 산화광물로 구성된다. 동아시아에서 황사가 대규모로 발생한다.

해염입자 - 해면에서 발생하며, 주로 탄산칼슘(CaCO₃)이나 염화나트륨(NaCl)으로 구성된다.

타이어 마모 분진 - 고무 타이어의 마모에 의해 발생한다.

식물성 입자 - 식물에서 발생하며, 꽃가루 등이 이에 해당한다.

동물성 입자 - 동물에서 발생하며, 곰팡이의 포자 등이 있다.^[334]^[333]

스파이크 타이어 분진 - 스파이크(스튁)에 의한 도로면의 마모에 의해 발생한다.

우주먼지, 성간물질이 우주에서 강하해 오는 경우가 있다.

; 2차 생성 입자

기체 상태로 대기 중에 방출된 물질이 대기 중에서 미립자로 생성되는 것을 이차 생성 입자라고 한다. 미세 입자가 많으며, 일반적으로 체류 시간은 수일에서 수주이며, 수백에서 수천 km를 이동한다. 수용성, 흡습성, 풍화성이 높은 것이 많다.

성분으로는 황산염(SO₄²⁻), 질산염(NO₃⁻), 암모늄염(NH₄⁺), 수소 이온의 화합물(수소 화합물), 유기 화합물(다환 방향족 탄화수소(PAH) 등), 그리고 납(Pb), 카드뮴(Cd), 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 철(Fe) 등의 금속, 물을 포함한 것(흡습 입자) 등으로 구성된다.

화학 반응, 핵 생성, 응축, 응고, 구름이나 안개를 구성하는 물방울에 대한 용해나 증발에 의한 석출, 미립자 상호 간의 응집 등의 생성 과정을 거친다. 고온 환경 하에서 응집하는 것, 상온 하에서 스스로 응집하는 것, 물방울에 용해되어 응집하는 것 등 다양하다.

발생 원인은 석탄이나 석유, 목재의 연소, 원료의 열(고온) 처리, 제철 등 금속의 제련 등이다. 이소프렌이나 터펜 등 식물 유래의 휘발성 유기 화합물(BVOC)도 있다.^[334]^[333]

디젤 엔진의 배기가스 기원인 디젤 배기 미립자(DEP)는 건강에 대한 위해가 크다는 보고가 있으며, 사회적으로 문제시되고 있다.^[307] 광물 유래의 것 중에는, 위해가 크고 엄격한 법 규제가 걸려있는 석면 등이 있다.

; 기타 분류

1972년 미국, 매연으로 더러워진 자동차 차체. 입자 크기가 큰 것은 대기 중 체류 시간이 짧아 비교적 빨리 낙하하여 퇴적된다.

디젤 자동차 배기가스에 포함된 미립자(DEP^[324] 또는 DPM^[325])는 PM2.5의 대부분을 차지한다는 연구도 있다^[326]). DPF의 채용으로 디젤 자동차 배기가스 중의 입자상 물질은 크게 감소했다. 최근에는 직분사 가솔린 엔진에서 발생하는 입자상 물질도 우려되고 있으며^[327], 2017년에는 직분사 가솔린차 및 디젤차에서 배출되는 PM2.5의 배출 실태를 조사하여 배기가스에 의한 대기 환경 영향에 대한 평가가 이루어졌다^[328]).

흡입성 입자, 흡입성 분진(RSP)^[329]은 폐의 깊숙한 곳까지 도달하여 침착될 가능성이 있는 미세 입자를 말한다. 건강에 미치는 영향이라는 관점에서 정의된 것이다. 주로 5µm 이하의 미세 입자가 해당되지만, 무게나 형태, 그리고 호흡 속도(개인차 있음)에 따라 더 큰 입자도 폐에 도달할 수 있다.

입자상 물질의 크기에 따른 성질 차이를 생각할 때는 2µm를 기준으로, 그보다 큰 것을 “조대입자”, 작은 것을 “미소입자”라고 한다. 비교적 큰 중력을 받는 조대입자는 낙하가 상대적으로 빠르지만, 미소입자는 중력의 영향이 작고 확산도 느리므로, 구름 응결핵이 되어 구름 입자에 포함되거나 강수에 포함되지 않으면, 비교적 장기간의 오염이나 고농도 오염을 일으키기 쉽다. 다만, 0.1 - 0.01µm 수준이 되면, 신속하게 응집하여 입자 지름이 큰 미립자로 변화하는 경향이 있으며, 수명은 오히려 짧아진다.^[333] 마이크로미터보다 큰 입자는 거의 부유하지 않고 낙하하며, 이 크기의 입자는 “낙하물” 등으로 부르는 경우가 많다.

2. 1. 입자 크기에 따른 분류

인간이 배출하는 에어로졸, 예를 들어 미세먼지와 같은 입자성 오염 물질은 자연적으로 발생하는 에어로졸 입자(예: 바람에 실려 온 먼지)보다 반지름이 작은 경향이 있다. 오른쪽 에어로졸 입자 분포 지도의 가짜 색깔 지도는 매달 자연 에어로졸, 인간의 오염 또는 두 가지가 섞인 곳을 보여준다.

입자상 물질(PM)의 크기는 건강 문제를 일으킬 가능성을 결정하는 주요 요소이다. 크기가 다른 입자는 호흡기계의 다른 부위에 침착되어 다양한 건강 영향을 미친다.^[153] 입자는 크기에 따라 다음과 같이 분류된다.^[154]

'''굵은 입자'''(PM₁₀)는 직경이 2.5~10마이크로미터이며, 흡입 가능하며 코, 목, 기관지 등 상기도에 침착될 수 있다.^[154] PM₁₀ 노출은 천식 악화, 기관지염, 부비동염과 같은 호흡기 질환^[155], 전신 염증으로 인한 심장마비 및 부정맥 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[156]과 관련이 있다.
'''미세 입자'''(PM₂.₅)는 직경이 2.5마이크로미터 미만이며, 폐 깊숙이 침투하여 세기관지와 폐포에 도달할 수 있다.^[153] 이는 부비동염(PM₂.₅ 입자는 비강과 부비동에 침착되어 염증과 만성 부비동염을 유발할 수 있음)^[157], 폐 깊숙이 침투하여 천식과 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD) 악화를 유발하는 호흡기 질환^[158], 그리고 전신 염증과 산화 스트레스로 인한 심혈관 질환^[156]과 관련이 있다.
'''초미세 입자'''(PM₀.₁ )는 직경이 0.1마이크로미터(100나노미터) 미만이며, 혈류에 들어가 심장과 뇌를 포함한 다른 장기에 도달할 수 있다.^[159] 건강 영향으로는 신경계 영향(입자가 혈액-뇌 장벽을 통과하여 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에 기여할 가능성)^[160], 동맥경화증 촉진 및 심장마비 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[161]이 있다.

크기를 나타내는 마이크로미터 단위 값을 붙여 PM10, PM2.5 등이 정의되어 있다. 학술 문헌에서는 아래첨자로 PM₁₀, PM_2.5와 같이 쓴다. 숫자의 의미는 일반적으로 입자 지름(공기역학적 지름, 이하 동일) ○○µm 이하(WHO의 정의에서는 “○○µm 미만”^[305])의 미세 입자 등으로 설명되지만, 특정 입자 지름 이하의 미세 입자를 완전히 포집하는 것은 어렵다는 측정 기술의 한계 때문에, 엄밀하게는 질량 중앙 지름(MMD)^[308] 또는 입자 수 중앙 지름(CMD)^[309]이 ○○µm 이하의 미세 입자를 의미한다. 예를 들어 PM10은 입자 지름 10µm에서 50%의 포집 효율(여과 효율)을 갖는 필터를 통해 채취된, 입자 지름이 다른 미세 입자들의 집합이며, 시료 공기 중 10µm의 미세 입자의 절반이 포함되어 있다. 또한 PM10은 PM2.5를 포함하고 있다(함유율은 예를 들어 북미에서는 40-90%이다^[310]). 환경 기준치로 사용되는 농도(단위: 마이크로그램 매 입방미터 µg/m³)는 이렇게 채취된 입자 지름이 다른 미세 입자들의 집합을 계량한 값이다.

환경 기준이 설정되기 시작한 초기에는 검댕^[311]이나 총 부유 입자상 물질(TSP^[312]) 등의 기준치가 채택되었다. 예를 들어, 미국에서 1971년에 설정된 최초의 환경 기준에서는 TSP의 기준치만 설정되었다^[313]. 그러나 TSP에는 거의 사람이 흡입하지 않는 수십 µm의 큰 미세 입자가 포함되어 있었기 때문에, 사람이 흡입하는 더 작은 미세 입자로 초점을 옮겨 PM10과 PM2.5가 새로운 기준으로 채택되고 있다^[314]^[315]. 이 점에서 일본은 1972년에 설정된 최초의 환경 기준이 SPM(≒PM6.5 - 7.0)이었고, 초기부터 작은 미세 입자를 채택했지만, PM2.5에 관해서는 환경 기준 설정이 늦어 세계적으로 채택되기 시작한 1997년부터 12년이 지난 2009년에야 비로소 설정되었다.^[397]

2. 1. 1. PM10

입자의 크기가 10μm 미만인 먼지를 말한다. 국가에서 환경기준으로 연평균 50μg/m³ , 24시간 평균 100μg/m³를 기준으로 하고 있다. 인체의 폐포까지 침투하여 각종 호흡기 질환의 직접적인 원인이 되며, 인체의 면역 기능을 악화시킨다. 세계보건기구(WHO) 가이드라인으로는 연평균 20μg/m³, 24시간 평균 50μg/m³으로 설정되어있으며, 개발도상국의 경우 연평균 70μg/m³ 정도라고 한다.

크기가 다른 입자는 호흡기계의 다른 부위에 침착되어 다양한 건강 영향을 미친다.^[153] PM₁₀는 직경이 2.5~10마이크로미터이며, 흡입 가능하며 코, 목, 기관지 등 상기도에 침착될 수 있다.^[154] PM₁₀ 노출은 천식 악화, 기관지염, 부비동염과 같은 호흡기 질환^[155], 전신 염증으로 인한 심장마비 및 부정맥 위험 증가와 같은 심혈관계 영향^[156]과 관련이 있다.

대기 중에 떠다니는 미립자 중에서, 입자 지름이 대략 10µm 이하인 것이다. 입자 지름 10µm에서 50%의 포집 효율을 갖는 분립 장치를 통과하는 미립자. 1987년 미국에서 처음으로 환경 기준이 설정된 이후, 세계 여러 지역에서 채택되어 대기 오염 지표로 널리 사용되고 있다.^[316]^[337]^[317]

2. 1. 2. PM2.5

입자의 크기가 2.5µm 미만인 먼지를 말하며, 초미세먼지라고도 한다. 입자의 크기가 작을수록 건강에 미치는 영향이 크다는 결과에 따라 선진국에서 90년대 후반부터 미세입자에 대한 기준을 도입하기 시작했다.^[375]

대기 중에 떠다니는 미립자 중에서 입자 지름이 대략 2.5µm 이하인 것을 말한다. 입자 지름 2.5µm에서 50%의 포집 효율을 가진 분립 장치를 통과하는 미립자를 의미한다. 일본에서는 "미소입자상물질(微小粒子状物質)"이라는 용어를 사용하지만, 일본 이외에는 해당하는 복합어가 없어 주로 PM2.5라고 부른다. PM2.5는 PM10보다 미세한 오염 물질이므로 호흡기계 등 건강에 대한 악영향이 크다고 여겨진다.^[307]^[337]^[318] 또한, 입자 크기가 작기 때문에 오랫동안 대기 중에 떠 있을 수 있어 발생원으로부터 멀리 떨어진 곳에서도 오염의 영향을 받는다는 특징도 있다.^[319]

물체의 연소 등에 의해 직접 배출되는 것과 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOC) 등의 기체상 대기오염물질이 주로 환경 대기 중에서의 화학 반응에 의해 입자화된 것이 있다. 발생원으로는 보일러, 소각로 등 매연을 발생하는 시설, 코크스로, 광물의 적치장 등 분진을 발생하는 시설, 자동차, 선박, 항공기 등 인위적인 것, 그리고 토양, 해양, 화산 등 자연적인 것도 포함된다.^[320]

PM2.5는 입자가 매우 미세하기 때문에 인체 내 폐포 속으로 들어가 염증 반응이나 혈액에 혼입될 우려가 있다. 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 대기오염이 인체에 미치는 영향에 대해 각지에서 실시한 조사 보고서를 발표하고 있다. 단기 노출에 의한 급성 영향, 장기 노출에 의한 만성 영향이 각각 사망 및 호흡기 질환, 순환기 질환의 위험과 어떻게 관련되는지 통계를 내고 있다.^[321]

'''미세 입자'''(PM₂.₅)는 직경이 2.5마이크로미터 미만이며, 폐 깊숙이 침투하여 세기관지와 폐포에 도달할 수 있다.^[153] 이는 부비동염(PM₂.₅ 입자는 비강과 부비동에 침착되어 염증과 만성 부비동염을 유발할 수 있음)^[157], 폐 깊숙이 침투하여 천식과 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD) 악화를 유발하는 호흡기 질환^[158], 그리고 전신 염증과 산화 스트레스로 인한 심혈관 질환^[156]과 관련이 있다.

대한민국은 연평균 15μg/m³, 24시간 평균 35μg/m³의 기준을 발표하였으며, 미국은 연평균 15μg/m³, 24시간 평균 35μg/m³의 기준을 설정하였다. 세계보건기구(WHO) 가이드라인으로는 연평균 10μg/m³, 24시간 평균 25μg/m³으로 설정되어있다.

2. 1. 3. 초미세먼지 (PM0.1)

울트라파인 파티클/Ultrafine particle^영어이며, 일본에서는 "초미세입자"라고 불린다. PM0.1 등으로 표기한다. PM2.5보다 훨씬 작은, 입자 지름이 대략 0.1µm 이하(나노미터 크기)의 미립자를 가리킨다.^[322]^[323]^[326] PM0.1은 혈류에 들어가 심장과 뇌를 포함한 다른 장기에 도달할 수 있다.^[159] PM0.1은 입자가 혈액-뇌 장벽을 통과하여 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에 영향을 줄 수 있으며^[160], 동맥경화증 촉진 및 심장마비 위험 증가와 같은 심혈관계 영향도 있다.^[161] PM2.5에 비해 건강에 미치는 영향이 더 크다고 알려져 있지만, 아직 연구가 진행 중이다.^[322]^[323]^[326]

2. 2. 발생 원인에 따른 분류

;1차 생성 입자

매연 - 연소에 의해 발생한다. 석탄이나 석유의 연소에 의해 발생하는 플라이애시 등이 해당된다.

먼지 - 물체의 파쇄 등에 의해 발생한다.

토양 입자 - 황사·사막화에 의해 대량으로 발생한다. 주로 규소(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 철(Fe) 등의 산화광물로 구성된다. 동아시아에서 황사가 대규모로 발생한다.

해염입자 - 해면에서 발생하며, 주로 탄산칼슘(CaCO₃)이나 염화나트륨(NaCl)으로 구성된다.

타이어 마모 분진 - 고무 타이어의 마모에 의해 발생한다.

식물성 입자 - 식물에서 발생하며, 꽃가루 등이 이에 해당한다.

동물성 입자 - 동물에서 발생하며, 곰팡이의 포자 등이 있다.^[334]^[333]

스파이크 타이어 분진 - 스파이크(스튁)에 의한 도로면의 마모에 의해 발생한다.

우주먼지, 성간물질이 우주에서 강하해 오는 경우가 있다.

;2차 생성 입자

기체 상태로 대기 중에 방출된 물질이 대기 중에서 미립자로 생성되는 것을 이차 생성 입자라고 한다. 미세 입자가 많으며, 일반적으로 체류 시간은 수일에서 수주이며, 수백에서 수천 km를 이동한다. 수용성, 흡습성, 풍화성이 높은 것이 많다.

성분으로는 황산염(SO₄²⁻), 질산염(NO₃⁻), 암모늄염(NH₄⁺), 수소 이온의 화합물(수소 화합물), 유기 화합물(다환 방향족 탄화수소(PAH) 등), 그리고 납(Pb), 카드뮴(Cd), 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 철(Fe) 등의 금속, 물을 포함한 것(흡습 입자) 등으로 구성된다.

화학 반응, 핵 생성, 응축, 응고, 구름이나 안개를 구성하는 물방울에 대한 용해나 증발에 의한 석출, 미립자 상호 간의 응집 등의 생성 과정을 거친다. 고온 환경 하에서 응집하는 것, 상온 하에서 스스로 응집하는 것, 물방울에 용해되어 응집하는 것 등 다양하다.

발생 원인은 석탄이나 석유, 목재의 연소, 원료의 열(고온) 처리, 제철 등 금속의 제련 등이다. 이소프렌이나 터펜 등 식물 유래의 휘발성 유기 화합물(BVOC)도 있다.^[334]^[333]

디젤 엔진의 배기가스 기원인 디젤 배기 미립자(DEP)는 건강에 대한 위해가 크다는 보고가 있으며, 사회적으로 문제시되고 있다.^[307] 광물 유래의 것 중에는, 위해가 크고 엄격한 법 규제가 걸려있는 석면 등이 있다.

2. 2. 1. 1차 생성 입자

매연 - 연소에 의해 발생한다. 석탄이나 석유의 연소에 의해 발생하는 플라이애시 등이 해당된다.

먼지 - 물체의 파쇄 등에 의해 발생한다.

토양 입자 - 황사·사막화에 의해 대량으로 발생한다. 주로 규소(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 철(Fe) 등의 산화광물로 구성된다. 동아시아에서 황사가 대규모로 발생한다.

해염입자 - 해면에서 발생하며, 주로 탄산칼슘(CaCO₃)이나 염화나트륨(NaCl)으로 구성된다.

타이어 마모 분진 - 고무 타이어의 마모에 의해 발생한다.

식물성 입자 - 식물에서 발생하며, 꽃가루 등이 이에 해당한다.

동물성 입자 - 동물에서 발생하며, 곰팡이의 포자 등이 있다.^[334]^[333]

스파이크 타이어 분진 - 스파이크(스튁)에 의한 도로면의 마모에 의해 발생한다.

우주먼지, 성간물질이 우주에서 강하해 오는 경우가 있다.

2. 2. 2. 2차 생성 입자

기체 상태로 대기 중에 방출된 물질이 대기 중에서 미립자로 생성되는 것을 이차 생성 입자라고 한다. 미세 입자가 많으며, 일반적으로 체류 시간은 수일에서 수주이며, 수백에서 수천 km를 이동한다. 수용성, 흡습성, 풍화성이 높은 것이 많다.

성분으로는 황산염(SO₄²⁻), 질산염(NO₃⁻), 암모늄염(NH₄⁺), 수소 이온의 화합물(수소 화합물), 유기 화합물(다환 방향족 탄화수소(PAH) 등), 그리고 납(Pb), 카드뮴(Cd), 바나듐(V), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 철(Fe) 등의 금속, 물을 포함한 것(흡습 입자) 등으로 구성된다.

화학 반응, 핵 생성, 응축, 응고, 구름이나 안개를 구성하는 물방울에 대한 용해나 증발에 의한 석출, 미립자 상호 간의 응집 등의 생성 과정을 거친다. 고온 환경 하에서 응집하는 것, 상온 하에서 스스로 응집하는 것, 물방울에 용해되어 응집하는 것 등 다양하다.

발생 원인은 석탄이나 석유, 목재의 연소, 원료의 열(고온) 처리, 제철 등 금속의 제련 등이다. 이소프렌이나 터펜 등 식물 유래의 휘발성 유기 화합물(BVOC)도 있다.^[334]^[333]

디젤 엔진의 배기가스 기원인 디젤 배기 미립자(DEP)는 건강에 대한 위해가 크다는 보고가 있으며, 사회적으로 문제시되고 있다.^[307] 광물 유래의 것 중에는, 위해가 크고 엄격한 법 규제가 걸려있는 석면 등이 있다.

2. 3. 기타 분류

디젤 자동차 배기가스에 포함된 미립자(DEP^[324] 또는 DPM^[325])는 PM2.5의 대부분을 차지한다는 연구도 있다^[326]). DPF의 채용으로 디젤 자동차 배기가스 중의 입자상 물질은 크게 감소했다. 최근에는 직분사 가솔린 엔진에서 발생하는 입자상 물질도 우려되고 있으며^[327], 2017년에는 직분사 가솔린차 및 디젤차에서 배출되는 PM2.5의 배출 실태를 조사하여 배기가스에 의한 대기 환경 영향에 대한 평가가 이루어졌다^[328]).

흡입성 입자, 흡입성 분진(RSP)^[329]은 폐의 깊숙한 곳까지 도달하여 침착될 가능성이 있는 미세 입자를 말한다. 건강에 미치는 영향이라는 관점에서 정의된 것이다. 주로 5µm 이하의 미세 입자가 해당되지만, 무게나 형태, 그리고 호흡 속도(개인차 있음)에 따라 더 큰 입자도 폐에 도달할 수 있다.

입자상 물질의 크기에 따른 성질 차이를 생각할 때는 2µm를 기준으로, 그보다 큰 것을 “조대입자”, 작은 것을 “미소입자”라고 한다. 비교적 큰 중력을 받는 조대입자는 낙하가 상대적으로 빠르지만, 미소입자는 중력의 영향이 작고 확산도 느리므로, 구름 응결핵이 되어 구름 입자에 포함되거나 강수에 포함되지 않으면, 비교적 장기간의 오염이나 고농도 오염을 일으키기 쉽다. 다만, 0.1 - 0.01µm 수준이 되면, 신속하게 응집하여 입자 지름이 큰 미립자로 변화하는 경향이 있으며, 수명은 오히려 짧아진다.^[333] 마이크로미터보다 큰 입자는 거의 부유하지 않고 낙하하며, 이 크기의 입자는 “낙하물” 등으로 부르는 경우가 많다.

3. 발생 원인

미세먼지의 배출원인은 인위적인 발생과 자연적인 발생으로 구분된다. 인위적인 발생의 원인은 중국발 미세먼지, 공장에서 나오는 매연, 쓰레기소각, 항만지역, 가정에서 생선이나 그 외의 것을 구울 때 등이 있다. 자연발생 원인은 모래바람의 먼지, 화산재, 산불이 일 때 발생하는 먼지 등이다. 해염입자 또한 바다 가까이에 위치한 지역에는 많은 영향을 미친다.

인위적 발생원공장 매연, 자동차 배기가스, 건설 현장 먼지, 발전소, 소각장, 가정 내 난방 및 요리 등은 미세먼지의 인위적 발생원이다.^[348]^[352]

국립환경연구소 조사에 따르면, 1960~1970년대에는 공장이 PM2.5의 주된 발생원이었지만, 이러한 문제들이 개선되면서 현재는 국내 농업의 논·밭두렁 태우기가 PM2.5의 큰 배출원이 되고 있다.^[348]

디젤 엔진의 배기가스에는 많은 미세먼지가 포함되어 있다.^[352] 자동차 제조업체 폭스바겐은 기준 미만의 배기가스 처리를 하여 환경 기준치의 40배에 달하는 유해 물질을 배출했던 문제는 국제적으로 큰 비난을 받았다.

일반 건축 공사의 경우, 건설 먼지로 인한 건강 위험성을 수십 년 동안 인지해 온 일부 지역에서는 관련 건설업체가 효과적인 방진 대책을 채택하도록 법적으로 요구하고 있다.^[88]^[89] 의무적인 방진 대책에는 시멘트 또는 건조 분쇄 연료재를 완전히 밀폐된 시스템에서 처리, 모든 통풍구 또는 배기구에 효과적인 직물 필터 설치, 건물의 비계를 방진 스크린으로 둘러싸는 것 등이 포함된다.^[90]^[85]^[91]^[92]

영국에서 가정용 연소는 매년 PM₂.₅와 PM₁₀의 가장 큰 단일 원인이며, 2019년 PM₂.₅의 38%는 가정용 목재 연소 때문이다.^[54]^[55]^[56] 프랑스 알프스에서는 장작 난로, 벽난로로 인한 오염 때문에 겨울철에는 아이들이 밖에서 놀 수 없을 정도가 되어, 현재는 사용이 금지되어 있다.^[349]^[350] 인도 빈곤층에서는 난방 및 조리 열원으로 장작을 사용하는 경우가 많으며, 장작을 연료로 하는 아궁이가 널리 사용되고 있어 인근 주민들은 매우 고농도의 PM2.5에 노출된다.^[351]

선향은 밀폐된 실내에서 연소되기 때문에 실내 공기를 크게 오염시키는 것으로 알려져 있다. 규슈대학교 연구에서는 선향 사용 빈도와 천식 발병 수 사이에 유의미한 상관관계가 확인되었다.^[353]
대한민국대한민국의 대기오염은 심각한 수준이며, 특히 미세먼지(PM2.5) 농도가 높다. 2017년 기준으로 대한민국은 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 대기오염이 가장 심각한 국가였다.^[292] 2019년 3월 국제적인 조사기관이 발표한 자료에 따르면, 한국의 미세먼지(PM2.5) 오염도는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 두 번째로 높았다.^[431]

미세먼지의 주요 원인으로는 국내 배출과 국외 유입이 있다. 2016년 5월과 6월 서울 올림픽공원에서 측정된 미세먼지(PM₂.₅)의 52%가 국내 배출량이었다.^[293] 나머지는 중국 산둥성(22%), 북한(9%), 베이징(7%), 상하이(5%), 중국 랴오닝성, 일본, 서해(합계 5%) 등 국외 유입 오염물질이었다.^[293] 한국 국립환경과학원은 2019년 1월 11일부터 15일까지 서울 수도권의 미세먼지에 대해 69%~82%가 국외 영향이었다는 분석 결과를 발표했다.^[432]

2017년 12월, 한국과 중국의 환경부 장관은 2018년부터 2022년까지 5개년 계획인 '한중 환경협력 계획(2018-2022)'에 서명하여 대기, 수질, 토양, 폐기물 문제를 공동으로 해결하기로 했다. 협력 강화를 위한 환경협력센터도 2018년에 설립되었다.^[294] 그러나 2019년 2월, 중국은 한국과의 환경장관 회담에서 한국 언론이 미세먼지 증가의 원인을 중국에 돌리는 태도에 불만을 표명하며, 사실상 중국의 책임을 부인하는 발언을 했다.^[433]

2019년 1월에는 사흘 동안 대기오염 수준이 급상승했고, 한국기상청은 1월 25일, 비행기에서 요오드화은을 살포하여 인공적으로 비를 내려 대기 중 PM2.5를 씻어낼 수 있는지 확인하는 실험을 실시했다. 그러나 몇 분 동안 약한 이슬비가 관측되었을 뿐, "유의미한 강수량은 관측되지 않았다"는 결과로 끝났다.^[434]

더불어민주당은 미세먼지 문제 해결을 위해 산업 시설 배출 규제 강화, 친환경차 보급 확대, 노후 경유차 운행 제한 등의 정책을 추진하고 있다.
중국 및 기타 국가중국은 세계 최대 화석 연료 소비국 중 하나로, 산업 시설, 난방, 자동차 등에서 발생하는 미세먼지가 한국에 큰 영향을 미친다. 특히 겨울철에는 난방 수요 증가로 미세먼지 농도가 더욱 높아진다.^[424] 2013년 1월에는 베이징에서 측정된 미세먼지 농도가 세계보건기구(WHO) 기준치의 10배에 달하는 경우도 있었다.^[422] 중국의 미세먼지 농도는 1990년대부터 이미 심각한 수준이었으며, 2011년 주중 미국 대사관이 독자적인 미세먼지 관측값을 공개하면서 중국 내에서도 미세먼지의 심각성이 부각되기 시작했다.^[420]^[421]

일본의 경우 규슈, 이키섬, 쓰시마섬 등지에서 간헐적으로 미세먼지가 발생하기도 한다.

러시아는 대체로 미세먼지 발생량이 적지만, 지역에 따라 편차가 있다. 연해주 지역은 동풍의 영향으로 한반도에 비해 미세먼지 유입이 적다.
자연적 발생원황사, 산불, 화산 폭발, 해염 입자 등이 미세먼지의 자연적 발생원으로 알려져 있다. 특히 화산 폭발은 대기 에어로졸의 주요 자연적 발생원이며, 지구 기후 변화와 관련되어 인류에게 영향을 미치기도 한다. 1600년 우아이나푸티나 화산 폭발은 1601년부터 1603년까지 발생한 러시아 기근의 원인이 되었고,^[143]^[144]^[145] 1991년 피나투보 산 폭발은 전 세계적으로 약 0.5°C의 기온 저하를 수년간 야기하여 200만 명의 사망자를 발생시켰다.^[146]^[147] 2000년과 2010년 사이 성층권의 빛 산란 에어로졸의 영향을 추적하고 화산 활동과의 패턴을 비교한 연구는 밀접한 상관관계를 보여주지만, 인위적 입자의 영향은 현재 수준에서는 거의 없는 것으로 나타났다.^[148]^[149]

에어로졸은 지역적 규모의 날씨와 기후에도 영향을 미친다. 인도의 계절풍 실패는 인위적 에어로졸의 반직접 효과로 인한 인도양의 수분 증발 억제와 관련이 있다.^[150] 사헬 지역 가뭄과^[151] 1967년 이후 오스트레일리아의 노던 준주, 킴벌리, 필바라 및 널러보 평원 주변의 강수량이 크게 증가한 것은 남아시아와 동아시아 상공의 에어로졸 헤이즈가 양반구의 열대 강우를 남쪽으로 이동시키고 있다는 연구 결과와 관련이 있다.^[150]^[152] 중국과 중동 등 사막 근처 지역에서는 모래폭풍으로 인해 먼지가 날려 호흡기 질환의 원인이 되기도 한다.^[354]^[355]

3. 1. 인위적 발생원

공장 매연, 자동차 배기가스, 건설 현장 먼지, 발전소, 소각장, 가정 내 난방 및 요리 등은 미세먼지의 인위적 발생원이다.^[348]^[352]

국립환경연구소(国立環境研究所) 조사에 따르면, 1960~1970년대에는 공장(工場)이 PM2.5의 주된 발생원이었지만, 이러한 문제들이 개선되면서 현재는 국내 농업의 논·밭두렁 태우기(野焼き)가 PM2.5의 큰 배출원이 되고 있다.^[348]

디젤 엔진의 배기가스에는 많은 미세먼지가 포함되어 있다.^[352] 자동차 제조업체 폭스바겐은 기준 미만의 배기가스 처리를 하여 환경 기준치의 40배에 달하는 유해 물질을 배출했던 문제는 국제적으로 큰 비난을 받았다.

일반 건축 공사의 경우, 건설 먼지로 인한 건강 위험성을 수십 년 동안 인지해 온 일부 지역에서는 관련 건설업체가 효과적인 방진 대책을 채택하도록 법적으로 요구하고 있다.^[88]^[89] 의무적인 방진 대책에는 시멘트 또는 건조 분쇄 연료재를 완전히 밀폐된 시스템에서 처리, 모든 통풍구 또는 배기구에 효과적인 직물 필터 설치, 건물의 비계를 방진 스크린으로 둘러싸는 것 등이 포함된다.^[90]^[85]^[91]^[92]

영국에서 가정용 연소는 매년 PM₂.₅와 PM₁₀의 가장 큰 단일 원인이며, 2019년 PM₂.₅의 38%는 가정용 목재 연소 때문이다.^[54]^[55]^[56] 프랑스 알프스에서는 장작 난로, 벽난로로 인한 오염 때문에 겨울철에는 아이들이 밖에서 놀 수 없을 정도가 되어, 현재는 사용이 금지되어 있다.^[349]^[350] 인도 빈곤층에서는 난방 및 조리 열원으로 장작을 사용하는 경우가 많으며, 장작을 연료로 하는 아궁이가 널리 사용되고 있어 인근 주민들은 매우 고농도의 PM2.5에 노출된다.^[351]

선향은 밀폐된 실내에서 연소되기 때문에 실내 공기를 크게 오염시키는 것으로 알려져 있다. 규슈대학교 연구에서는 선향 사용 빈도와 천식 발병 수 사이에 유의미한 상관관계가 확인되었다.^[353]

3. 1. 1. 대한민국

대한민국의 대기오염은 심각한 수준이며, 특히 미세먼지(PM2.5) 농도가 높다. 2017년 기준으로 대한민국은 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 대기오염이 가장 심각한 국가였다.^[292] 2019년 3월 국제적인 조사기관이 발표한 자료에 따르면, 한국의 미세먼지(PM2.5) 오염도는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 두 번째로 높았다.^[431]

미세먼지의 주요 원인으로는 국내 배출과 국외 유입이 있다. 2016년 5월과 6월 서울 올림픽공원에서 측정된 미세먼지(PM₂.₅)의 52%가 국내 배출량이었다.^[293] 나머지는 중국 산둥성(22%), 북한(9%), 베이징(7%), 상하이(5%), 중국 랴오닝성, 일본, 서해(합계 5%) 등 국외 유입 오염물질이었다.^[293] 한국 국립환경과학원은 2019년 1월 11일부터 15일까지 서울 수도권의 미세먼지에 대해 69%~82%가 국외 영향이었다는 분석 결과를 발표했다.^[432]

2017년 12월, 한국과 중국의 환경부 장관은 2018년부터 2022년까지 5개년 계획인 '한중 환경협력 계획(2018-2022)'에 서명하여 대기, 수질, 토양, 폐기물 문제를 공동으로 해결하기로 했다. 협력 강화를 위한 환경협력센터도 2018년에 설립되었다.^[294] 그러나 2019년 2월, 중국은 한국과의 환경장관 회담에서 한국 언론이 미세먼지 증가의 원인을 중국에 돌리는 태도에 불만을 표명하며, 사실상 중국의 책임을 부인하는 발언을 했다.^[433]

2019년 1월에는 사흘 동안 대기오염 수준이 급상승했고, 한국기상청(KMA)은 1월 25일, 비행기에서 요오드화은(I)을 살포하여 인공적으로 비를 내려 대기 중 PM2.5를 씻어낼 수 있는지 확인하는 실험을 실시했다. 그러나 몇 분 동안 약한 이슬비가 관측되었을 뿐, "유의미한 강수량은 관측되지 않았다"는 결과로 끝났다.^[434]

더불어민주당은 미세먼지 문제 해결을 위해 산업 시설 배출 규제 강화, 친환경차 보급 확대, 노후 경유차 운행 제한 등의 정책을 추진하고 있다.

3. 1. 2. 중국 및 기타 국가

중국은 세계 최대 화석 연료 소비국 중 하나로, 산업 시설, 난방, 자동차 등에서 발생하는 미세먼지가 한국에 큰 영향을 미친다. 특히 겨울철에는 난방 수요 증가로 미세먼지 농도가 더욱 높아진다.^[424] 2013년 1월에는 베이징에서 측정된 미세먼지 농도가 세계보건기구(WHO) 기준치의 10배에 달하는 경우도 있었다.^[422] 중국의 미세먼지 농도는 1990년대부터 이미 심각한 수준이었으며, 2011년 주중 미국 대사관이 독자적인 미세먼지 관측값을 공개하면서 중국 내에서도 미세먼지의 심각성이 부각되기 시작했다.^[420]^[421]

일본의 경우 규슈, 이키섬, 쓰시마섬 등지에서 간헐적으로 미세먼지가 발생하기도 한다.

러시아는 대체로 미세먼지 발생량이 적지만, 지역에 따라 편차가 있다. 연해주 지역은 동풍의 영향으로 한반도에 비해 미세먼지 유입이 적다.

3. 2. 자연적 발생원

황사, 산불, 화산 폭발, 해염 입자 등이 미세먼지의 자연적 발생원으로 알려져 있다. 특히 화산 폭발은 대기 에어로졸의 주요 자연적 발생원이며, 지구 기후 변화와 관련되어 인류에게 영향을 미치기도 한다. 1600년 우아이나푸티나 화산 폭발은 1601년부터 1603년까지 발생한 러시아 기근의 원인이 되었고,^[143]^[144]^[145] 1991년 피나투보 산 폭발은 전 세계적으로 약 0.5°C의 기온 저하를 수년간 야기하여 200만 명의 사망자를 발생시켰다.^[146]^[147] 2000년과 2010년 사이 성층권의 빛 산란 에어로졸의 영향을 추적하고 화산 활동과의 패턴을 비교한 연구는 밀접한 상관관계를 보여주지만, 인위적 입자의 영향은 현재 수준에서는 거의 없는 것으로 나타났다.^[148]^[149]

에어로졸은 지역적 규모의 날씨와 기후에도 영향을 미친다. 인도의 계절풍 실패는 인위적 에어로졸의 반직접 효과로 인한 인도양의 수분 증발 억제와 관련이 있다.^[150] 사헬 지역 가뭄과^[151] 1967년 이후 오스트레일리아의 노던 준주, 킴벌리, 필바라 및 널러보 평원 주변의 강수량이 크게 증가한 것은 남아시아와 동아시아 상공의 에어로졸 헤이즈가 양반구의 열대 강우를 남쪽으로 이동시키고 있다는 연구 결과와 관련이 있다.^[150]^[152] 중국과 중동 등 사막 근처 지역에서는 모래폭풍으로 인해 먼지가 날려 호흡기 질환의 원인이 되기도 한다.^[354]^[355]

4. 구성 성분

미세먼지는 질산염, 황산염, 탄소류, 검댕, 광물 등으로 구성되어 있다.^[443]^[444] 집먼지의 경우 99%가 인분이다.

입자를 포함한 에어로졸의 구성과 독성은 그 기원과 대기 화학 작용에 따라 다양하다. 광물질 먼지는 주로 지각에서 날아온 광물 산화물과 다른 물질로 구성되며, 이 입자는 빛을 흡수한다.^[64]^[65] 해염^[66]은 해수에서 기원한 염화나트륨을 주성분으로 하며, 마그네슘, 황산염, 칼슘, 칼륨 등 바닷물의 구성을 반영하는 성분과 지방산, 설탕과 같은 유기 화합물을 포함한다.^[67]

이차 입자는 황과 질소산화물과 같은 일차 기체의 산화에서 황산(액체)과 질산(기체)으로 생성되거나 생물기원 배출에서 유래하며, 암모니아가 존재하면 황산암모늄과 질산암모늄 형태를 취한다. 암모니아가 없으면 황산(액체 에어로졸 방울)과 질산(대기 가스)과 같은 산성 형태가 된다. 이차 황산염과 질산염 에어로졸은 강력한 빛 산란체이다.^[68]

에어로졸에서 발견되는 유기물은 일차 또는 이차일 수 있으며, 후자는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 산화에서 유래한다. 유기물은 산란과 흡수 모두를 통해 대기 복사장에 영향을 미치며, 일부 에어로졸은 강한 빛 흡수 물질을 포함하고 있어 큰 양의 복사 강제력을 생성한다. 내연 기관의 연소 생성물에서 발생하는 일부 이차 유기 에어로졸(SOA)은 건강에 위험하다.^[69]

에어로졸의 화학적 구성은 태양 복사와 상호 작용하는 방식에 직접적인 영향을 미치며, 굴절률을 변경하여 빛의 산란 및 흡수 정도를 결정한다.

일반적으로 시각적 효과, 헤이즈를 유발하는 입자상 물질은 이산화황, 질소산화물, 일산화탄소, 광물질 먼지 및 유기물로 구성된다. 입자는 황의 존재로 인해 흡습성이 있으며, 높은 습도와 낮은 온도가 존재하면 SO가 황산염으로 전환되어 시정이 감소하고 적황색을 띤다.^[70]

일본에서는 2010년부터 PM2.5의 전국적인 평균 성분 분석을 실시하고 있다. 2011년도 전국 관측 지점 평균 데이터에 따르면, 전체 16µg/m³ 중 황산이온이 약 25%(4µg/m³)로 가장 많고, 유기탄소가 약 18%(3µg/m³), 암모늄이 약 12%(2µg/m³)를 차지하며, 그 외 원소탄소, 질산이온 등으로 구성되어 있다.^[341]

도쿄도가 2008년에 실시한 조사에서는 성분의 계절 변화와 경년 변화, 인위적 기원의 성분이 명확하게 밝혀졌다. 봄철 PM2.5 농도가 높은 날에는 황산이온 농도가 높고, 여름에는 광화학 반응으로 생성되는 황산이온 비율이 높고 질산이온 비율이 낮다. 가을에는 원소탄소와 유기탄소 비율이 높고, 가을과 겨울에는 염화이온과 질산이온 비율이 높다.^[343] 2000년도 측정값과 비교하면 농도 자체가 절반 정도로 감소했으며, 특히 원소탄소, 유기탄소, 염화이온의 감소폭이 컸다. 이는 2003년 디젤차 규제 조례에 의한 배기가스 규제와 쓰레기 소각로 개량, VOC 배출 규제 등의 효과로 분석된다.^[344]

도시 지역과 1,000km 떨어진 보소섬의 측정값을 비교하면, 보소섬에서는 원소탄소, 유기탄소, 질산이온 비율이 도시 지역에 비해 작아, 이러한 성분이 주로 인위적 기원임을 추정할 수 있다.^[344]

오사카부가 2013년에 실시한 조사에서는 봄과 여름 PM2.5 농도가 높은 날 중 대륙에서 기류가 유입될 때는 석탄 연소에 기인하는 납, 비소, 황산이온 농도가 상승했다. 도쿄와 마찬가지로 여름에 황산이온 비율이 높고 겨울에 질산이온 비율이 높았다.^[345]^[346] PM2.5 농도 변화에 대한 국경을 넘는 오염 기여도는 대륙으로부터 거리가 멀수록 낮아진다.^[346]

2013년도 환경성 조사(주택지)에 따르면,^[347] 황산이온 30%, 그을음과 검은 연기 17%, 암모늄이온 13%, 질산염 등 7%, 질산이온 7%, 마그네슘이온 등 2%, 염소이온 1%로 구성되어 있다.

5. 건강 영향

미세먼지는 호흡기, 심혈관, 뇌 등 인체 다양한 기관에 영향을 미쳐 다양한 질병을 유발하고, 심한 경우 조기 사망에 이르게 할 수 있다.

2009년 국립환경과학원과 인하대 연구팀의 연구 결과에 따르면, 서울에서 미세먼지(PM10) 농도가 m³당 10μg 증가할 때마다 65살 이상 노인 등 대기오염에 민감한 집단의 사망률은 0.4%씩 증가했다. 초미세먼지(PM2.5)의 영향은 더 커서 10μg/m³ 증가할 때마다 민감집단의 사망률은 1.1% 늘어나는 것으로 추정했다.^[449] 무연탄을 태울 때 나오는 신경계 독성물질인 납이나 비소, 아연 등 유해 중금속 농도가 높은 미세먼지를 흡입하면 기침, 목 통증, 피부 트러블, 두통, 어지러움, 호흡곤란 등이 발생할 수 있다.^[449]

황산이온이나 질산이온 등은 황사 속 먼지와 흡착되면서 산화물로 변해 호흡과 함께 폐로 들어가 염증을 일으킨다. 이는 기관지염, 천식, 만성폐쇄성폐질환(COPD)을 유발할 수 있다. 또한 백혈구를 자극해 혈관벽에 염증을 일으켜 동맥경화, 뇌경색, 심근경색 등을 유발할 수 있다.^[449]

입자의 구성은 발생원과 생성 방식에 따라 크게 달라질 수 있다. 예를 들어, 식물 연소로 인한 먼지는 건설 폐기물 연소 먼지와 다르다. 연료 연소 입자는 폐기물 연소 입자와 다르다. 재활용장^[168] 또는 스크랩 금속을 실은 선박^[169]^[170] 화재 미세먼지는 다른 유형의 연소보다 더 많은 유독 물질을 포함할 수 있다.

건물 개보수 활동 또한 서로 다른 종류의 먼지를 발생시킨다. 포틀랜드 시멘트 콘크리트 절단/혼합 PM은 GGBFS, 전기 아크로 슬래그^[171], 플라이애시 또는 EAF 먼지(EAFD)^[172] 콘크리트 절단/혼합 PM과 다르다. EAFD, 슬래그, 플라이애시는 더 유독성이 높을 가능성이 있으며, 중금속을 포함하고 있기 때문이다. 슬래그 시멘트^[173]^[174]^[175] 외에도, 다양한 슬래그, 플라이애시 등이 첨가된 가짜 시멘트는 생산 비용이 낮아 일부 지역에서 흔하다.^[176]^[177]^[178] 일부 지역에서는 건물에 EAF 슬래그 사용을 금지하기 시작했다.^[180] 용접 연기의 구성 또한 매우 다양하며, 용접되는 재료에 따라 다르며, 다양한 유독 배출물로 인해 납 중독, 금속 연기열, 암 등 많은 건강 문제가 발생할 수 있다.^[181]

중국 사람들의 혈중 납 수치는 주변 PM 농도와 표토 납 함량과 높은 상관관계가 있으며, 이는 공기와 토양이 납 노출의 중요한 원인임을 나타낸다.^[182]^[183]

노출량과 지속 시간도 질병 발병 및 심각도에 영향을 미친다. 실내로 유입되는 입자는 실내 공기 질에 직접 영향을 미친다. 간접흡연과 유사한 2차 오염 가능성도 우려된다.^[184]^[185]

건강 영향은 주로 미세먼지의 독성(또는 발생원^[186]), 노출량, 노출 시간, 그리고 PM의 크기, 모양 및 용해도에 따라 달라진다.

건설 및 개보수 프로젝트는 미세먼지의 주요 발생원이므로, 의료 시설에서는 가능한 한 피해야 한다. 불가피한 경우 PM 배출 관련 더 나은 계획과 완화 조치를 도입해야 한다. 전동 공구, 중장비, 디젤 연료 및 유독한 건축 자재(예: 콘크리트, 금속, 납땜, 페인트 등) 사용을 엄격하게 모니터링해야 한다.

대기오염으로 인한 사망자 수 보고(미세먼지 이외의 대기오염으로 인한 사망자 포함, WHO, 2004년)

미세먼지 흡입의 영향은 인간과 동물에서 광범위하게 연구되었으며, COVID-19,^[189]^[190]^[191]^[192]^[193] 천식, 폐암, 규폐증과 같은 호흡기 질환,^[194]^[195] 심혈관 질환, 조산, 선천적 기형, 저체중아, 발달 장애,^[196]^[197]^[198]^[199] 신경 퇴행성 질환,^[200]^[201] 정신 질환,^[202]^[203]^[204] 그리고 조기 사망을 포함한다. 직경 2.5마이크로미터 미만 외부 미세입자는 전 세계적으로 매년 420만 명의 사망 원인이 되며, 1억 3백만 건이 넘는 장애 조정 수명 손실년을 초래하여 사망의 다섯 번째 주요 위험 요인이 된다. 대기 오염은 또한 다양한 다른 심리사회적 문제와 관련이 있다.^[1] 미세입자는 기관에 직접 들어가거나 전신 염증을 통해 간접적으로 조직 손상을 일으킬 수 있다. 안전하다고 간주되는 대기질 기준보다 낮은 노출 수준에서도 부정적인 영향이 발생할 수 있다.^[205]^[206]

인위적인 미세입자 대기오염으로 인한 대기 중 미세입자 수치 증가는 "폐암^[207] 및 기타 심폐 질환 관련 사망^[208]을 포함한 가장 심각한 영향과 일관되고 독립적으로 관련이 있다".^[208] 미세먼지 오염은 미국에서 연간 22,000~52,000명의 사망을 유발하는 것으로 추산되며(2000년 기준)^[211] 2005년 유럽에서 약 370,000명의 조기 사망에 기여했다.^[212] 세계보건기구(WHO)의 세계 질병 부담 연구(Global Burden of Disease Study)^[213]에 따르면 2010년에는 전 세계적으로 322만 명의 사망 원인이 되었다. 유럽환경청의 연구에 따르면 2019년 27개 EU 회원국에서 미세먼지 오염으로 인해 30만 7천 명이 조기에 사망했다.^[214]

2022년 ''GeoHealth''에 발표된 한 연구는 미국에서 에너지 관련 화석 연료 배출을 제거하면 매년 46,900~59,400명의 조기 사망을 예방하고 미세먼지(PM₂.₅) 관련 질병과 사망으로 인한 피해를 5,370억~6,780억 달러 줄일 수 있다고 결론지었다.^[217]

세계보건기구(WHO)는 2005년에 "...미세입자 대기오염(PM2.5)이 전 세계적으로 심혈관 질환 사망의 약 3%, 기관지 및 폐암 사망의 약 5%, 그리고 5세 미만 어린이의 급성 호흡기 감염 사망의 약 1%를 유발한다"고 추정했다.^[238] 2011년 연구에 따르면 자동차 배기가 일반인에게 심장마비를 유발하는 가장 심각한 예방 가능한 원인이며, 모든 심장마비의 7.4%를 차지한다.^[239]

2008년 태국 방콕에서 실시된 미세먼지 연구는 입방미터당 10마이크로그램 증가할 때마다 심혈관 질환 사망 위험이 1.9% 증가하고 모든 질병의 사망 위험이 1.0% 증가한다는 것을 나타냈다. 농도는 1996년 평균 65, 2002년 68, 2004년 52였다. 농도 감소는 디젤에서 천연가스 연소로의 전환과 규제 개선에 기인할 수 있다.^[240]

산불이 빈번한 지역에서는 미세먼지 노출 위험이 증가한다. 산불 연기는 노인, 어린이, 임산부, 폐 및 심혈관 질환 환자와 같은 민감한 그룹에 영향을 미칠 수 있다.^[246] 2008년 캘리포니아 산불 시즌의 경우, 미세먼지가 대기 중 미세먼지보다 인체 폐에 훨씬 더 유독한 것으로 나타났다.^[247] 또한, 산불에서 발생하는 미세먼지는 허혈성 심장 질환과 같은 급성 관상동맥 질환의 유발 요인과 관련이 있는 것으로 나타났다.^[248] 산불은 미세먼지 노출로 인한 응급실 방문 증가와 천식 관련 사건 위험 증가와도 관련이 있다.^[249]^[250] 산불에서 발생하는 PM₂.₅와 심폐 질환으로 인한 입원 위험 증가 사이의 연관성이 발견되었다.^[251] 또한, 산불 연기는 정신적 수행 능력을 저하시킨다는 증거도 있다.^[252]

인간이 호흡을 통해 미세입자를 흡입하면 호흡 과정에서 코, 목, 기관, 폐 등 호흡기에 침착되어 건강에 영향을 미친다.^[322] 입자 크기가 작을수록 폐의 깊숙한 곳까지 도달(침착)할 가능성이 높지만, 침착 부위는 입자 크기에 따라 복잡하게 변화한다. 5µm 이하가 되면 폐포까지 도달하기 시작한다.^[331] 1µm의 입자라도 폐포까지 도달하는 것은 흡입량의 1~2%에 불과하며, 나머지는 호흡에 의해 다시 배출된다.^[356]^[331] 20nm(0.02µm) 부근이 폐포 침착이 가장 많으며, 약 50%에 달한다. 이보다 작아지면 오히려 폐포보다 상기도 침착이 더 많아진다.^[323]

코로 숨 쉬는 것보다 입으로 숨 쉬는 것이 호흡기의 더 깊은 곳에 침착되는 경향이 있다. 코, 기도, 폐포 등의 형태는 개인마다 다르므로 개인차가 있다. 운동 등으로 환기량이나 호흡수가 증가하면 주로 1~3µm의 입자를 중심으로 침착량이 증가한다.^[357]

미국 환경보호청(EPA)은 1996년 보고서에서 침착률이 나이와 무관하다는 결과도 있고, 어린이가 성인보다 약간 높았다는 결과도 있다고 밝혔다. 폐 표면적당 침착량은 어린이가 더 많다.^[358] 비강 침착률은 어린이가 더 낮다는 보고도 있다.^[359] (환경부, 2008) 보고서는 어린이는 호흡수와 체중당 환기량이 크기 때문에 폐 표면적당 침착량이 큰 경향이 있으며, "흡입 입자에 대한 위험이 클 가능성이 있다"고 밝혔다.^[360]

침착된 입자는 기침, 콧물, 기도 섬모 운동, 폐포 대식세포(폐포의 대식세포)에 의한 탐식·수송 등의 클리어런스 기능에 의해 점차 제거된다. 흡습성 입자는 용해되는 반면, 비흡습성(불용성) 입자는 용해되지 않고 입자 상태로 이동한다. 1.2µm 입자의 약 8%, 3.9µm 입자의 약 40%가 6일 이내에 제거되고, 장기적으로는 약 600일 동안 반감기 속도로 폐에서 제거된다. 불용성이 높은 입자는 장기간 폐에 남아 있는 경우가 있으며, 이러한 입자의 약 1/3이 체내에서 제거되지 않는다고 보고되었다. 불용성이 높은 입자는 주로 블랙카본 미립자이다.^[363]

PM0.1과 같은 초미세입자 수준이 되면 폐 이외의 영향도 우려되는 혈액으로의 이동이 있다는 보고도 있지만, 부정하는 보고도 있어 연구 단계이다.^[323]^[364]

입자상 물질과 동시에 오존이나 이산화황 등 생체에 자극성이 있는 대기오염물질이 있는 상태, 즉 공존 노출에 의한 영향도 보고되고 있다. 오존이나 이산화황의 급성 노출에 의해 기관지가 수축되지만, 입자상 물질과 이들의 공존 노출에 의해 하기도로의 입자 침착이 촉진될 가능성이 지적됐다.^[366]

만성 기관지염과 폐기종을 포함한 만성 폐쇄성 폐질환 환자의 경우, 건강한 사람보다 침착량과 침착 속도가 모두 크게 증가하며, 특히 기도의 병변에 따라 증가 폭이 더 커진다.^[367]^[368] 환경부는 2008년 "COPD에서는 기도 폐쇄로 인해 전 폐, 특히 기관지에서의 침착이 증가한다"고 밝혔다. 또한 입자상 물질에 대한 노출은 사람의 기도와 폐에 염증 반응을 유발할 뿐만 아니라, 입자상 물질이 기도에서 항원 반응성을 높이는 아쥬반트로 작용하여 천식이나 알레르기성 비염을 악화시키거나 호흡기 감염에 대한 감수성을 증가시키는 작용이 확인되었고, 사람의 경우 적어도 디젤 매연 입자(DEP)는 천식이나 알레르기성 비염을 악화시킬 가능성이 있다고 결론짓고 있다. 또한 순환기에 대한 영향을 보여주는 보고도 있으며, 실험 동물에서는 부정맥 등의 심 기능 변화를 보여주는 보고가 있는데, 그 원인으로는 혈관계의 형태 변화를 촉진하는 작용, 응고·용해계에 작용하여 혈전 형성을 유도하는 작용이 고려되고 있다고 밝히고 있다. 자율신경에 대해서도, 실험 동물과 사람 간에 차이가 있지만 영향을 미칠 수 있다는 것을 시사한다고 결론짓고 있다.^[369]

고령자나 소아의 경우 성인보다 영향이 크다는 보고는 존재하지만 소수이다. 기왕 질환을 가진 사람의 경우 영향이 있다는 것이 널리 인정되고 있으며, 검토가 진행 중이지만 감염에 취약한 숙주, 알레르기성 천식, 폐고혈압, 허혈성 심질환 환자는 입자상 물질에 대한 감수성이 높아진다는 보고가 있다.^[370]

돌연변이원성 및 발암성에 관하여 (환경성, 2008년)는 도시 대기 중의 미세입자에 대해서는 미생물, 배양 세포, 동물 실험으로부터 돌연변이원성을 갖는다는 것은 지지되지만, 발암성에 대해서는 동물 실험에서 장기간 노출에 대한 보고가 적다는 점에서 현재 단계에서는 "실험적 근거가 부족하다"고 하고 있다. 다만, 특히 디젤 배기 미립자(DEP)에 관해서는 랫드에 대한 고농도 노출에 한정하여 폐 종양에 대한 기여가 인정되고, DEP 그 자체나 함유 물질인 다환방향족탄화수소(PAH)의 유전자 손상 기전이 판명되어 있으므로 사람에 대한 발암성은 "시사되고 있다"고 하고 있다. 또한, 도시 대기 중의 미세입자에는 DEP가 포함되는 것으로부터 도시 대기 중의 미세입자에 대해서도 발암성에 "관여하는 것이 시사된다"고 하고 있지만, 농도와 조성이 장소에 따라 크게 다르다는 점에서 발암 영향의 판정은 어렵다고 결론짓고 있다^[371]。

역학적으로는, 호흡기 질환 발생률 및 사망률 증가, 폐 기능 저하, 심각한 증상으로는 폐 모세혈관 자극 및 호흡곤란, 폐기종 등이 알려져 있다. 또한 일반적으로 3µm 이하의 미세먼지는 건강에 영향을 미친다는 보고가 있다.^[322] 쥐를 이용한 실험에서는 디젤 배기 입자가 면역 기능에 영향을 미치고 알레르기를 악화시킨다는 보고가 있다. 황사의 경우에도 알레르기를 악화시킨다는 실험 보고가 있으며, 중국, 대만, 한국에서는 황사 유입 시 호흡기 질환, 심혈관 질환, 알레르기가 증가했다는 논문 보고가 여러 건 있다.^[372]

가장 오래된 역학 연구로는 미국에서의 이산화황과 입자상 물질의 건강 영향에 관한 연구(1974년) 등이 있다. 1980년에는 "일반적인 대기 환경 농도 범위의 입자상 물질이나 이산화황이 건강한 사람에게 사망을 유발할 만한 증거는 없다"고 결론짓는 논문이 발표되어 논쟁이 된 적이 있지만, 이미 이 시기에는 오염 농도가 감소하고 있어 급격한 건강 영향이 나타나지 않았다(장기적인 노출에 의한 영향으로 주제가 이동했다)는 해석이 있다. 1980년대 후반부터 연구 보고가 증가하여, 팝(Pope)^[373]과 슈바르츠(Schwartz)^[374] 등을 중심으로 도시 지역에서 일상적으로 관측되는 농도에서 사망률과의 관련성을 긍정하는 보고, 장기적인 노출에 관한 보고가 여러 건 발표되었다.^[375]

도켈리^[376]의 1993년 보고와 포프의 1995년 보고를 종합한 신타의 2009년 보고에 따르면, “하버드 6개 도시 연구”라 불리는 코호트 연구 결과, PM2.5 농도와 전체 사망률 및 심혈관 질환·폐 질환으로 인한 사망의 상대 위험도 사이에 유의미한 상관관계가 확인되었다. 또한, 포프 등의 1995년, 2002년 보고와 크루스키^[377] 등의 2000년 보고를 종합한 신타의 2009년 보고에 따르면, 미국암학회 연구를 이용하여 미국 50개 도시 30만 명을 대상으로 1989년까지 7년간(추적 조사는 1998년까지) 실시된 분석 조사에서 PM2.5 농도와 전체 사망률 및 심혈관 질환·폐 질환·폐암으로 인한 사망 사이에 유의미한 상관관계가 확인되었다. 미국에서는 이러한 연구 결과가 밝혀짐에 따라 PM2.5 환경 기준이 설정되었다. 일본에서도 SPM 농도와 폐암으로 인한 사망과의 관련성을 시사하는 연구 보고가 있다^[375]^[326].

2005년 WHO 메타분석 보고에 따르면, PM10이 10µg/m³ 증가했을 때 하루 사망률은 호흡기 질환으로 인한 것이 1.3%(95% CI 값 0.5-2.0%), 심혈관 질환으로 인한 것이 0.9%(동 0.5-1.3%), 모든 원인으로 인한 것이 0.6%(동 0.4-1.8%)씩 각각 증가한다. 또한 미국암학회 조사를 이용한 포프 등의 연구("ACS CPS II", 1979–1983)에 따르면, 마찬가지로 PM10이 10µg/m³ 증가했을 때 장기적인 사망률은 심폐 질환이 6%(95%CI 값 2-10%), 모든 원인이 4%(동 1-8%)씩 각각 증가한다^[378].

입자 크기에 따른 건강 영향의 차이에 관하여, 2008년 환경성 보고서에서는 PM2.5에 대한 조사가 적어 통계적으로 유의미한 빈도가 낮았지만, PM10과 PM2.5 모두 사망률(모든 원인)과 양의 상관관계가 있다고 밝혔다. 또한 그 영향의 추정치(증가 농도당 사망률 과잉 위험도)를 PM10의 경우 농도 50µg/m³당 약 1~8%(다수 도시 조사에서는 50µg/m³당 약 1.0~3.5%), PM2.5의 경우 농도 25µg/m³당 약 2~6%(다수 도시 조사에서는 25µg/m³당 약 1.0~3.5%), SPM의 경우 농도 25µg/m³당 약 0.5~2%(호흡기계 사망으로 한정하면 25µg/m³당 약 1~3%)로 정리하고 있다^[379].

10 - 2.5µm의 큰 입자의 건강 영향에 대해서는, PM10이 PM2.5를 포함하기 때문에 PM10이 아닌 "PM10-2.5"에 대한 조사가 이루어지고 있다. "PM10-2.5"도 PM10이나 PM2.5와 유사한 결과를 보이는 예가 보고되고 있지만, 충분한 조사가 갖춰져 있지 않기 때문에, "PM10-2.5"의 큰 입자가 단독으로 건강 영향을 미치는지, 미친다면 어느 정도인지 결론을 내리지 못하고 있다^[379].

어느 정도의 농도 범위라면 안전한가 하는 역치에 대해서는 지식이 부족하다고 여겨지며, 미국 환경보호청의 2004년과 2005년 보고에서는 여러 연구에서 관측되는 대기 중 입자상 물질 농도 범위에서는 농도와 사망률 사이에 명확한 역치가 있다는 증거는 제시되지 않는다고 밝혔다^[379].

정량적 추계 보고의 주요 사례로는, 1990년에 대기정화법에 의한 규제가 없었던 경우와 비교하여 연간 18만 4천 명이 목숨을 건졌다는 추계(미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency), 1997년), PM10의 단기 노출로 인해 8,100명이 사망했다는 추계^[380], 디젤 배기가스로 인한 발암으로 연간 5,000명 이상이 피해를 입는다는 추계^[381] 등이 있다.^[326]

5. 1. 호흡기 질환

미세먼지는 기도와 폐에 침착하여 염증을 유발하고, 천식, 기관지염, 만성폐쇄성폐질환(COPD) 등 호흡기 질환을 악화시킨다.^[449] 황산이온이나 질산이온 등은 황사 속 먼지와 흡착되면서 산화물로 변해 호흡과 함께 폐로 들어가 염증을 일으킨다.^[449] 이러한 호흡기 질환에는 기관지염, 천식, 만성폐쇄성폐질환(COPD)이 대표적이다.^[449]

한국환경정책평가연구원의 연구에 따르면 미세먼지를 10~30% 감축하면 수도권의 관련 질환 사망자 수를 줄일 수 있다고 한다.^[449] 또한 미세먼지는 COVID-19,^[189]^[190]^[191]^[192]^[193] 천식, 폐암, 규폐증과 같은 호흡기 질환,^[194]^[195]을 유발 할 수 있다.

만성 폐쇄성 폐질환 환자의 경우, 건강한 사람보다 미세먼지의 침착량과 침착 속도가 모두 크게 증가하며, 특히 기도의 병변에 따라 증가 폭이 더 커진다.^[367]^[368] 또한, 미세먼지는 기도에서 항원 반응성을 높이는 아쥬반트로 작용하여 천식이나 알레르기성 비염을 악화시키거나 호흡기 감염에 대한 감수성을 증가시킨다.^[369]

5. 2. 심혈관 질환

미세먼지는 혈관 내 염증과 혈전 형성을 촉진하여 동맥경화, 심근경색, 뇌졸중 등 심혈관 질환 발생 위험을 높인다.^[369] PM는 동맥에 플라크 침착을 증가시켜 혈관 염증과 죽상동맥경화증을 유발하며, 이는 심장마비 및 기타 심혈관 질환으로 이어질 수 있다.^[227] 2014년 메타 분석에 따르면 장기간 미세먼지 노출은 관상동맥 질환과 관련이 있으며, 연간 PM 2.5 노출량이 5 μg/m 증가할 경우 심장마비 위험이 13% 증가하는 것으로 나타났다.^[228]

황산이온이나 질산이온 등은 황사 속 먼지와 흡착되면서 산화물로 변해 호흡과 함께 폐로 들어가 염증을 일으키는데, 백혈구를 자극해 혈관벽에도 염증을 일으켜 동맥경화, 뇌경색, 심근경색 등을 유발할 수 있다.^[449] 또한, 입자상 물질에 대한 노출은 응고·용해계에 작용하여 혈전 형성을 유도하는 작용이 고려되고 있다고 2008년 환경부에서 밝혔다.^[369]

5. 3. 임산부와 태아

하은희 교수팀의 연구 결과 미세먼지 농도가 10μg/m³ 올라가면 저체중아 출산 위험이 높아지고, 임신 4~9개월 사이의 사산 위험도 커지는 것으로 조사됐다.^[445] 2009년 양산부산대병원 연구 결과, 미세먼지(PM10) 농도는 저체중아 출산 및 사산, 기형아 발생과 밀접한 관계가 있는 것으로 조사됐다.^[446] 미세먼지 노출은 불임률 증가와 상관관계가 있으며,^[218] 임신 중 모체의 PM₂.₅ 노출은 어린이의 고혈압과 관련이 있다.^[219]

PM₂.₅-PM₁₀ 흡입은 저체중아 출산과 같은 임신 결과 악화 위험 증가와 관련이 있다.^[220] PM₂.₅ 노출은 PM₁₀ 노출보다 출생 체중 감소와 더 큰 연관성이 있다.^[221] 미세먼지 노출은 염증, 산화 스트레스, 내분비 교란 및 태반으로의 산소 운반 장애를 유발할 수 있으며,^[222] 이 모든 것이 저체중아 출산 위험을 높이는 메커니즘이다.^[223] 전반적인 역학적 및 독성학적 증거는 PM₂.₅에 대한 장기간 노출과 발달 결과(즉, 저체중아 출산) 사이에 인과관계가 있음을 시사한다.^[221]

국경없는의사회(MSF)의 1998년 조사 결과 투르크메니스탄의 아랄해 인접지역은 먼지 퇴적률과 살충제의 오염이 심한 것으로 나왔다. 2000~2001년 카라칼파크 지역 조사에서는 건강에 위협적인 미세먼지가 전체 먼지 가운데 14~53%에 이르렀으며, 이 지역 어린이들의 폐 기능이 유럽 어린이에 비해 현저히 낮은 것으로 나타났다.^[447] 미국의 한 대학병원이 아동 천7백 명을 조사한 연구를 보면, 미세먼지 농도가 짙은 지역에서 태어난 아이들은 폐 기능 장애를 겪을 가능성이 커지는 것으로 조사됐다.^[448]

5. 4. 기타 질환

미세먼지는 아토피 등 피부염의 원인이 될 수 있으며, 야외활동 자제가 권고된다.^[450] 노년 여성의 경우 미세먼지 주성분이 인슐린 저항성을 높여 대사증후군, 심장병, 당뇨병 등을 유발할 수 있다는 연구 결과가 있다.^[451]

미세먼지는 COVID-19,^[189]^[190]^[191]^[192]^[193] 천식, 폐암, 규폐증과 같은 호흡기 질환,^[194]^[195] 심혈관 질환, 조산, 선천적 기형, 저체중아, 발달 장애,^[196]^[197]^[198]^[199] 신경 퇴행성 질환,^[200]^[201] 정신 질환,^[202]^[203]^[204] 조기 사망 등 다양한 질병과 관련이 있다.^[1] 특히 직경 2.5마이크로미터 미만인 외부 미세입자는 전 세계적으로 매년 420만 명의 사망 원인이 된다.^[1]

대기오염과 미세먼지는 인지 능력,^[232] 발달 장애(예: 자폐증),^[196]^[197]^[198]^[199] 신경퇴행성 질환,^[200]^[201] 정신 질환,^[1] 자살^[1] 위험을 증가시킬 수 있다. 미세먼지는 알츠하이머병의 병인과 조기 뇌 노화에도 영향을 미치는 것으로 보인다. PM₂.₅ 노출과 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 유병률 사이에 상관관계가 있다는 증거가 증가하고 있으며, 여러 역학 연구는 PM₂.₅ 노출과 인지 기능 저하 사이의 연관성을 제시한다.

NIEHS(국립환경보건과학연구소) 연구자들은 미국 전역에서 파킨슨병 사례와 미세먼지(PM₂.₅) 사이의 강력한 연관성을 확인했다.^[236] PM₂.₅ 노출과 인지 기능 저하 사이의 정확한 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았지만, 미세 입자가 후각 신경을 통해 뇌로 들어가 염증과 산화 스트레스를 일으켜 뇌 세포를 손상시킨다는 연구 결과가 있다.^[237]

6. 기후 변화 영향

에어로졸은 지구 시스템에 유지되는 유입되는 태양 복사와 방출되는 지구 장파 복사의 양을 변화시켜 지구의 기후에 영향을 미친다.^[99] 이는 직접, 간접^[100]^[101] 및 반직접 에어로졸 효과로 나뉘는 여러 가지 독립적인 메커니즘을 통해 발생한다. 에어로졸 기후 효과는 미래 기후 예측의 가장 큰 불확실성의 원인이다.^[104] 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 2001년에 온실가스에 의한 복사 강제력은 상당히 높은 정확도로 결정될 수 있지만, 에어로졸 복사 강제력과 관련된 불확실성은 여전히 크며, 현재로서는 검증하기 어려운 전 지구적 모델링 연구의 추정치에 크게 의존하고 있다고 밝혔다.^[102]

전 세계 월 평균 에어로졸 양, NASA 테라 위성의 중간 해상도 영상 분광계(MODIS) 관측 자료.

직접 에어로졸 효과는 흡수 또는 산란과 같이 대기 에어로졸과 복사의 직접적인 상호 작용으로 구성된다. 이는 단파 및 장파 복사 모두에 영향을 미쳐 순 음의 복사 강제력을 생성한다.^[103] 에어로졸의 직접 효과로 인한 복사 강제력의 크기는 기저 표면의 알베도에 따라 달라진다. 예를 들어, 매우 높은 산란 에어로졸이 알베도가 낮은 표면 위에 있으면 알베도가 높은 표면 위에 있을 때보다 복사 강제력이 더 크다. 흡수 에어로졸의 경우에는 그 반대가 사실이며, 알베도가 높은 표면 위에 있는 고도로 흡수하는 에어로졸에서 가장 큰 복사 강제력이 발생한다.^[100] 에어로졸과 복사의 상호 작용은 단일 산란 알베도(SSA)로 정량화되는데, 이는 입자에 의한 복사의 산란과 흡수(소멸)의 비율이다.

간접 에어로졸 효과는 대기 에어로졸에 의한 구름 변화로 인한 지구 복사 수지의 변화를 의미하며, 여러 가지 구별되는 효과로 구성된다. 구름 응결핵(CCN)이라고 알려진 기존의 에어로졸 입자 위에 구름 방울이 형성된다. 미세먼지 오염에서와 같이 인간이 배출한 에어로졸 주변에 응결되는 방울은 자연 발생 에어로졸 입자 주변에 형성되는 방울보다 더 작고 수가 많다.^[53] 특정 기상 조건에서 CCN 증가는 구름 방울 수의 증가로 이어진다. 이는 단파 복사의 산란 증가, 즉 구름 반사율 증가(구름 반사율 효과, 제1 간접 효과 또는 투미 효과)로 이어진다.^[101] 에어로졸 유입으로 인한 구름 방울 수 증가는 같은 양의 물이 더 많은 방울로 나뉘기 때문에 구름 방울 크기를 감소시키는 효과를 갖는다. 이는 강수를 억제하고 구름 수명을 연장시키는 효과를 가지며, 이를 구름 수명 에어로졸 효과, 제2 간접 효과 또는 알브레히트 효과라고 한다.^[104]

반직접 효과는 직접 산란 및 흡수(직접 효과로 분류됨)를 제외하고, 그을음과 같은 대기 에어로졸의 흡수에 의해 발생하는 모든 복사 효과를 말한다. 예를 들어, 대기 상층에 흡수성 에어로졸이 존재하는 경우 주변 공기를 가열하여 수증기 응결을 억제하여 구름 형성을 감소시킬 수 있다.^[110] 또한, 지표면에 비해 대기층을 가열하면 대류가 억제되어 대기가 더 안정된다.^[111]

자연 환경과 인간 이외에 미치는 영향으로는, 함유 물질에 따라 다르지만 금속의 부식, 도장면의 열화, 조각 등 예술 작품이나 인공 구조물의 열화 등의 물리적 피해, 강우에 섞여 산성비 발생에 기여하는 간접적 영향이 있다. 또한, 연무의 원인 물질로서 시정을 악화시키는 작용^[333], 응결핵으로 작용하여 구름을 생성하는 작용, 눈의 표면에 퇴적되어 태양광을 흡수하는 작용, 대기 중의 에어로졸 입자로 작용하여 태양광을 흡수하는 작용(핵겨울 효과, 지구 냉각화)에 의한 기후에 대한 영향도 고려되고 있다^[322].

7. 예방 및 대책

미세먼지 농도가 높은 날에는 외출을 자제하고, 실내에서는 창문이나 문을 닫고 틈새를 막아 외부로부터의 미세먼지 유입을 차단하고, 공기청정기를 사용하는 것이 좋다.^[383] 외출 시에는 KF80, KF94, KF99 등급의 보건용 마스크를 착용해야 한다.^[383] KF80은 평균 0.6μm 크기의 미세입자를 80% 이상, KF94와 KF99는 0.4μm 크기의 미세입자를 각각 94%, 99% 이상 걸러낼 수 있다.^[383] 마스크는 얼굴 크기에 맞는 것을 선택하고, 공기가 새지 않도록 올바르게 착용해야 한다.^[409]

각국 정부는 미세먼지 문제 해결을 위해 산업 시설 배출 규제 강화, 친환경차 보급 확대, 노후 경유차 운행 제한, 국제 협력 강화 등 다양한 정책을 추진해야 한다. 대부분의 정부는 특정 유형의 오염원(자동차, 산업 배출 등)에서 허용되는 배출량과 입자상 물질의 환경 농도에 대한 규정을 마련했다.^[258]

대한민국에서는 2019년 1월 25일에 인공강우를 통해 대기 중 오염 물질을 씻어내는 실험을 진행했으나, 요오드화은을 살포하여 강우를 발생시키려던 시도는 실패로 끝났다.^[385]

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