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오존홀

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목차

1. 개요

오존홀은 오존층의 오존 농도가 감소하여 자외선 투과율이 높아지는 현상을 의미한다. 1974년 셔우드 롤런드와 마리오 몰리나가 프레온 가스가 오존층을 파괴한다는 가설을 제기했고, 이후 1980년대 남극 오존홀이 발견되면서 국제사회의 관심이 높아졌다. 이에 따라 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 규제하는 몬트리올 의정서가 체결되었고, 전 세계적인 노력으로 오존량 감소는 2010년에 중단된 후 회복되고 있다. 오존홀은 인체 건강과 생태계에 악영향을 미치며, 몬트리올 의정서와 같은 국제 협약 및 노력을 통해 오존층 회복을 위한 노력이 지속되고 있다.

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  • 오존 - 오존층
    오존층은 성층권에 위치하며 태양의 유해한 자외선을 흡수하여 생명체를 보호하고, 프레온 등의 화학 물질로 파괴되었으나 국제적 노력으로 회복될 것으로 예상된다.
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오존홀
개요
오존층 파괴에 대한 NASA의 포스터
오존층 파괴에 대한 NASA의 포스터
정의성층권의 오존 농도가 비정상적으로 낮아지는 현상
원인 물질염화플루오린화탄소(CFCs)
할론
사염화탄소
메틸 클로로폼
브롬화 메틸
수소염화불화탄소(HCFCs)
상세 내용
자외선 증가오존층 파괴로 인해 지표면에 도달하는 자외선 양 증가
영향피부암 발생률 증가
백내장 발생률 증가
면역 체계 약화
농작물 생산량 감소
해양 생태계 파괴
오존 파괴 메커니즘
CFCs의 분해CFCs가 자외선에 의해 분해되어 염소 원자 방출
염소 원자의 촉매 작용염소 원자가 오존 분자를 산소 분자로 변환시키는 촉매 작용
연쇄 반응하나의 염소 원자가 수천 개의 오존 분자를 파괴하는 연쇄 반응
오존 홀
발생 지역주로 남극 상공
발생 시기남극의 봄 (9월 ~ 11월)
원인극지방의 낮은 온도와 특이한 기상 조건
국제 협력
몬트리올 의정서오존층 파괴 물질의 생산 및 소비 규제 국제 협약 (1987년)
효과CFCs 사용 감소 및 오존층 회복 추세
향후 전망2060년경 오존층이 1980년대 수준으로 회복될 것으로 예상
추가 정보
오존 측정 단위돕슨 단위(DU)
참고 자료CMAJ - 환경과 건강: 3. 오존층 파괴와 자외선
Scientific American - 염화불화탄소(CFC)는 공기보다 무거운데, 어떻게 과학자들은 이러한 화학물질이 오존층 고도에 도달하여 부정적인 영향을 미친다고 생각하는가?
케임브리지 대학 - 오존 홀의 과학
미국 암 협회 - 자외선(UV) 방사선
미국 국무부 - 오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의정서
Nature - 몬트리올 의정서로 인한 남반구 순환 추세의 일시 중단
NASA - 남극 오존 홀 회복
The Hill - 오존 홀, 1982년 이후 최저 크기로 축소: NASA
월스트리트 저널 - 남극 상공의 오존 홀, 기록상 가장 작은 크기로 축소
The Week - 2023년 1월 14일자 The Week
NOAA 화학 과학 연구소 - 2022년 오존층 파괴 과학적 평가
The Ozone Hole - 오존 홀 – 오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의정서
UN - 오존층 보존의 날 배경 – 9월 16일

2. 역사

1966년 영국의 남극탐사대가 남극 대기권의 오존층에서 구멍을 발견하였고, 독일 막스플랑크연구소에서 위성 관측을 통해 오존홀이 계속해서 커지고 있음을 확인하였다.[198] 1974년 셔우드 롤런드는 냉장고 등의 냉매로 사용되는 프레온 가스가 오존층을 파괴한다는 가설을 제기했고, 이후 연구를 통해 사실로 규명되었다.[198] 국제사회는 오존층 보호를 위해 1985년 빈 협약을 체결하고, 1987년 몬트리올 의정서를 통해 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 규제했다.[199]

이러한 노력으로 오존량 감소는 2010년에 중단되었고, 이후 회복되고 있는 것이 확인되었다. 오존층 평가에 참여한 300명의 과학자들은 오존층 복원이 예상보다 빨리 진척되어 2045년에서 2060년 사이에 1980년 수준으로 회복될 것으로 예측했다.[201][202]

2. 1. 오존층 파괴 메커니즘 발견

1974년 셔우드 롤런드는 냉장고 등의 냉매로 사용되는 프레온 가스가 오존층을 파괴한다는 가설을 제기했고, 이후 연구를 통해 이 가설이 사실로 규명되었다.[198] 어바인 캘리포니아 대학교의 화학 교수였던 롤런드와 그의 박사후 연구원 마리오 J. 몰리나는 장수하는 유기 할로겐 화합물(CFCs)이 프레드릭 크루첸이 아산화질소에 대해 제안한 것과 유사하게 작용할 수 있다고 제안했다. 제임스 러브록은 1971년 남대서양 항해 중, 1930년 발명 이후 제조된 거의 모든 CFC 화합물이 여전히 대기 중에 존재한다는 것을 발견했다. 몰리나와 롤런드는 CFCs가 성층권에 도달하여 자외선에 의해 분해되어 염소 원자를 방출할 것이라고 결론 내렸다.[125]

롤런드-몰리나 가설은 에어로졸 및 할로카본 산업 대표자들에 의해 강하게 반박되었으나, 3년 이내에 롤런드와 몰리나가 제시한 대부분의 기본적인 가정은 실험 측정과 성층권에서의 직접적인 관찰에 의해 확인되었다. 기원 가스(CFCs 및 관련 화합물)와 염소 저장소 종(HCl 및 ClONO2)의 농도가 성층권 전체에서 측정되었으며, CFCs가 실제로 성층권 염소의 주요 원천이며 배출된 거의 모든 CFCs가 결국 성층권에 도달할 것임을 입증했다. 제임스 G. 앤더슨과 협력자들이 성층권에서 일산화염소(ClO)를 측정한 결과는 Cl 라디칼이 성층권에 존재할 뿐만 아니라 실제로 오존 파괴에 관여하고 있음을 보여주었다.[125]

1995년 프레온 가스의 오존층 파괴 규명 연구에 참여한 셔우드 롤런드, 마리오 몰리나, 파울 크루첸이 노벨 화학상을 수상하였다.[198]

2. 2. 남극 오존홀 발견과 국제적 대응

1985년 영국의 남극 탐사대가 남극 대기권에서 오존홀을 처음 발견하였고, 독일 막스플랑크연구소의 위성 관측을 통해 오존홀이 계속 커지고 있음이 확인되었다.[198] 이후 1987년 오존층 파괴 물질 규제를 위한 국제 협약인 몬트리올 의정서가 채택되었다.[198][199]

오존 구멍에서 매년 TOMS가 측정한 오존의 최저값


파만, 가디너, 섕클린에 의한 남극 "오존 구멍"의 발견은 과학계에 큰 충격을 주었다.[128] 위성 측정(TOMS는 님버스 7호에 탑재)은 남극 주변의 오존 대량 고갈을 보여주었다.[129] 그러나, 이 자료들은 처음에는 데이터 품질 관리 알고리즘에 의해 부적절한 것으로 거부되었다. (값들이 예상외로 낮았기 때문에 오류로 걸러졌다.) 오존 구멍은 현장 관측에서 오존 고갈의 증거가 있은 후에 원시 데이터를 재처리했을 때 위성 데이터에서만 감지되었다.[90] 소프트웨어가 플래그 없이 다시 실행되었을 때, 오존 구멍은 1976년까지 거슬러 올라가는 것으로 나타났다.[130]

수잔 솔로몬 국립 해양 대기청(NOAA)의 대기 화학자는 차가운 남극 성층권의 극성층 구름(PSC)에서 일어나는 화학 반응이 활성 상태의 오존 파괴 형태에서 다량의 염소 양을 국지적이고 계절적으로 증가시키는 원인이라고 제안했다. 남극의 극성층 구름은 −80 °C와 같은 매우 낮은 온도와 이른 봄 조건에서만 형성된다. 이러한 조건에서 구름의 얼음 결정은 비활성 염소 화합물을 쉽게 오존을 고갈시킬 수 있는 반응성 염소 화합물로 전환하는 데 적합한 표면을 제공한다.

남극 상공에 형성된 극 소용돌이는 매우 강력하며, 구름 결정의 표면에서 일어나는 반응은 대기에서 일어나는 반응과는 매우 다르다. 이러한 조건은 남극에서 오존 구멍을 형성하게 했다. 이 가설은 처음에는 실험실 측정으로, 이어서 지상 및 고고도 비행기에서 남극 성층권에서 매우 높은 농도의 일산화 염소 (ClO)를 직접 측정한 결과로 결정적으로 확인되었다.[131]

오존 구멍을 태양 UV 방사선의 변화 또는 대기 순환 패턴의 변화로 돌리는 다른 가설들도 시험되었지만, 타당성이 없는 것으로 나타났다.[132]

1987년의 몬트리올 의정서에 의해 오존층 파괴 물질의 감축 및 폐지에 대한 길이 정해졌다. 이 의정서에서는 5종류의 프레온에 대해 1998년까지 반으로 줄이는 것, 3종류의 할론 (불화 탄소류)을 1992년 이후 증가시키지 않는 것이 정해져 있다.

대한민국은 1987년 몬트리올 의정서에 가입하여 오존층 파괴 물질 사용을 줄이는 데 동참하고 있다.[200]

2. 3. 북극 오존홀 발견

2011년 북극에서 처음으로 오존홀이 발견되었다. 미국과 일본 연구진이 참여한 공동연구팀은 과학학술잡지 네이처 인터넷판에 기고한 연구논문을 통해, 2011년 10월 2일과 4월 상순 북극의 성층권에서 오존층의 40%가 사라져 스칸디나비아반도, 러시아 시베리아 북부, 그린란드 등에 걸쳐 폭 1000km, 길이 3000km 규모의 오존 구멍이 형성된 사실을 확인했다고 밝혔다. 이 구멍은 한때 동유럽과 러시아, 몽골로 이동하면서 주민들이 유해 자외선에 노출됐던 것으로 알려졌다.[203]

북극의 성층권은 남극에 비해 온난기류가 유입되기 쉬워 남극만큼 심각한 오존층 파괴는 이뤄지지 않을 것으로 예상되어 왔다. 하지만 겨울 한랭화가 이례적으로 장기화되어 매년 30% 수준이던 오존층 파괴가 40%를 넘어섰다. 특히 지상 18~20km 상공에서는 오존이 80%가량 사라진 것으로 추정됐다.[203]

2011년 3월 15일에는 기록적인 오존층 감소가 관측되었으며, 북극 상공 오존의 약 절반이 파괴되었다.[141][143][142] 3월 25일까지 오존 감소는 이전 모든 겨울에 관측된 것 중 가장 큰 규모가 되었으며, 오존 구멍이 될 가능성이 있었다.[144] 3월 30~31일에는 스칸디나비아와 동유럽 일부 지역에 얇아진 층의 영향이 미칠 것으로 예측되었다.[144]

2011년 10월 2일, ''네이처''에 발표된 연구에 따르면, 2010년 12월부터 2011년 3월까지 지표면에서 약 20km 떨어진 대기 중 오존의 최대 80%가 파괴되었다.[145] 오존 감소 수준이 심각하여 과학자들은 매년 겨울 남극 상공에 형성되는 오존 구멍과 비교할 수 있다고 말했다.[145] 이 연구는 Aura 및 CALIPSO 위성의 데이터를 분석했으며, 정상보다 큰 오존 감소는 북극의 유난히 긴 추운 날씨, 즉 전형적인 날씨보다 약 30일 더 길었던 기간으로 인해 오존을 파괴하는 염소 화합물이 더 많이 생성되었기 때문임을 밝혔다.[146]

2013년, 연구자들은 2010–2011년 북극 사건이 진정한 구멍으로 분류될 정도의 오존 감소 수준에 도달하지 못했음을 발견했다. 일반적으로 오존 구멍은 220 도브슨 단위 이하로 분류되는데,[147] 북극 구멍은 그 낮은 수준에 근접하지 못했다.[148][149] 이후 "미니 구멍"으로 분류되었다.[150]

3. 오존층 파괴 원인

오존층 파괴의 주된 원인은 프레온 가스(CFCs)와 같은 인공 화학 물질이다.[36] 이 물질들은 냉장고, 에어컨 냉매, 스프레이 분사제 등으로 널리 사용되었으며, 대기 중으로 방출되어 성층권까지 올라간다.

오존 주기


산소의 세 가지 형태 (\동소체)가 오존-산소 주기에 관여한다. 산소 원자(O), 산소 기체(O₂), 오존 기체(O₃)이다.[14] 오존은 성층권에서 산소 기체 분자가 UVC 광자를 흡수하여 광분해될 때 형성된다. 두 개의 원자 산소 라디칼이 생성되고, 각각의 산소 원자 라디칼은 O₂ 분자와 결합하여 두 개의 O₃ 분자를 생성한다. 오존 분자는 UVB 빛을 흡수하면 O₂ 분자와 산소 원자로 분리된다. 이후 산소 원자는 산소 분자와 결합하여 오존을 재생성한다. 이 과정은 산소 원자가 오존 분자와 재결합하여 두 개의 O₂ 분자를 만들 때 종료된다.

성층권의 오존 총량은 광화학적 생성과 재결합 사이의 균형에 의해 결정된다. 오존은 여러 자유 라디칼 촉매에 의해 파괴될 수 있는데, 가장 중요한 것은 수산기 라디칼 (OH·), 일산화 질소 라디칼 (NO·), 염소 라디칼 (Cl·) 및 브롬 라디칼 (Br·)이다.[15] 2020년 현재 성층권의 OH·와 NO·는 대부분 자연적으로 발생하지만, 인간의 활동은 염소와 브롬의 수치를 급격히 증가시켰다.[16]

이 원소들은 안정적인 유기 화합물, 특히 클로로플루오로카본에서 발견되며, 낮은 반응성으로 인해 대류권에서 파괴되지 않고 성층권으로 이동할 수 있다. 성층권에서 Cl과 Br 원자는 자외선의 작용에 의해 모 화합물에서 방출된다. 예를 들면 다음과 같다.

: CFCl₃ + 전자기 방사선 → Cl· + ·CFCl₂

Cl과 Br 원자는 다양한 촉매 주기를 통해 오존 분자를 파괴한다.[17]

  • Cl· + O₃ → ClO + O₂ (염소 원자는 오존 분자에서 산소 원자를 제거하여 ClO 분자를 생성)
  • ClO + O₃ → Cl· + 2 O₂ (ClO는 다른 오존 분자에서 산소 원자를 제거)


단일 염소 원자는 염화 수소 (HCl) 및 질산 염소 (ClONO₂)와 같은 저장소 종을 형성하여 이 주기에서 제거하는 반응이 없으면 최대 2년 동안 오존을 지속적으로 파괴한다.[17]

지구를 촬영한 이미지에서 마치 구멍이 뚫린 것처럼 보이는 현상으로 인해 오존홀이라고 불리게 되었다. 남극 상공의 오존이 매년 봄철에 감소하는 현상은 1985년 조셉 파먼, 브라이언 가드너, 조나단 섕클린의 논문에 의해 발표되었지만,[22] 최초 보고는 1983년 12월 극지 수권 심포지엄 및 1984년 그리스 오존 심포지엄에서 기상청 기상연구소(당시)의 다다바시 시게루 등 일본의 남극 쇼와 기지 관측 데이터에 대한 국제 발표였다.

3. 1. 프레온 가스(CFCs)와 할론

프레온 가스(CFCs)와 기타 할로겐화 오존 파괴 물질(ODS)은 인위적인 화학적 오존 고갈의 주요 원인이다.[36] 토머스 미즐리 주니어는 1930년대에 CFC를 냉매로 발명했다.[37] CFC는 에어컨 및 냉각 장치, 1970년대 이전의 에어로졸 분사 추진제, 섬세한 전자 장비 세척 과정에 사용되었으며, 일부 화학 공정의 부산물로 발생하기도 한다. 이러한 화합물은 자연적으로 발생하지 않으며, 대기 중 존재는 거의 전적으로 인간의 제조에 기인한다.[37]

이러한 오존 파괴 화학 물질은 성층권에 도달하면 자외선에 의해 분해되어 염소 원자를 방출한다. 염소 원자는 촉매로 작용하여 성층권에서 제거되기 전까지 수만 개의 오존 분자를 파괴할 수 있다.[37] CFC 분자는 지표면에서 상층 대기까지 도달하는 데 평균 약 5~7년이 걸리고, 그곳에서 약 100년 동안 머무르면서 최대 10만 개의 오존 분자를 파괴할 수 있다.[38] 따라서 CFC 분자의 수명을 고려하면, 오존층 회복 시간은 수십 년 단위로 측정된다.

1,1,1-트리클로로-2,2,2-트리플루오로에탄(CFC-113a)는 대기 중 농도가 계속 증가하는 유일한 CFC이다. 그 출처는 불분명하지만, 일부에서는 불법 제조를 의심하고 있다. CFC-113a는 1960년부터 꾸준히 축적되어 왔으며, 2012년에서 2017년 사이에 농도가 40%나 급증했다.[39]

프레온이나 할론이 자외선에 의해 분해(파괴)되어 생성된 염소라디칼이 촉매로 작용하여 오존을 파괴하기 때문에 오존홀이 발생한다.[45]

3. 2. 극성층권 구름 (PSCs)

극지방 성층권 구름(PSC)에서 일어나는 반응은 오존 고갈을 강화하는 데 중요한 역할을 한다.[26] PSC는 북극과 남극 성층권의 극심한 추위에서 더 쉽게 형성되기 때문에 오존 구멍은 남극에서 먼저 형성되었고 더 깊게 나타난다. 초기 모델은 PSC를 고려하지 않고 점진적인 전 지구적 고갈을 예측했기 때문에, 갑작스러운 남극 오존 구멍은 많은 과학자들에게 큰 놀라움이었다.[27][28][29]

수잔 솔로몬 국립 해양 대기청(NOAA)의 대기 화학자는 차가운 남극 성층권의 극성층 구름(PSC)에서 일어나는 화학 반응이 활성 상태의 오존 파괴 형태에서 다량의 염소 양을 국지적이고 계절적으로 증가시키는 원인이라고 제안했다. 남극의 극성층 구름은 −80 °C와 같은 매우 낮은 온도와 이른 봄 조건에서만 형성된다. 이러한 조건에서 구름의 얼음 결정은 비활성 염소 화합물을 쉽게 오존을 고갈시킬 수 있는 반응성 염소 화합물로 전환하는 데 적합한 표면을 제공한다.

남극 상공에 형성된 극 소용돌이는 매우 강력하며, 구름 결정의 표면에서 일어나는 반응은 대기에서 일어나는 반응과는 매우 다르다. 이러한 조건은 남극에서 오존 구멍을 형성하게 했다. 이 가설은 처음에는 실험실 측정으로, 이어서 지상 및 고고도 비행기에서 남극 성층권에서 매우 높은 농도의 일산화 염소 (ClO)를 직접 측정한 결과로 결정적으로 확인되었다.[131]

오존홀의 발생은 프레온이나 할론이 자외선에 의해 분해(파괴)되어 생성된 염소라디칼이 촉매로 작용하여 오존을 파괴하기 때문에 발생한다고 알려져 있다. 이러한 작용은 극성층권 구름이라고 불리는 얼음 구름의 존재에 의해 촉진된다. 극성층권 구름을 반응의 매체로 하여 기상-고상 불균일 반응이 일어나 오존이 급속히 파괴되는 것으로 알려져 있다.

극성층권 구름의 존재는 겨울 동안 급격한 에어로졸 증가를 통해 밝혀졌다. 극성층권 구름은 저온일수록 발생하기 쉽다. 남극의 경우, 극 소용돌이라고 불리는 강한 편서풍대가 남북 방향의 열 전달을 방해하여 복사 냉각으로 기온이 낮아지기 쉽고, 극성층권 구름이 생성되기 쉽다.

북극에서도 오존홀의 존재가 확인되었지만, 남극만큼 크지는 않다. 남반구는 육지가 적고, 기복이 큰 지형도 적지만, 북반구의 경우 티베트 고원, 로키 산맥과 같은 대규모 산괴가 있으며, 육지와 해양의 대비도 크다. 이 때문에 북반구에서는 대규모 산괴나 해륙의 대비로 인해 여기된 로스비파가 성층권으로 전파되어 극 소용돌이를 약화시키고, 남극에 비해 기온이 낮아지지 않아 극성층권 구름이 생성되기 어렵다.

4. 오존층 파괴 영향

오존층은 태양이 방출하는 자외선으로부터 지구를 보호하는 역할을 한다. 오존층이 파괴되어 오존 농도가 옅어지면 자외선 투과율이 높아진다.[197] 오존층을 통과하는 UVB 복사의 양은 층의 경사 경로 두께와 밀도에 따라 지수적으로 감소한다.[53] 따라서 성층권 오존 수준이 감소하면 더 높은 수준의 UVB가 지구 표면에 도달한다.[30][54]

오존층 파괴로 인해 자외선 노출이 증가하면 인체와 생태계에 영향이 발생한다.


  • 인체 건강 영향: 피부암, 백내장, 면역 체계 약화 등[60]
  • 생태계 영향: 식물 엽록소 감소 및 광합성 작용 억제, 가축 암 발생률 증가, 식물성 플랑크톤의 광합성 작용 억제로 인한 수중생물 먹이 사슬 파괴[197]


2008년 10월, 에콰도르 우주국은 HIPERION 보고서를 통해 적도 위도에 도달하는 UV 복사가 예상보다 훨씬 크며, 키토에서 UV 지수가 24까지 상승했다고 밝혔다. WHO는 11을 극심한 지수로 간주하므로, 이는 건강에 큰 위험을 의미한다. 이 보고서는 지구 중위도 주변의 오존 수준 감소가 이미 많은 인구를 위협하고 있다고 결론지었다.[56] 이후 페루 우주국인 CONIDA의 연구도 에콰도르 연구와 거의 동일한 결과를 얻었다.

많은 사람들이 오존 구멍이 지구의 다른 지역에도 나타날 수 있다고 우려했지만, 현재까지 유일한 다른 대규모 고갈은 북극 주변의 북극 봄에 관찰된 더 작은 오존 "딤플"이다. 중간 위도에서의 오존은 감소했지만, 그 정도는 훨씬 작다(약 4–5% 감소). 성층권의 조건이 더 심각해지면(더 낮은 온도, 더 많은 구름, 더 활성적인 염소), 전 세계 오존은 더 빠른 속도로 감소할 수 있다. 표준 지구 온난화 이론은 성층권이 냉각될 것이라고 예측한다.[184]

매년 남극 오존 구멍이 붕괴될 때, 오존이 고갈된 공기가 인근 지역으로 흘러간다. 남극 오존 구멍의 붕괴 다음 달에 뉴질랜드에서 오존 수준이 최대 10%까지 감소했다고 보고되었으며,[185] 자외선-B 방사선 강도는 1970년대 이후 15% 이상 증가했다.[186][187]

오존은 대기 중에서 미량만 존재하지만, 태양광에 포함된 자외선을 흡수하여 지상에 자외선이 도달하지 않도록 하는 역할을 한다. 오존이 감소하면 대류권에 자외선이 도달하고, 성층권에서 일어났던 오존 생성의 광화학 반응이 대류권에서 발생하게 되지만, 대류권에서의 오존은 존재 기간이 짧기 때문에 지표면에는 더 많은 자외선이 도달하게 된다.

4. 1. 인체 건강 영향

오존층 파괴로 인해 자외선 노출이 증가하면 피부암, 백내장, 면역 체계 약화 등 인체에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[60]

자외선 B(UV-B)는 피부암 중 가장 흔한 형태인 기저 세포암과 편평 세포암을 유발하는 주요 원인이다.[61] UV-B 방사선은 DNA 분자의 피리미딘 염기가 이량체를 형성하게 하여 DNA 복제 시 오류를 일으킨다.[61] 과학자들은 성층권 오존이 1% 감소할 때마다 이러한 암 발생률이 2% 증가할 것으로 추정한다.[61]

강한 자외선은 피부암 외에도 백내장을 유발할 수 있다. 또한 면역 체계를 약화시켜 각종 질병에 취약하게 만들 수 있다.

남극 오존 구멍은 때때로 오스트레일리아나 뉴질랜드 남부까지 확장되어 이 지역 주민들의 건강에 영향을 미치기도 한다.[196] 북극권에서도 건강 피해가 우려되고 있다.[196]

오존층 감소는 햇빛 노출로 인한 긍정적 영향(비타민 D 생성)과 부정적 영향(햇볕 화상, 피부암, 백내장)을 모두 증폭시킨다.[60] 또한 지표면 UV 증가는 대류권 오존 증가로 이어져 인간 건강에 또 다른 위험 요소가 된다.[60]

자외선은 피부암 발생에 큰 영향을 미친다. 자외선이 10% 증가하면 남성의 경우 19%, 여성의 경우 16%의 피부암 증가로 이어진다는 연구 결과가 있다. 태양광에 포함된 자외선 A, B, C 파는 세포나 DNA를 손상시킨다.[197]

4. 2. 생태계 영향

오존홀로 인해 오존 농도가 옅어지면 자외선 투과율이 높아져 지구 생태계에 다양한 문제가 발생한다. 식물은 엽록소가 감소하고 광합성 작용이 억제되며,[197] 가축의 암 발생률이 높아진다.[197] 또한 식물성 플랑크톤의 광합성 작용이 억제되어 수중생물의 먹이 사슬이 파괴될 수 있다.[197]

UVB 복사는 오존층을 통과하면서 층의 두께와 밀도에 따라 지수적으로 감소한다.[53] 성층권 오존 수준이 감소하면 더 많은 UVB가 지표면에 도달하게 된다.[30][54]

UVB 방사선은 식물에 다양한 방식으로 영향을 미친다. 식물 DNA 손상을 일으키고,[76] 광계 II의 양자 수율을 감소시킨다.[77] 그러나 대부분의 식물은 UVB 흡수 플라보노이드를 가지고 있어 현재 방사선에 적응할 수 있다.[78] 식물은 하루 동안 다양한 수준의 UV 방사선을 경험하며, 이에 따라 UV 자외선 차단제(예: 플라보노이드) 수준을 조절하여 보호를 강화한다.[78] UVB 방사선으로 인한 손상은 식물 자체보다 종간 상호 작용에 더 큰 영향을 줄 가능성이 높다.[80] 또한, 식물은 UV 방사선에 노출될 때 스트레스를 받아 식물 성장이 감소하고 산화 스트레스가 증가할 수 있다.[81] 높은 수준의 UV 방사선에 노출된 식물은 이소프렌과 같은 유해한 휘발성 유기 화합물을 생성하여 대기 오염을 증가시키고, 대기 중 탄소량을 늘려 기후 변화에 영향을 줄 수 있다.[84]

5. 국제 협약 및 노력

오존층 파괴 문제를 해결하기 위한 국제적인 노력은 1980년대부터 본격적으로 시작되었다. 1985년에는 오존층 보호를 위한 빈 협약이 체결되었고, 이는 오존층 파괴 물질 규제에 대한 국제적인 합의를 이끌어내는 중요한 계기가 되었다.

5. 1. 몬트리올 의정서

1974년 셔우드 롤런드가 냉장고 등의 냉매로 사용되는 프레온 가스가 오존층을 파괴한다는 가설을 제기한 후, 1987년 오존층 파괴 물질을 규제하는 몬트리올 의정서가 채택되었다.[198] 1985년 미국의 기상위성 님부스 7호가 남극의 오존층 파괴 사진을 촬영하여 공개하면서 큰 파문이 일었고, 결국 선진국들은 오존층 보호를 위하여 1985년 빈 협약을 체결한 데 이어 1987년 몬트리올 의정서를 체결하여 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 규제했다.[199]

몬트리올 의정서는 오존층 파괴 물질의 생산과 사용을 단계적으로 중단하는 것을 목표로 하는 국제 협약이다. 이에 따라 선진국은 1996년부터 오존층 파괴 물질의 생산 및 수입이 금지되었으며, 개발도상국은 1997년부터 단계적으로 감축해 2010년에는 사용이 완전 금지되었다.[199] 대한민국도 몬트리올 의정서 가입국이며, 2010년부터 생산 및 수출입이 완전히 금지되었다.[200]

1987년에 체결된 '''몬트리올 의정서'''(Montreal Protocol)는 오존층 파괴 물질의 감축 및 폐지를 위한 국제 협약이다. 이 의정서에서는 5종류의 프레온에 대해 1998년까지 생산량을 반으로 줄이고, 3종류의 할론 (불화 탄소류)은 1992년 이후 생산량을 증가시키지 않기로 결정했다.

2022년 현재, 몬트리올 의정서 당사국은 198개국 및 EU이다.[191] 일본에서는 1988년에 「오존층 보호법」이 제정되어 1989년 7월부터 프레온 등의 생산 규제가 시작되었다.

5. 2. 대한민국의 노력

대한민국은 몬트리올 의정서 가입국으로, 2010년부터 프레온 가스 등 오존층 파괴 물질의 생산 및 수입을 금지하고 있다.[200] 1988년에는 오존층 보호법을 제정하여 오존층 파괴 물질 사용을 규제하고 대체 물질 개발을 지원하고 있다.

6. 오존층 회복 전망

1987년 몬트리올 의정서 채택 이후, 전 세계적인 노력으로 오존층 파괴 물질 배출량이 감소하였다.[198] 그 결과 오존층이 회복되고 있다는 징후가 나타나고 있으며, 과학자들은 2045년에서 2060년 사이에 오존층이 1980년 수준으로 회복될 것으로 예측한다.[201][202]

기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC) 제6차 평가 보고서는 몬트리올 의정서 준수를 전제로 앞으로 수십 년 동안 오존층이 계속 회복될 것으로 예상한다.[118] 그러나 극지방을 포함하여 연도별 변동성이 예상되며, 특히 남극 오존 구멍은 2060~2075년까지 1980년 이전 수준으로 회복되기 어려울 수 있다는 예측도 있다.[119]

2023년 9월, 남극 오존 구멍은 2600만km2로 기록상 가장 큰 규모 중 하나였는데, 이는 2022년 통가 화산 폭발의 영향일 수 있다는 분석이 있다.[121]

6. 1. 오존층 회복 노력의 성과

1987년 몬트리올 의정서가 채택된 이후, 전 세계적인 노력으로 오존층 파괴 물질 배출량이 감소하였다.[198] 대한민국도 몬트리올 의정서 가입국으로서, 2010년부터 오존층 파괴 물질의 생산 및 수입을 금지하였다.[200]

이러한 노력의 결과로, 2010년부터 오존량 감소가 중단되고 오존층이 회복되고 있는 것이 확인되었다.[201][202] 300명의 과학자들은 오존층 복원이 예상보다 빠르게 진행되어, 2045년에서 2060년 사이에 1980년 수준으로 회복될 것으로 예측하였다.[201][202]



오존 파괴 가스 추세


IPCC, 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC) 제6차 평가 보고서에 따르면, 몬트리올 의정서의 준수를 전제로 앞으로 수십 년 동안 오존층이 계속 회복될 것으로 예상된다.[118] 2016년에는 오존층 회복 추세가 보고되었으며,[23] 2019년에는 따뜻한 극지 성층권의 영향으로 오존 구멍이 지난 30년간 가장 작았다.[120]

6. 2. 미래 전망

몬트리올 의정서 채택 및 강화로 CFCs, 프레온가스(CFCs) 배출이 감소하면서, 대기 중 오존 파괴 물질 농도가 감소하고 있다. 1994년 최고치를 기록한 후 2008년까지 대기 중 유효 염소량(EECl) 수준은 약 10% 감소했다. 오존 파괴 화학 물질 감소와 함께 브롬 함유 화학 물질 감소도 영향을 주었다. CFCs 단계적 폐지로 인해 아산화 질소는 몬트리올 의정서 적용을 받지 않지만, 가장 많이 배출되는 오존 파괴 물질이 되었으며 21세기 동안 계속 그럴 것으로 예상된다.[117]

IPCC, 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC) 제6차 평가 보고서에 따르면, 전 지구 성층권 오존 농도는 1970년대와 1980년대에 급격히 감소한 후 증가했지만, 산업화 이전 수준에는 도달하지 못했다. 몬트리올 의정서가 완전히 준수된다는 가정 하에, 오존층은 향후 수십 년 동안 계속 회복될 것으로 예상되지만, 극지방을 포함하여 연도별 변동성이 예상된다.[118]

남극 오존 구멍은 수십 년 동안 지속될 것으로 예상된다. 남극 상공 하부 성층권 오존 농도는 2020년까지 5~10% 증가했으며, 약 2060~2075년까지 1980년 이전 수준으로 회복될 것으로 예측된다. 이는 개발도상국 오존 파괴 물질 미래 사용량 증가를 포함한, 오존 파괴 물질 대기 중 농도에 대한 수정된 추정치 때문에 이전 평가 예측보다 10~25년 늦어진 것이다. 오존 고갈을 연장시킬 수 있는 또 다른 요인은 풍향 변화로 인해 성층권 상부에서 질소 산화물이 감소하는 것이다.[119] 2016년에는 "회복"으로 가는 점진적인 추세가 보고되었다.[23] 2019년에는 더 따뜻한 극지 성층권이 극 소용돌이를 약화시키면서 오존 구멍이 지난 30년 동안 가장 작았다.[120] 2023년 9월, 남극 오존 구멍은 2600만km2로 기록상 가장 큰 규모 중 하나였다. 이례적으로 큰 오존 손실은 2022년 통가 화산 폭발의 결과일 수 있다.[121]

NASA가 발표한 2015년 조사 결과에 따르면, 몬트리올 의정서 이후 노력으로 오존홀은 착실하게 축소되고 있으며, 21세기 말에는 이 문제가 해결될 전망이다.

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