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오존은 지표에서 어떻게 생성되는지요?

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.대기 중 오존은 대류권 오존과 성층권 오존으로 나눌 수 있다. 지표에서 약 10 Km 혹은 20 Km에 위치하는 대류권에서 오존은 대기질을 결정하는 중요한 화학성분이다. 대류권 오존은 화석원료의 연소 및 화학용제 등으로부터 발생하는 오존 전구체 물질인 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOCs)이 낮 시간 태양광이 함께 존재할 때 서로 반응하여 대부분의 대류권 오존이 생성된다. 메탄의 경우 최근 대기 중 최근 농도가 증가해 오고 했으며 전구규모로 대류권 오존생성에 기여를 하고 있다. 이러한 오존은 사람의 호흡계에 자극을 주며 목 자극, 기침, 흉부에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며 알러지 유발물질에 더 민감하게 반응하게 함으로써 천식환자들에게도 증상을 악화시키는 것으로 알려져 있다 1). 대류권 오존양은 위성에 탑재된 센서로 측정이 되고 있으며, 지표 오존농도는 지점측정장치를 이용하여 측정이 가능하다 2)3).성층권 오존태양광 중에서 대부분의 자외선 복사(200 nm에서 315 nm)를 흡수하는 오존은 성층권에 존재하고 있으며 오존층이라고 부른다. 대류권 오존이 나쁜 오존으로 불리는 반면 성층권 오존층은 대부분의 자외선을 흡수해 사람에게도 꼭 필요한 요소로서 좋은 오존으로 불린다. 대기에 존재하는 오존 중에서 오존층에 위치하는 오존이 가장 높은 농도를 보인다. 지구 대기에 존재하는 평균오존의 혼합비가 평균 0.3 ppm일 때 성층권 오존층에 존재하는 오존의 혼합비는 수 ppm을 보인다. 오존층은 해발 20에서 30Km 사이의 성층권 낮은 층에 위치하며 오존층의 두께는 계절별로 위치에 따라 변화를 보인다 4). 성층권 오존층 메커니즘을 설명하는 광화학반응은 1930년 영국 물리학자인 시드니 챔프맨에 의해 발견되었다. 성층권에 존재하는 산소분자들이 태양 자외선과 반응하여 산소원자가 되고 불안정한 산소원자는 주위에 있는 산소분자와 반응하여 오존이 생성된다. 오존 또한 자외선 태양광과 반응하여 한 개의 산소분자와 산소원자로 나누어 지게 된다. 이러한 개별 반응은 오존-산소 사이클이라고 불리는 연속적인 반응이 된다. 오존은 오존에 대해 반응성이 강한 물질들에 의해 파괴될 수 있으며, 성층권 오존층 파괴의 대표적 물질이 CFC 이다. CFC 가 성층권에 도달하여 강한 자외선 태양광과 반응하여 염소원자와 같은 불안정한 물질이 분리 되어 생성된다. 이는 오존과 반응하여 오존을 파괴한다.

학문 / 지구과학·천문우주

23.07.29

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