화창한 봄이 시작되어 따뜻한 바람이 느껴지는 시기. 하지만 창문을 열었을 때 마주치는 그 뿌연 공기.
오늘은 미세먼지 이야기입니다.
미세먼지라고 하면 보통 굴뚝이나 자동차 배기구를 떠올립니다. 거기서 나오는 시커먼 연기가 미세먼지라고 생각하는 것이죠. 틀린 말은 아닌데, 절반짜리 정답입니다.
사실 도시 미세먼지의 절반 이상은 굴뚝에서 직접 나오는 게 아닙니다. 눈에 보이지도 않는 가스들이 공기 중에서 서로 반응해 새로 만들어집니다. 기상청 예보에서 가끔 나오는 "2차 생성 미세먼지"가 바로 이것입니다.
미세먼지가 만들어지는 세 가지 경로
첫 번째 — 황산염: 가스가 딱딱한 입자로 굳는 과정
발전소나 선박이 연료를 태우면 이산화황(SO₂)이라는 가스가 나옵니다. 이 가스는 그 자체로는 미세먼지가 아닙니다. 그런데 공기 중에 떠다니다 햇빛과 수분을 만나면 황산(H₂SO₄)으로 바뀝니다. 황산은 다시 공기 중의 암모니아와 결합해 황산암모늄이라는 아주 작은 고체 입자가 됩니다.
빵 반죽을 오븐에 넣으면 딱딱한 빵이 되듯, SO₂라는 반죽이 햇빛과 수분이라는 오븐을 거쳐 황산염 입자라는 빵 조각이 되는 것입니다.
이 황산염 입자가 PM2.5의 핵심 성분 중 하나입니다.
두 번째 — 질산염: 자동차 배기가스가 변신하는 과정
자동차 배기가스에 들어 있는 이산화질소(NO₂)는 조금 더 복잡한 경로를 밟습니다.
햇빛의 자외선을 받은 NO₂는 불안정해지면서 산소 원자를 하나 내뱉습니다. 이 산소 원자가 공기 중 산소(O₂)와 만나면 오존(O₃)이 됩니다. 오존은 다시 NO₂와 반응해 질산(HNO₃)을 만들고, 이 질산이 암모니아를 만나면 질산암모늄이라는 입자가 탄생합니다.
레고 블록이 분해됐다가 다른 블록과 새로 조합되는 것처럼, 가스 분자들이 서로 분해되고 결합하며 전혀 다른 형태의 입자가 됩니다.
여기서 중요한 것이 하나 있습니다. 질산암모늄은 기온이 낮고 습도가 높을 때 더 잘 만들어집니다. 한국의 겨울철 미세먼지가 유독 심한 이유 중 하나가 바로 이것입니다. 추운 날씨 자체가 미세먼지 생성을 돕는 조건이 되는 셈입니다.
세 번째 — 나무도 미세먼지를 만든다?
조금 의외의 이야기를 하나 해보겠습니다. 소나무 같은 침엽수는 테르펜이라는 물질을 내뿜습니다. 숲속에서 맡는 그 상쾌한 향기의 정체가 바로 테르펜입니다.
그런데 이 테르펜이 도시의 오염된 공기와 만나면 문제가 생깁니다. 공기 중 오존이나 라디칼 물질과 반응하면서 휘발성을 잃고 점점 무거워지더니, 결국 작은 입자로 굳어버립니다.
설탕물은 액체지만 졸이면 딱딱한 캐러멜이 됩니다. 기체 상태의 테르펜이 화학 반응을 거쳐 고체 입자로 변하는 것도 비슷한 원리입니다. 상태가 바뀌는 것이죠.
자동차에서 나오는 벤젠, 톨루엔 같은 물질들도 같은 방식으로 입자가 됩니다. 이렇게 만들어진 것을 2차 유기 에어로졸이라고 부릅니다.
처음엔 나노미터, 결국엔 폐 속으로
이렇게 막 생겨난 2차 미세먼지 입자는 처음엔 정말 작습니다. 머리카락 굵기의 수만 분의 1 수준인 나노미터 크기입니다. 눈에 보이기는커녕 현미경으로도 잘 보이지 않는 수준이죠.
그런데 이 작은 입자들이 공기 중에서 서로 부딪히고 달라붙으면서 점점 커집니다. 여기에 다른 가스 분자도 흡수하면서 결국 PM2.5, 그러니까 지름 2.5마이크로미터 이하의 입자로 자랍니다.
PM2.5가 특히 위험한 이유가 바로 이 크기에 있습니다. 우리 코와 기관지는 어느 정도 큰 입자는 걸러낼 수 있습니다. 그런데 PM2.5는 그 필터를 유유히 통과해 폐 가장 깊숙한 곳, 심지어 혈관 속까지 들어갑니다.
"중국발 미세먼지"라는 말, 사실은 이런 뜻입니다
뉴스에서 자주 듣는 "중국발 미세먼지"도 사실 정확히는 이렇습니다. 중국에서 미세먼지 덩어리가 바람을 타고 날아오기도 하지만, 더 많은 경우는 중국에서 발생한 SO₂나 NOx 가스가 바람에 실려 오다가 우리 하늘에서 화학 반응을 거쳐 그제야 입자로 변하는 것입니다.
원료는 수입됐지만, 완성품은 국내에서 만들어지는 셈입니다.
물론 국내 원인도 만만치 않습니다. 도로 위 경유차의 NOx, 농촌의 논밭 소각, 축산 농가에서 대량으로 발생하는 암모니아(NH₃)가 국내 2차 미세먼지의 주요 원료입니다. 암모니아가 생각보다 중요한 역할을 하는데, 황산암모늄과 질산암모늄을 만들 때 모두 암모니아가 반드시 필요하기 때문입니다.
결국 핵심은 "가스 배출"을 줄이는 것입니다
굴뚝에서 나오는 검은 연기를 줄이면 1차 미세먼지는 줄일 수 있습니다. 그런데 2차 미세먼지는 이야기가 다릅니다. 눈에 보이지 않는 SO₂, NOx, 암모니아 같은 가스 배출을 줄이지 않으면, 맑아 보이는 하늘에서도 화학 반응은 조용히 계속됩니다.
미세먼지 예보를 볼 때 "오늘 농도가 왜 이렇게 높지?" 싶은 날이 있으실 겁니다. 그 답이 어쩌면 눈에 보이지 않는 가스들의 조용한 반응에 있을지 모릅니다
