곽노필의 미래창

» 삼림에서 배출되는 산화유기물이 구름 형성 초기 단계에서 핵심 역할을 하는 것으로 추정된다.

공기중 산화유기물이 구름 입자 형성 촉진

출처는 나무, 화산, 자동차, 산불 등 다양

삼림 배출 물질이 구름 형성 첫 단계의 핵심

구름은 지구의 기후를 결정하는 데 결정적인 역할을 한다. 또 기후변화에 대한 정부간 패널(IPCC)의 최근 보고서에 따르면 구름은 현재 기후예측 모델에 있어서 가장 큰 불확실성 원인이다. 이 불확실성의 대부분은 구름 형성의 복잡성에 기인한다.
 미국 카네기멜론대 연구진을 포함한 CLOUD(Cosmics Leaving Outdoor Droplets) 연구 프로젝트의 새 연구 결과는 구름 형성에서 가장 첫 번째 단계인 입자 생성에 대한 새로운 사실을 밝혀냈다.
 과학저널 <사이언스>에 발표된 내용을 보면,　대기 중 수증기가 미세한 입자에 응축됨에 따라 구름 방울들이 형성된다. 이러한 입자들은 자연적인 원인 또는 인간 활동에 의해 직접적으로 배출되거나, 가스상 오염물질과 같은 전구체로부터 형성된다. 가스 분자가 클러스터로 전환되고, 그것이 입자가 되는 과정은 결정핵형성(nucleation)이라고 불리며 이러한 과정을 통해 구름 형성의 씨앗이 되는 입자들의 반 이상이 만들어진다. 그러나 결정핵형성의 근본적인 메커니즘은 여전히 확실하지 않은 채로 남아 있다. 과학자들이 결정핵형성 프로세스에 거의 항상 황산이 관여한다는 것을 관찰하였으나, 황산의 농도는 대기 중에서 발생하는 새로운 입자 형성 속도를 설명하기에는 높은 수준으로 존재하지 않았다. 연구진은 장기간 많은 양의 구름이 형성하는 데 필수적인 성분은 산화 유기물 (highly oxidized organic compounds)이라는 것을 밝혀냈다.
 인간이 호흡하는 공기에는 유기물질들, 미세한 액체 또는 고체 입자들이 가득 차 있으며, 이러한 물질들은 나무, 화산, 자동차, 산불 등의 수백 가지 이상의 원인들로부터 형성된다. 이러한 물질들이 일단 대기 중으로 유입되면 유기물질들은 변하기 시작한다. 2012년 과학저널 <국립과학원회보(PNAS)>를 통해 발표된 연구 결과는 소나무에서 기인한 유기물질인 알파 피넨 (alpha-pinene)이 대기의 고도 산화 환경에서 화학적으로 여러번 변화한다는 사실을 보고하였다. 또한 다른 연구들은 이러한 산화 유기물이 결정핵 형성에서 새로운 입자 형성 및 그 입자의 성장 모두에서 중요한 역할을 할 수도 있다고 보고하였다.
 이번 연구에서, 연구진은 오염물질이 존재하지 않은 스테인리스 챔버 내에서 일반적인 대기 조건을 재현할 수 있었다. 이 챔버를 통해 연구진은 결정핵 형성에 관여하는 화학물질들의 농도를 변화시키고 그에 따라 새로운 입자들이 형성되는 속도를 측정할 수 있었다.
 연구진은 최근의 연구에서, 반응 챔버를 이산화황과 알파 피넨의 산화물인 피난디올(pinnanediol)로 채우고 지구의 대기에 가장 우점하는 산화물인 수산화 라디칼(hydroxyl radical)을 형성시켰다. 이후 산화 반응이 관찰되었다. 고해상도의 질량분석기를 사용하여 관찰된 입자들이 단일, 가스상 분자로부터 10개의 분자들이 모여 있는 클러스터로 자라는 것을 관찰할 수 있었다.
 연구진은 이를 통해 황산과 산화된 유기물질들이 특이하게 서로 끌어당기는 것을 확인할 수 있었다. 이 상당히 강력한 결합은 현대의 오염된 조건에서 유기물질들이 왜 황산에 이끌리는가에 대해서 큰 부분을 차지할 수도 있을 것이다.
 산화된 유기물들이 대기 조건에서 구름 입자의 형성과 성장에 관여되어 있다는 것을 확인한 이후에, 연구진은 이러한 결과를 지구 입자 형성 모델에 적용하고자 하였다. 이를 통해 미세하게 조정된 예측 모델은 구름의 결정핵 형성 속도를 보다 정확하게 예측하였을 뿐만 아니라 1년 동안 삼림 인근의 현장 실험에서 관찰한 결정핵의 증가 및 감소를 예측할 수 있었다. 이러한 테스트 결과는 삼림에서 배출되는 물질들이 구름 형성의 첫 단계에 중요한 역할을 한다는 것을 확신시켜 주는 것이다.
　
출처
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=246314&cont_cd=GT 
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-05-19     
원문　　
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/05/140515154136.htm