북극광의 오존층 파괴 규명?

황원희 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2021-08-26 09:47:55
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[이미디어= 황원희 기자] 고위도 지방의 발광현상인 오로라는 종종 지구의 극지방에서 볼 수 있다. 이는 고도 50~80km 사이에 있는 대기층의 오존층 파괴를 일으킨다. 이러한 고갈은 지구 기후 변화에 큰 의미를 가질 수 있기 때문에 현상을 이해하는 것이 중요하다. 

 

최근 일본 나고야 대학의 미요시 요시즈미 교수팀은 이러한 현상을 관찰하고 분석하는 데 통찰력을 이용하고 있다. 이 연구는 네이처스 사이언티픽 리포트(Nature's Scientific Reports)에 게재됐다. 

 

지구 자기권 즉 지구 주위의 자기장 영역은 태양에서 온 전자가 여전히 갇힌 채로 남아 있다. 전자와 플라즈마 파동의 상호작용은 갇힌 전자를 탈출시켜 지구 상층 대기권(열권)으로 들어가게 할 수 있다. 전자침전이라 불리는 이 현상은 오로라의 원인이다. 하지만, 최근의 연구들은 이것이 또한 중층권의 국부적인 오존층 감소에 원인이 있으며 기후에 일정한 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여준다.

 

게다가, 중간권 오존층 파괴는 오로라 동안에 일어날 수 있다. 그리고 과학자들이 오로라에 관한 전자 침전을 연구했지만, 어떻게 중구권 오존 파괴를 일으키는지 충분히 설명할 수 있는 사람은 아무도 없었다.

 

미요시 교수와 연구팀은 2017년 스칸디나비아 반도 상공에서 온건한 지자기 폭풍이 몰아칠 때 획기적인 관찰기법을 발견했다. 그들은 관측을 희미한 오로라의 일종인 "펄사팅 오로라" (PsA)를 겨냥했다. 이들의 관측은 유럽 비일관성 산란(EISCAT) 레이더(PsA가 발생하는 고도 60~120km), 일본 인공위성 아라세(Arase), 전천 카메라 네트워크(All-sky camera network)와의 공동 실험을 통해 가능했다.

 

지구 자기권에 갇힌 전자는 에너지 범위가 넓다는 것이 레이저 데이터에서 밝혀졌다. 또한 해당 공간에 전자파 플라즈마 파형의 일종인 코러스파가 존재한다는 사실도 표시했다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 아라세 위성이 광범위한 에너지 범위에서 이러한 전자의 침전을 유발하는 플라즈마 파동을 관측한 것으로 나타났으며, 이는 지구 열권 아래에서의 EISCAT 관측과 일치한다.

 

EISCAT 데이터 분석 결과 수 keV(킬로전자볼트)부터 MeV(메가전자볼트)까지 광범위한 에너지 범위의 전자가 침전해 PsA를 발생시키는 것으로 나타났다. 이 전자들은 중구권 오존이 있는 곳에서 100km 이하, 60km 고도까지 우리 대기를 통과할 수 있는 충분한 에너지를 운반할 수 있다. 연구진은 PsA는 거의 매일 발생하며 넓은 지역에 퍼지고 몇 시간 동안 지속된다고 말하며 이러한 현상은 결국 오존 감소에 기여할 수 있다고 말했다. 하지만 얼마나 많은 오존층 파괴가 일어나는지 확인하기 위해서는 추가적인 통계연구가 필요할 것이라고 연구진은 덧붙였다.

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