“얼음 농축 과정서 태양광 없이도 가스 전환”
극지연, 브롬 가스 신규 발생 기작 확인

북극의 봄철, 지표면 오존이 거의 사라지고 브롬 농도가 급격히 높아지는 ‘브롬 폭발’ 현상이 관측됨. 사진은 미국 알래스카 배로우(출처: Nature Geoscience 온라인). 극지연구소 제공

극지연구소가 국제 공동연구를 통해 북극 대기 경계층의 오존을 파괴하는 브롬 가스의 새로운 자연 발생 기작을 규명했다.

극지연구소는 북극 대기 경계층의 오존을 파괴해 극지 생태계를 위협하는 브롬 가스가 태양광 없이 발생하는 과정을 규명했다고 17일 밝혔다.

북극에서는 매년 봄철에 대기 중 활성 브롬의 농도가 급증하는 ‘브롬 폭발(Bromine Explosion)’ 현상이 관측된다. 브롬 가스는 바다에 있는 브롬이 폭발해 생긴 기체로, 지표면에서 1∼2km 상공에 있는 북극 대기 경계층(Boundary layer)으로 올라가 오존을 파괴하고 대기 중에 있는 수은을 지표면과 바다로 내려보낸다. 따라서 브롬 가스는 극지 생태계의 잠재적 위험 요소로 꼽힌다.

얼음에서 일어나는 브롬 가스 형성 과정 모식도. 얼음이 어는 동안 동결농축이 발생해 브롬 이온은 얼음 내 브롬산에 의해 산화되고, 브롬산은 브롬 이온에 의해 환원되면서 중간 생성 물질인 차아브롬산이 발생함. 차아브롬산은 탈수화 과정을 거쳐 브롬 가스로 변환되어 대기로 방출됨. 극지연구소 제공

브롬은 지구 바다 어디에나 미량 존재하지만, 브롬 폭발은 북극에서만 일어나는 독특한 현상이다. 지금까지는 브롬이 태양광을 받아 폭발하면서 기체로 바뀌는 것으로 알려졌다. 그러나 이번 연구에서 빛이 없는 환경에서도 얼음이 어는 과정에서 브롬이 가스로 전환될 수 있음이 새롭게 밝혀졌다.

극지연구소 김기태·안용윤 박사 연구팀은 고려대학교, 이탈리아 국립연구위원회 극지과학연구소(CNR-ISP)와 국제 공동연구를 통해 ‘동결농축효과(Freeze concentration effect)’로 인해 브롬이 태양광 없이 브롬 가스로 전환되는 과정을 알아냈다. 동결농축 효과는 물이 냉각될 때 물에 녹아 있던 성분들이 준액체층으로 모이면서 높은 농도로 농축되는 현상을 말한다.

동결농축효과로 얼음결정 사이 준액체층에 브롬화학종이 농축되어 차아브롬산이 생성되는것을 저온유지 라만현미경 관측을 통해 확인함. 극지연구소 제공

김기태 책임연구원은 “이 농축 과정에서 브롬이 특수한 화학 반응을 거쳐 브롬 가스로 전환되는 과정을 확인했다”며 “이번 연구는 지구 대기 화학과 극지 환경 연구의 패러다임을 바꿀 수 있는 중요한 발견으로 주목받는다”고 강조했다.

신형철 극지연구소장은 “얼음에서 일어나는 독특한 화학반응이 극지에서 특정 성분을 이동·축적 시키는 핵심 기작임이 다시 한번 입증됐다”고 말했다. 이번 연구 성과는 물 연구 분야의 세계적 학술지 ‘워터 리서치(Water Research)’ 2025년 10월호에 게재됐다.

송현수 기자 songh@busan.com