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- 매년 1,300만 톤 이상의 플라스틱이 바다로 유입
- 태평양의 거대한 쓰레기 지대에만 1조 8천 억 개 이상의 플라스틱 부품
- 플라스틱은 빛에 노출되면 유기산과 이산화탄소를 방출해 바닷물의 pH 값을 현저히 낮춰
- 이미 노화된 플라스틱이 상대적으로 많은 양의 이러한 산을 방출
- 기후변화보다 강한 산성화 효과

플라스틱 쓰레기는 바다를 더 산성으로 만든다.
플라스틱의 광화학 분해는 바닷물의 pH를 낮춘다.

설상가상:
바다의 플라스틱 폐기물은 해양 환경에 직접적으로 해를 끼칠 뿐만 아니라 실험에서 밝혀진 바와 같이 바다의 산성화에도 기여한다. 플라스틱은 빛에 노출되면 유기산과 이산화탄소를 방출해 바닷물의 pH 값을 현저히 낮춘다. 미세플라스틱으로 심하게 오염된 해양 지역에서 이는 기후 변화로 인해 이미 증가하고 있는 산성화를 더욱 증가시킬 수 있다. 

▲ 플라스틱 폐기물은 바다를 직접 오염시킬 뿐만 아니라 분해 과정에서 CO2와 산을 방출해 바다를 산성화한다. pixabay

매년 1,300만 톤 이상의 플라스틱이 바다로 유입되며, 이는 미세 플라스틱이 되어 해류와 함께 가장 외딴 지역까지 퍼진다. 추산에 따르면 태평양의 거대한 쓰레기 지대에만 1조 8천 억 개 이상의 플라스틱 부품이 떠다니고 있으며 그 추세는 증가하고 있다. 플라스틱 오염은 해양 생물과 새를 위협하고 화학 물질을 방출하며 분해되면서 메탄 및 이산화탄소와 같은 온실 가스를 생성한다.

바다 플라스틱 분해 시험

바르셀로나 해양 연구소의 크리스티나 로메라-카스틸로(Cristina Romera-Castillo)와 동료들은 최근 플라스틱 오염의 또 다른 결과를 발견했다. 그들은 바다에 떠다니는 플라스틱의 광화학적 분해가 물의 산성도에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. "플라스틱이 누출되면 바다의 생지화학을 변화시킬 수 있는 용해된 유기물을 방출한다는 것은 이미 알려져 있다"고 팀은 설명했다. 여기에는 유기산과 이산화탄소(CO2)가 포함되며 따라서 환경의 pH 값을 낮출 수 있는 물질도 포함된다. 

▲ 해양 산성화와 플라스틱 오염은 특정 임계값을 넘으면 세계 사회와 생태계의 웰빙에 매우 해로울 수 있는 잠재적인 행성 경계 위협으로 간주된다. 산업 혁명 이후 지표 해양은 약 0.1 단위 산성화됐으며 2018년 바다에 도달하는 플라스틱의 양은 1300만 미터톤으로 정량화되었다. 현재 두 해양 위협은 시간이 지남에 따라 악화되고 있다. 플라스틱 침출은 용해된 유기물의 방출을 통해 해양의 생지화학을 변화시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 해수의 무기 화학에 미치는 영향은 덜 연구되고 있다. 여기에서 우리는 실험실 실험에서 비생물적 플라스틱 분해가 특히 플라스틱이 바다에서 발견되는 것처럼 이미 노화된 경우 해수 pH의 감소를 유도한다는 것을 보여준다. pH 감소는 태양 복사에 의해 강화되며, 이는 아마도 유기산의 방출과 CO2 생성의 조합으로 유도될 것이다. 이는 또한 침출이 증가함에 따라 더 높은 산성화와 함께 침출된 용존 유기 탄소의 양과 관련이 있다. 플라스틱 파편이 대량으로 축적되는 해안 지역에서 플라스틱 침출은 해수의 pH를 최대 0.5 단위까지 감소시킬 수 있다. 이것은 가장 비관적인 인위적 배출 시나리오에 대해 21세기 말까지 지표 해양에서 예상되는 감소와 비슷하다. (관련 연구 논문 개요Abiotic plastic leaching contributes to ocean acidification / Science of The Total Environment Volume 854, 1 January 2023, 158683 )

연구원들은 깨끗한 바닷물이 담긴 테스트 용기에서 플라스틱이 바다에서 분해될 때도 이런 일이 발생하는지 조사했으며, 여기에 몇 밀리미터까지 잘게 잘린 다양한 유형의 플라스틱을 추가했다. 그 중에는 가장 흔한 플라스틱 폐기물인 폴리에틸렌 필름 조각과 발포 폴리스티렌, 바이오플라스틱 폴리락트산, 해변에서 수거된 이미 노화된 혼합 조성의 플라스틱 폐기물 샘플이 여러 개 있었다.

평균적으로 농도는 리터당 78개의 플라스틱 입자였다. "이것은 심하게 오염된 해안 지역에서 발생하는 밀도에 해당한다"고 연구자들은 설명했다. 모든 테스트 배치는 6일 동안 인공 햇빛에 노출됐고 pH 값은 시작과 끝에서 측정됐다.

▲ DOC가 측정된 모든 실험에서 배양 종료 시 pH와 플라스틱에서 용출된 DOC 사이의 지수 관계. 조사 및 암 배양의 데이터가 포함됐다. (출처: 관련논문)

기후변화보다 강한 산성화 효과

결과:
"오래된 플라스틱과 발포 폴리스티렌의 분해로 인해 바닷물의 pH 값이 크게 떨어졌다"고 Romera-Castillo와 동료들은 보고했다. "햇빛 아래에서 6일 후, 물의 pH 값은 0.33에서 0.54 단위로 떨어졌다." 그러나 신선한 폴리에틸렌 필름과 바이오플라스틱의 화학적 효과는 이 6일 내에 0.02에서 0.03단위로 산성화가 덜 두드러졌다.
비교를 위해:
기후 변화의 결과로 대기와 해양의 증가된 CO2 농도로 인한 산성화는 해양의 pH 값을 10년당 평균 0.02 pH 단위만큼 낮춘다. 따라서 플라스틱 폐기물의 산성화 효과는 금세기 말까지 일부 기후 시나리오에서 예측된 해양 산성화보다 훨씬 더 강력할 수 있다. "이 플라스틱의 분해로 인한 pH의 변화는 인위적인 CO2로 인한 해양 산성화의 부정적인 영향을 증폭시킬 것이다"고 과학자들은 말했다.

보다 상세한 분석은 특히 햇빛의 UV 복사가 플라스틱의 화학적 분해를 증가시키는 것으로 확인됐다. 그런 다음 이들은 더 많은 유기산과 CO2를 방출해 둘 다 물의 산성화에 기여할 수 있다.

특히 연안 바다의 문제

무엇보다도 오랫동안 바다에 떠 있던 이미 노화된 플라스틱이 상대적으로 많은 양의 이러한 산을 방출한다는 사실이 상당히 우려스럽다. 연구원들은 "바다의 플라스틱 폐기물은 일반적으로 서로 다른 폴리머의 혼합물이다. 오랫동안 화학적 풍화에 노출돼 노화되었다”고 설명한다. 따라서 이러한 플라스틱 폐기물 오염은 특히 심하게 오염된 해안 지역에서 해수의 화학적 성질에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

Romera-Castillo와 그녀의 동료들은 "우리 실험의 데이터는 플라스틱 분해가 pH 값을 더 낮은 값으로 크게 이동시킬 것임을 시사한다"며 "이것은 적어도 일시적으로 일부 해양 생물의 허용 한계를 초과할 수 있다”고 말했다.
(Science of the Total Environment, 2022; doi:10.1016/j.scitotenv.2022.158683)
출처: Institut de Ciències del Mar(ICM-CSIC) "Green Soul, Beautiful Science" 

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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