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  • 제327회 세미나: 해양의 미세플라스틱

  • 19.05.23
    조회수 115
첨부파일

(사)동아시아바다공동체 오션 이종수
jongsulee@osean.net

 

해양 환경의 미세플라스틱



이 논문은 제327회 오션 정기세미나에서 공부한 것으로 해양에서 미세플라스틱 생성되는 과정과 환경에 대한 영향을 다루었다.


원문
Anthony L. Andrady, 2011. Microplastics in the marine environment. Mar. Pllut. Bull 62:1596-1605


요약
이 논문에서는 해양에서 미세플라스틱이 생성되는 과정과 해양생태계에 대한 잠재적인 영향을 검토하였다. 해변에서 플라스틱은 풍화 과정을 거치면서 표면이 갈라지고 틈이 생기게 된다. 이렇게 풍화가 진행되면 미세플라스틱이 생성되어 파도와 바람에 의해 해수로 유입된다. 해수에 존재하는 미세 무기물과는 달리 미세플라스틱인 난분해성유기오염물질(POPs)을 흡착시킨다. 결과적으로 난분해성유기오염물질을 흡착시킨 미세플라스틱은 생물체에 의해 섭취될 수 있다. 섭취된 미세플라스틱의 먹이사슬을 통한 생물체 이용률은 잘 알려져 있지 않다. 해양의 플라스틱 오염이 점점 중기하기 때문에 해양 먹이사슬에 대한 미세플라스틱의 영향에 대해 잘 이해하는 것이 중요하다.


주요 내용
1. 해양의 미세플라스틱
플라스틱 쓰레기에 대한 보고가 1970년대 초반에 보고된 당시에는 주목을 받지 못하다가 생물체에 대한 피해가 보고되면서 서서히 연구자들의 주목을 받게 되었다. 특히 미세플라스틱에 대한 관심과 염려가 증폭되었다. 플라스틱은 다용도로 성형이 가능하며 가볍고 강하고 가격이 싸다는 장점이 있다. 생산량을 용도별로 나누어 살펴보면 포장재가 39.9%, 건축자재가 19.7%, 운송수단이 10%, 전기제품이 6.2%를 차지한다. 화학 조성별로 살펴보면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐이 가장 많이 생산되면 이러한 폴리머들이 해양에서 발견된가능성이 높다고 할 수 있다. 해양 플라스틱 쓰레기의 80%는 육상기인이며 어구들의 플라스틱화로 어업쓰레기가 18%를 차지한다. 또한 양식장도 플라스틱 쓰레기의 주요 발생원이다. 생산량의 많은 부분을 차지하는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 해수보다 밀도가 작기 때문에 부유하게 되며 해수에 떠다녀 멀리 남북까지 이동하여 전 세계 어느 곳에서나 발견된다. 미세플라스틱은 생성과정에 따라 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱으로 나뉜다. 플라스틱은 소수성으로 표면에 난분해성유기오염물질을 흡착하기 쉽다. 이러한 난분해성 유기오염물질은 생물제가 플라스틱을 섭취할 경우 탈착되어 체내에 흡수되어 생물농축을 일으킬 가능성이 있다.


2. 해양환경에서 미세플라스틱의 분해
플라스틱의 분해란 폴리머의 분자량을 상당히 줄이는 화학 변화를 말하며 폴리머의 물리적 성질은 고분자량에서 기인하기 때문에 분해는 폴리머를 약하게 만든다. 분해된 폴리머는 쪼개져 가루로 되고 주로 미생물에 의해 생분해가 일어나게 된다. 이 과정이 계속되어 이산화탄소와 물로 완전히 분해되면 이를 미네랄화(mineralisation)라 부른다. 플라스틱에 발생하는 분해를 요약하면 다음과 같다.


생물분해: 미생물에 의한 분해
광분해: 빛에 의한 분해
열산화분해: 상온에서 느린 산화 반응
열분해: 고온에 의한 분해
가수분해: 물과 반응


해양환경에서 폴리머는 주로 자외선에 의해 분해된다. 일단 분해가 시작되면 더 이상 자외선에 대한 노출이 없어도 열산화반응에 의한 분해가 일어나게 된다. 이를 자가촉매 분해 반응이라 부른다. 분해가 일어나면서 폴리머의 분자량이 줄어들고 산소가 많은 그룹(화학 구조상)이 폴리머 내에 만들어지게 된다. 분해에 관여하는 다른 반응들은 빛에 의해 시작된 산화반응보다 몇 단위 느린 속도로 이루어진다.
이러한 자외선에 의한 분해는 해변이나 공기중에서는 효과적으로 일어나지만 해수에 떠 있으면 훨씬 느려진다. 해수에서 분해 속도가 느려지는 것은 낮은 해수의 온도와 산소함유율 때문이다.
하지만 광범위하게 풍화된 플라스틱도 분자량이 몰 당 수만 그램에 이르는데 이런 경우도 생분해는 쉽게 일어나지 않는다. 생분해가 일어나려면 분자량이 몰 당 500그램에 이르러야 하기 때문이다. 따라서 빛으로 유도된 산화 반응에 의해 플라스틱의 입자 크기 감소는 메조플라스틱이나 미세 플라스틱의 생분해를 보장하지는 않는다.


3. 미세플라스틱의 발생원
미세플라스틱은 발생원에 따라 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱으로 나뉜다. 1차 미세플라스틱은 생산될 때부터 미세크기로 생산되는 것을 말하며 화장품속 마이크로비드, 샌드블래스트 연마제 속 폴리아크릴과 폴리에스테르, 펠렛 등이 여기에 속한다. 2차 미세플라스틱은 중형이나 대형 플라스틱의 파편화로 생성되며 대부분의 미세플라스틱이 여기에 속한다. 중형이나 대형의 플라스틱 쓰레기가 놓이는 해변 모래는 여름철 40℃까지 올라가고 햇빛으로 시작된 산화 반응이 분해를 가속화시킨다. 특히 불투명한 플라스틱인 경우 햇빛의 높은 흡광계수, 물질 내부로 산소 확산을 방해하는 필러 등으로 산화 반응이 표면에서 일어나게 된다. 이러한 반응은 자외선 안정제가 없는 펠렛에서 더 빨리 일어나게 된다. 표면에서 발생한 산화로 플라스틱 표면은 약하고 깨지기 쉽게 되며 수많은 틈과 구멍이 만들어진다. 습도와 온도, 모래에 의한 마찰 등으로 유발되는 스트레스에 취약해져 결국 플라스틱은 파편화된다.
미세플라스틱이 해변에서 만들어진다는 것을 인식하면 효과적인 감소 전략으로 해변 청소의 중요성을 인식하게 될 것이다. 이는 해변의 심미적인 가치를 증대시킬 뿐만 아니라 먹이사슬의 건강성 담보에도 중요하며 결국 생태계 건강에 중요하다.


4. 섭취된 미세플라스틱의 독성
섭취된 미세플라스틱을 분해하는 엔자임이 없기 때문에 섭취된 미세플라스틱은 흡수되지 않고 생물학적으로 비활성이다. 따라서 독성을 야기하는 것은 흡착된 유기오염물질(PCBs, DDTs, PBDE)이다. 플라스틱이 독성을 일으키는 화학물질은 다음과 같이 나눌 수 있다.


① 모노머(제조과정에서 생김) 또는 독성있는 첨가제
② 플라스틱의 분해과정에서 생기는 중간 물질의 독성: 예로 불에 태운 폴리스틸렌은 스틸렌렌과 방향족 화합물을 만듦
③ 해수에서 흡착된 유기오염물질


해수속의 유기오염물질은 높은 물-폴리머 분배계수(Kp/w)를 가지기 때문에 물보다는 폴리머에 더 잘 흡착된다. 흡착된 유기오염물질이 탈착되나 이 속도는 매우 느려 퇴적물에서의 탈착 속도가 폴리머보다 빠르다고 할 수 있다. 평형상태에 도달하면 플라스틱은 고농도의 유기오염물질의 오염원이 될 수 있다. 또한 폴리머는 중금속도 흡착시킨다. 폴리머는 소수성이지만 산화된 표면이 금속과 결합하는 기능을 가지기 때문이다.
플라스틱 섭취로 미세플라스틱 속 고농도의 유기오염물질이 먹이사슬을 통해 이동할 수 있다는 점에서 생태학적 위협이 될 수 있다. 미세플라스틱과 나노플라스틱은 동물성플랑크톤 먹이인 식물성플랑크톤 크기와 비슷한 크기이며 동물성플랑크톤이 미세플라스틱을 섭취한다는 보고가 있었지만 그에 이어지는 유기오염물질의 생체흡수에 대한 연구는 미미한 상태이다.


5. 해양의 나노플라스틱
나노플라스틱은 중형이나 미세플라스틱의 분해로 생기며 이들은 공기나 수중에서 서로 뭉쳐 덩어리가 되기 쉽다. 덩어리는 다시 분리되어 다른 물질들과 뭉치기도 한다
덩어리가 원래 일차 나노플라스틱과 동일한 생체적 영향을 끼치는 지에 대해서는 알려진 바가 없다. 나노플랑크톤과 피코플랑크톤은 가장 많은 플랑크톤 그룹이기도 하지만 가장 많은 일차생산성을 담당한다. 나노플라스틱이 이들과 크기가 비슷하기 때문에 이들간의 상호작용에 대한 이해가 중요하다.


결론
플라스틱 생산량 증가와 더불어 해양 환경의 플라스틱과 미세플라스틱 양이 증가하고 있다. 미세플라스틱과 나노플라스틱은 분해가 잘 되지 않으며 유기오염물질을 흡수하는 성향으로 생태계를 위협하고 있다. 플랑크톤은 먹이 사슬에서 중요한 부분을 담당하므로 이들에 대한 위협은 해양에 심각한 영향을 끼친다. 이러한 영향을 정량화하고 증가할 미세플라스틱이 해양에 끼칠 영향을 예측하는 것이 긴급한 과제이다.


토론
이 논문은 화학자의 관점에서 미세플라스틱의 발생과 영향을 포괄적으로 잘 요약하였다.
반면에 이 논문이 쓰여진 2011년 이후에 많은 연구가 진행되었기 때문에 새로 연구된 부분을 반영하지 못하고 있다.

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