모든 것이 사라지지는 않는다: 해양에서 플라스틱 질량 수지의 하향식 도출
전 세계 대양의 플라스틱 질량을 예측한 모델에 대한 논문 다뤄
이종수
(사)동아시아바다공동체 오션 연구원
jongsulee@osean.net
제 366회 오션 정기 세미나에서는
전 세계 대양의 플라스틱 질량을 예측한 모델에 대한 논문을 공부하였다.
<원문>
Albert A Koelmans, Merel Kooi, Kara Lavender Law and Erik van Sebille, 2017, All is not lost: deriving a top-down mass budget of plastic at sea, Environ. Res. Lett. 12 114028
<요약>
해양 플라스틱 오염에 있어서 전 지구적 양에 대해 이해하는 것은 어려운 과제이다. 특히 해양 플라스틱의 파편화와 수직 이동 과정은 잘 알지 못한다. 하지만 플라스틱 유출, 해양 표층의 플라스틱 농도, 파편화 과정은 알려져 있다. 이 연구에서는 플라스틱 유출 자료, 표면적으로 표준화한 파편화 속도, 해양 표층 농도, 가라앉음으로 인한 표층 플라스틱 제거 등의 자료를 이용하여 전 해양 플라스틱 양에 대한 수지 모델을 제시하였다. 모델 시뮬레이션 결과,1950년 이후 2016년까지 해양으로 유출된 플라스틱의 99.8%가 해양표층 아래로 가라앉았으며 그 이후 매년 9.4백만 톤의 플라스틱이 가라앉는 것으로 예측되었다.
이 모델에 의하면 2016년 해양 표층의 플라스틱은 30만 9천톤이며, 이중 83.7%는 대형이고 13.8%는 미세플라스틱, 2.5%는 나노 플라스틱이었다. 또한 만일 플라스틱 유출량이 제로라면 해양표층의 거의 모든 플라스틱이 3년 이내에 제거될 것이라고 예측한다. 이 모델은 현재 지역적으로 한정된 모델을 보완해주며 중요한 모델 매개변수들을 보완할 미래의 실험이 필요함을 지적하고 있다.
<내용>
해양 환경에서 플라스틱의 오염은 대중, 정책 입안자들, 과학자들 사회에서 큰 관심사가 되고 있다. 플라스틱에 대한 위험성 평가는 다음과 같은 특징을 가진다. 1) 플라스틱에 대한 오염성 평가는 다양한 해양 서식지에서의 플라스틱에 대한 노출로 시작하기 때문에 복잡하다. 2) 플라스틱은 다른 오염물과 다르게 크기, 유형, 성질이 다양하다는 특징이 있다. 3) 플라스틱과 연관된 화학물질의 다양성 때문에 독성 효과 매커니즘이 복잡하다. 4) 해양 환경에서 플라스틱의 농도 범위가 아주 크다. 5) 해양의 규모로 대형플라스틱과 미세플라스틱의 분포를 제대로 측정할 수 없다. 이러한 특징으로 플라스틱에 대한 생태학적 위험 평가는 모델에 기초하여 이루어졌다. 이를 위해 계층적 접근법(Tiered approach)이 유용하게 사용되었다. 이 접근법은 전 세계 해양에 분포하는 플라스틱의 수지에 대한 모델을 수립하는데 유용하다. 우리는 이 연구에서 가용한 자료들, 즉 플라스틱 생산량, 대량의 플라스틱 농도, 플라스틱의 화학적 분해, 플라스틱의 생물 응집에 의한 가라 앉음, 플라스틱의 파편화 속도 등의 자료를 이용하여 전 세계 해양의 플라스틱 양에 대한 수지 모델을 제시하였다. 이 모델에 사용된 가정들은 다음과 같다.
① 플라스틱 유입량은 생산량으로부터 추정할 수 있다.
② 생산량의 일정한 비율이 해양으로 유입되어 부유하게 된다.
③ 해양으로 유입된 플라스틱 입자는 세가지 크기로 분류(대형, 미세, 나노)된다.
④ 해양으로 유입된 이 세가지 플라스틱의 비율은 일정하다.
⑤ 입자는 구형으로 간주 -> 그렇지 않은 입자들은 형태보정인자로 보정할 수 있다.
⑥ 대형, 미세플라스틱의 파편화가 진행된다. 이 파편화 속도는 입자의 표면적에 비례한다.
⑦ 밀도가 해수보다 큰 대형, 미세프라스틱의 가라앉음이 일어난다. 밀도가 작은 플라스틱도 생물체 응집에 의해 가라앉는다.
⑧ 초기 부유 대형 플라스틱의 양에 대해 매년 유입된 대형플라스틱의 비율은 +요인으로, 퇴적화와 미세플라스틱으로의
파편화는 –요인으로 작용한다.
⑨ 초기 부유 미세 플라스틱의 양에 대해 매년 유입된 미세플라스틱의 비율과 대형플라스틱의 파편화는 +요인으로, 퇴적화와
나노플라스틱으로의 파편화는 –요인으로 작용한다.
이 모델에 사용된 중요한 수식은 다음과 같다.
모델 결과는 다음과 같았다.
① 1950년 초기 플라스틱 유입을 시작으로 시뮬레이션해 본 결과 1950년 후반까지 플라스틱의 빠른 파편화로 해양의
플라스틱 양은 감소하였다.
② 플라스틱 생산량의 가파른 증가로 해양의 대형, 미세플라스틱의 양은 꾸준히 증가하여 아직 평형상태에 도달하지 않았다.
③ 플라스틱의 순 증가량은 2010년 대형과 미세에 대해 각각 4210톤/년, 1130톤/년이었다.
④ 나노플라스틱은 2010년 5430톤/년이었다.
⑤ 플라스틱 생산 초기에 파편화와 표층 아래로의 가라앉음으로 인한 감소가 전체 해양 표층 플라스틱 양의 두 배로 나타났다.
⑥ 이는 2010년에 세 단위 차이로 벌어진다.
⑦ 2016년까지 유입된 모든 플라스틱의 99.8%는 표층 아래로 가라앉았다.
⑧ 2016년에 매년 9.4톤의 플라스틱이 표층에서 손실되는 것으로 나타났다.
⑨ 표층에 남아있는 플라스틱의 83.7%는 대형, 13.8%는 미세, 2.5%는 나노플라스틱이다.
⑩ kf(플라스틱 파편화 속도 상수), VsMI( 미세플라스틱 퇴적화 속도)는 기존 연구들의 값들 범위 안에 들어가는 것으로
나타났다.
⑪ 민감도 분석 결과 인자들 값(A:입자의 표면적, B: 부유 입자의 비율, γ MA: 반지름, αMA:반구형보정상수, κf:플라스틱
파편화 속도 상수)을 10% 증가시키면 해양표층의 대형플라스틱은 5% 증가하는 것으로 나타났다.
⑫ 미세플라스틱의 변화는 2-9%의 범위로 나타났다.
⑬ 표층으로부터의 침강은 입자가 반드시 바닥에 가라앉는 것을 의미하지는 않는다. 즉 증층에 떠 있는 양을 포함한다.
이 연구의 목적은 해양 플라스틱의 전 지구적 수지를 이해하기 위한 것으로 여기에는 사라진 플라스틱에 대한 저장소와 종착지에 대한 이해를 포함한다. 연구 결과 파편화와 가라앉음이 표층에 부유하는 플라스틱의 빠른 제거에 기여하는 것으로 나타났다. 또한 해양표층의 대형과 미세플라스틱이 비교적 짧은 체류 시간을 갖는다는 이전 연구를 지지해 준다. 이 연구의 목적은 확실하게 미래의 플라스틱 양을 예측하는 것이 아니며 플라스틱의 파편화와 가라앉음을 이해하는데 유용한 도구가 될 것으로 판단된다. 이 모델 결과가 현실을 나타낸다면 표층 아래에 상당한 양의 플라스틱이 존재하고 따라서 중층과 저층에 서식하는 군집에 대한 영향에 더 많은 관심을 기울여야 함을 시사해 준다. 또한 해양으로 유입되는 플라스틱 양을 줄이기 위한 감소정책에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
<세미나 동영상 링크>
https://youtu.be/i0OXl0SaZVI
모든 것이 사라지지는 않는다: 해양에서 플라스틱 질량 수지의 하향식 도출
전 세계 대양의 플라스틱 질량을 예측한 모델에 대한 논문 다뤄
이종수
(사)동아시아바다공동체 오션 연구원
jongsulee@osean.net
제 366회 오션 정기 세미나에서는
전 세계 대양의 플라스틱 질량을 예측한 모델에 대한 논문을 공부하였다.
<원문>
Albert A Koelmans, Merel Kooi, Kara Lavender Law and Erik van Sebille, 2017, All is not lost: deriving a top-down mass budget of plastic at sea, Environ. Res. Lett. 12 114028
<요약>
해양 플라스틱 오염에 있어서 전 지구적 양에 대해 이해하는 것은 어려운 과제이다. 특히 해양 플라스틱의 파편화와 수직 이동 과정은 잘 알지 못한다. 하지만 플라스틱 유출, 해양 표층의 플라스틱 농도, 파편화 과정은 알려져 있다. 이 연구에서는 플라스틱 유출 자료, 표면적으로 표준화한 파편화 속도, 해양 표층 농도, 가라앉음으로 인한 표층 플라스틱 제거 등의 자료를 이용하여 전 해양 플라스틱 양에 대한 수지 모델을 제시하였다. 모델 시뮬레이션 결과,1950년 이후 2016년까지 해양으로 유출된 플라스틱의 99.8%가 해양표층 아래로 가라앉았으며 그 이후 매년 9.4백만 톤의 플라스틱이 가라앉는 것으로 예측되었다.
이 모델에 의하면 2016년 해양 표층의 플라스틱은 30만 9천톤이며, 이중 83.7%는 대형이고 13.8%는 미세플라스틱, 2.5%는 나노 플라스틱이었다. 또한 만일 플라스틱 유출량이 제로라면 해양표층의 거의 모든 플라스틱이 3년 이내에 제거될 것이라고 예측한다. 이 모델은 현재 지역적으로 한정된 모델을 보완해주며 중요한 모델 매개변수들을 보완할 미래의 실험이 필요함을 지적하고 있다.
<내용>
해양 환경에서 플라스틱의 오염은 대중, 정책 입안자들, 과학자들 사회에서 큰 관심사가 되고 있다. 플라스틱에 대한 위험성 평가는 다음과 같은 특징을 가진다. 1) 플라스틱에 대한 오염성 평가는 다양한 해양 서식지에서의 플라스틱에 대한 노출로 시작하기 때문에 복잡하다. 2) 플라스틱은 다른 오염물과 다르게 크기, 유형, 성질이 다양하다는 특징이 있다. 3) 플라스틱과 연관된 화학물질의 다양성 때문에 독성 효과 매커니즘이 복잡하다. 4) 해양 환경에서 플라스틱의 농도 범위가 아주 크다. 5) 해양의 규모로 대형플라스틱과 미세플라스틱의 분포를 제대로 측정할 수 없다. 이러한 특징으로 플라스틱에 대한 생태학적 위험 평가는 모델에 기초하여 이루어졌다. 이를 위해 계층적 접근법(Tiered approach)이 유용하게 사용되었다. 이 접근법은 전 세계 해양에 분포하는 플라스틱의 수지에 대한 모델을 수립하는데 유용하다. 우리는 이 연구에서 가용한 자료들, 즉 플라스틱 생산량, 대량의 플라스틱 농도, 플라스틱의 화학적 분해, 플라스틱의 생물 응집에 의한 가라 앉음, 플라스틱의 파편화 속도 등의 자료를 이용하여 전 세계 해양의 플라스틱 양에 대한 수지 모델을 제시하였다. 이 모델에 사용된 가정들은 다음과 같다.
① 플라스틱 유입량은 생산량으로부터 추정할 수 있다.
② 생산량의 일정한 비율이 해양으로 유입되어 부유하게 된다.
③ 해양으로 유입된 플라스틱 입자는 세가지 크기로 분류(대형, 미세, 나노)된다.
④ 해양으로 유입된 이 세가지 플라스틱의 비율은 일정하다.
⑤ 입자는 구형으로 간주 -> 그렇지 않은 입자들은 형태보정인자로 보정할 수 있다.
⑥ 대형, 미세플라스틱의 파편화가 진행된다. 이 파편화 속도는 입자의 표면적에 비례한다.
⑦ 밀도가 해수보다 큰 대형, 미세프라스틱의 가라앉음이 일어난다. 밀도가 작은 플라스틱도 생물체 응집에 의해 가라앉는다.
⑧ 초기 부유 대형 플라스틱의 양에 대해 매년 유입된 대형플라스틱의 비율은 +요인으로, 퇴적화와 미세플라스틱으로의
파편화는 –요인으로 작용한다.
⑨ 초기 부유 미세 플라스틱의 양에 대해 매년 유입된 미세플라스틱의 비율과 대형플라스틱의 파편화는 +요인으로, 퇴적화와
나노플라스틱으로의 파편화는 –요인으로 작용한다.
이 모델에 사용된 중요한 수식은 다음과 같다.
모델 결과는 다음과 같았다.
① 1950년 초기 플라스틱 유입을 시작으로 시뮬레이션해 본 결과 1950년 후반까지 플라스틱의 빠른 파편화로 해양의
플라스틱 양은 감소하였다.
② 플라스틱 생산량의 가파른 증가로 해양의 대형, 미세플라스틱의 양은 꾸준히 증가하여 아직 평형상태에 도달하지 않았다.
③ 플라스틱의 순 증가량은 2010년 대형과 미세에 대해 각각 4210톤/년, 1130톤/년이었다.
④ 나노플라스틱은 2010년 5430톤/년이었다.
⑤ 플라스틱 생산 초기에 파편화와 표층 아래로의 가라앉음으로 인한 감소가 전체 해양 표층 플라스틱 양의 두 배로 나타났다.
⑥ 이는 2010년에 세 단위 차이로 벌어진다.
⑦ 2016년까지 유입된 모든 플라스틱의 99.8%는 표층 아래로 가라앉았다.
⑧ 2016년에 매년 9.4톤의 플라스틱이 표층에서 손실되는 것으로 나타났다.
⑨ 표층에 남아있는 플라스틱의 83.7%는 대형, 13.8%는 미세, 2.5%는 나노플라스틱이다.
⑩ kf(플라스틱 파편화 속도 상수), VsMI( 미세플라스틱 퇴적화 속도)는 기존 연구들의 값들 범위 안에 들어가는 것으로
나타났다.
⑪ 민감도 분석 결과 인자들 값(A:입자의 표면적, B: 부유 입자의 비율, γ MA: 반지름, αMA:반구형보정상수, κf:플라스틱
파편화 속도 상수)을 10% 증가시키면 해양표층의 대형플라스틱은 5% 증가하는 것으로 나타났다.
⑫ 미세플라스틱의 변화는 2-9%의 범위로 나타났다.
⑬ 표층으로부터의 침강은 입자가 반드시 바닥에 가라앉는 것을 의미하지는 않는다. 즉 증층에 떠 있는 양을 포함한다.
이 연구의 목적은 해양 플라스틱의 전 지구적 수지를 이해하기 위한 것으로 여기에는 사라진 플라스틱에 대한 저장소와 종착지에 대한 이해를 포함한다. 연구 결과 파편화와 가라앉음이 표층에 부유하는 플라스틱의 빠른 제거에 기여하는 것으로 나타났다. 또한 해양표층의 대형과 미세플라스틱이 비교적 짧은 체류 시간을 갖는다는 이전 연구를 지지해 준다. 이 연구의 목적은 확실하게 미래의 플라스틱 양을 예측하는 것이 아니며 플라스틱의 파편화와 가라앉음을 이해하는데 유용한 도구가 될 것으로 판단된다. 이 모델 결과가 현실을 나타낸다면 표층 아래에 상당한 양의 플라스틱이 존재하고 따라서 중층과 저층에 서식하는 군집에 대한 영향에 더 많은 관심을 기울여야 함을 시사해 준다. 또한 해양으로 유입되는 플라스틱 양을 줄이기 위한 감소정책에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
<세미나 동영상 링크>
https://youtu.be/i0OXl0SaZVI