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- 지표면 오존(O₃)은 질소산화물과 휘발성 유기화합물(VOC)이 햇빛에 반응해 생성
- 엄격한 환경 규제로 VOC배출량은 감소했음에도 도시의 오존 오염은 그만큼 안줄어
- 베이징 도심 대기 중 휘발성 VOC의 약 24%가 교통, 15% 가정,약 10% 식물에서 발생
- 수양버들과 중국산 흰포플러는 이소프렌을 특히 많이 배출하는 수종에 속한다.
- 일부 참나무 종과 호주에서 흔히 볼 수 있는 도시 수종인 유칼립투스도

놀랍게도, 도시의 가로수는 오존 스모그를 유발할 수 있다.

가로수는 공기를 식히고 정화하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 일부 수종은 오히려 대기 질을 악화시킬 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 바로 지표면 오존 생성을 촉진한다는 것이다. 그 원인은 나무에서 방출되는 휘발성 유기 화합물(VOC), 특히 이소프렌(Isopren)이다. 이소프렌은 질소산화물과 반응해 오존을 생성하며, 베이징과 같은 도시 지역의 지표면 오존 스모그의 거의 절반을 차지한다. 

▲ 베이징 전경. 이 도시의 측정 결과에 따르면 도심의 나무들이 도시 대기 중 오존 오염에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 사진: © Jinan University

도시의 가로수는 단순한 장식물이 아니라, 도시의 허파이자 에어컨과 같은 역할을 한다. 커다란 가로수 한 그루는 주변 온도를 수(數) 도 낮추고 습도를 최대 10%까지 높여준다. 또한, 도시의 먼지를 제거하고 산소를 방출한다. 따라서 도시의 녹지는 일반적으로 대기 질 개선에 도움이 된다고 여겨진다.

하지만 광저우 지난대학교의 허셴쥔(Xianjun He) 교수와 그의 동료들이 밝혀낸 바에 따르면, 현실은 그렇게 단순하지 않다. 그들은 베이징과 같이 인구 밀도가 높은 지역에서 유해한 오존 스모그를 유발하는 전구 물질의 근원을 밝히고자 했다. 지표면 오존(O₃)은 질소산화물과 휘발성 유기화합물(VOC)이 햇빛의 영향을 받아 반응하면서 생성되는 것으로 알려져 있다. 이 반응에서 생성되는 수산화 라디칼은 대기 중 산소를 유해한 오존으로 변환시킬 수 있다.

도시의 VOC 배출은 어디에서 오는 것일까?

대도시의 VOC 배출은 대부분 도로 교통에서 발생하지만, 가정 배기가스, 용제, 페인트, 세척제 등의 화학물질 배출에서도 비롯된다. 오존 스모그를 방지하기 위해 차량을 비롯한 인위적인 VOC 배출에 대한 엄격한 환경 규제가 시행되고 있다. 하지만 이상하게도 이러한 배출량은 감소했음에도 불구하고 도시의 오존 오염은 그만큼 줄어들지 않았다.

그와 그의 연구팀은 2021년 여름 동안 거의 끊임없이 대기질을 측정해 그 이유를 조사했다. 그들의 측정 시스템은 10초마다 베이징의 "화학 숨결"을 분석했다. 이 연구는 베이징 도심 대기 중 휘발성 유기화합물(VOC)의 약 24%가 교통, 15%가 가정, 그리고 약 10%가 식물에서 발생하는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이러한 생물 기원 VOC 배출의 상당 부분은 나무에서 방출되는 탄화수소인 이소프렌으로 구성되어 있었다.

▲ 도시 대기 오염 물질 전체에서 식물 유래 오존 전구물질(생물 기원 휘발성 유기 화합물)의 비율(왼쪽)과 오존 생성에 중요한 수산화 라디칼 반응성에 대한 기여도. — © He et al./ Science Advances, CC-by 4.0

도시의 나무, VOC 배출원으로 밝혀져

결정적인 발견은 허(He) 연구팀이 다양한 VOC 배출물의 수산화 라디칼 반응성을 측정했을 때 비로소 드러났다. 이 값은 각 VOC 화합물이 오존 생성 라디칼을 얼마나 효율적으로 생성하는지를 나타낸다. 분석 결과, "생물 기원 VOC 배출이 가장 중요한 원인이며, 평균적으로 수산화 라디칼 반응성의 52%를 차지한다"고 연구진은 보고했다. 특히 도시 나무에서 방출되는 이소프렌이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

이는 일반적으로 도시의 허파로 여겨지는 도시의 나무들이 오히려 대도시의 대기 질을 악화시킬 수 있음을 의미한다. "이번 결과는 생물 기원 배출이 베이징 도시 대기 오염의 주요 원인임을 강조한다"고 허 교수 연구팀은 밝혔다. 베이징만이 예외적인 사례는 아니다. "아시아와 오세아니아의 많은 도시에서 이소프렌 배출량은 베이징보다 훨씬 더 높을 가능성이 크다"고 연구진은 보고했다.

▲ 그림 1. VOC 플럭스 측정 개요 및 플럭스 기반 발생원 분석. (A) 측정된 VOC 플럭스와 (B) 측정된 OHR 플럭스에 대한 화학적 조성의 기여도. (C) 측정된 VOC 플럭스의 일주기 패턴. PMF 분석에서 도출된 네 가지 배출원의 (D) 추정된 총 VOC 플럭스와 (E) 미측정 물질을 추가한 후 추정된 총 VOC 플럭스의 OHR에 대한 기여도. (A)와 (B)에서 VOC 종의 상위 5개 기여도를 확인했으며, 나머지 종은 분자 내 산소 원자 수에 따라 CxHy, CxHyO, CxHyO2, CxHyO≥3 및 N/S 함유 종으로 분류하였다. VCP 관련 배출원은 5개 인자 PMF 해법에서 분해된 두 가지 인자(VCP 관련: OVOC 풍부, VCP 관련: 방향족 풍부)를 결합한 것이다. (출처:Tree selection in urban greening shapes air quality for global cities / Science Advances / 19 Aug) 2026)

수종이 중요하다.

하지만 모든 나무가 도시 오존 스모그를 유발하는 것은 아니다. 허 교수 연구팀이 발견했듯이, 수종에 따라 다르다. 예를 들어, 베이징에서 특히 흔한 수양버들과 중국산 흰포플러(Populus tomentosa)는 이소프렌을 특히 많이 배출하는 수종에 속한다. 일부 참나무 종과 호주에서 흔히 볼 수 있는 도시 수종인 유칼립투스 또한 이소프렌을 배출한다.

"반면, 유럽 도시에서는 이소프렌을 배출하는 수종이 훨씬 적다"고 인스브루크 대학교의 공동 저자인 토마스 칼(Thomas Karl) 교수는 설명했다. "유럽 자생 수종은 오존을 생성하는 모노테르펜(Monoterpene)을 배출하는 경우가 많지만, 이소프렌보다 배출량이 적다." 예를 들어 베를린에서는 이소프렌을 방출하는 나무 종이 도시 전체 나무의 약 30%를 차지하고, 인스브루크에서는 약 20%, 헬싱키에서는 5%를 조금 넘는 수준이다.

▲ 베이징에 있는 이 나무처럼 수양버들은 아름다워 보이지만, 특히 많은 양의 이소프렌을 방출하여 지표면 오존 생성을 촉진다. © Jinan University

무엇을 할 수 있을까?

그렇다면 이것이 도시 지역의 대기 질에 구체적으로 어떤 의미를 갖는 것일까? 칼은 "이번 연구 결과는 도시 녹화를 줄이거나 성숙한 나무를 제거하라는 의미가 아니다"고 강조했다. "오히려 나무를 선택할 때 생물 기원 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출 가능성을 추가적인 기준으로 고려해야 한다는 것을 시사한다." 예를 들어, 도시의 나무를 어차피 교체해야 한다면 이소프렌 배출량이 적은 수종을 후임으로 선택할 수 있다.

허 교수와 그의 동료들은 "베이징을 예로 들면, 이소프렌을 배출하는 나무의 10%를 이소프렌을 거의 또는 전혀 배출하지 않는 수종으로 교체하면 베이징의 이소프렌 배출량을 최소 29% 줄일 수 있다"고 설명했다. 기후 변화라는 맥락에서 이러한 적응 조치는 미래에 더욱 중요해질 수 있다. 도시 온도가 높을수록 나무는 더 많은 이소프렌을 배출하기 때문이다.

출처: Xianjun He (Jinan University, Guangzhou, China) et al., Science Advances, 2026; doi: 10.1126/sciadv.aee5583

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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