미세 플라스틱 쓰레기 (PG) [장현경 제작] 일러스트/연합뉴스
크기가 1µm 미만인 플라스틱 입자는 알프스 산맥 정상부터 심해까지 전 세계 어디에서나 발견되고 있다.
독일 위트레흐트 대학교 헬름홀츠 환경 연구 센터(UFZ)와 네덜란드 왕립 해양 연구소(NIOZ)의 연구팀은 북대서양의 나노플라스틱 존재를 조사했다.
연구 결과에 따르면 나노 크기의 플라스틱 입자는 온대와 아열대 해양 사이의 모든 심해에 존재한다. 질량 기준으로 나노플라스틱의 양은 미세플라스틱과 비슷하다고 9일(현지시간) 헬름홀트 환경연구센터가 보도자료를 통해 밝혔다.
이 자료에 따르면 네이처(Nature)에 게재된 한 논문은 나노 플라스틱이 이전에 생각했던 것보다 해양 플라스틱 오염에 훨씬 더 큰 영향을 미친다고 결론지었다.
플라스틱 쓰레기는 전 세계 모든 지역의 바다를 오염시킨다.
해양 동물들은 그물이나 비닐봉지와 같은 큰 플라스틱 파편에 얽히거나 작은 조각을 먹이로 오인할 수 있다. 섭취한 플라스틱은 위장관을 막거나 손상시킬 수 있다. 마이크로 및 나노 크기의 가장 작은 플라스틱 입자는 대부분 배설되지만, 일부는 장벽을 통과하여 혈류로 유입될 수 있다.
해양에는 실제로 얼마나 많은 나노플라스틱이 존재할까?
지금까지 대부분의 과학적 관심은 눈에 보이는 플라스틱과 미세플라스틱에 집중되어 왔다. 크기가 커서 연구가 용이하기 때문이다.
1µm 미만의 나노플라스틱 입자에 의한 해양 오염에 대한 정량적 데이터는 지금까지 부족했다. 나노플라스틱 입자는 매우 작고, 변화하기 쉬우며, 표준적인 방법으로는 다른 환경 입자와 구별하기 어렵기 때문이다.
2020년, 네덜란드 최대 규모의 연구선(RV Pelagia 호)을 타고 진행된 탐사에서 UFZ와 위트레흐트 대학교 연구진은 유럽 대륙붕에서 아열대 북대서양 환류까지 이어지는 횡단면을 따라 나노플라스틱의 발생을 기록했다.
시료는 12개 측정 지점에서 채취되었다.
약 10m 수심의 최상층, 약 1,000m 수심의 중층, 그리고 해저 30m 지점에서 채취되었다.
UFZ의 화학자이자 본 연구의 주저자인 두샨 마테릭 박사는 "이러한 측정 지점의 데이터를 통해 북대서양에서 나노플라스틱의 수직 및 수평 분포에 대한 결론을 도출할 수 있다"라고 말했다.
마테릭이 이끄는 과학자들은 열 탈착(TD)과 결합된 고해상도 양성자 전달 반응 질량 분석기(PTR-MS)를 사용하여 유기 미량 기체의 농도를 측정했다.
이 TD-PTR-MS를 사용하면 시료에 있는 작은 플라스틱 입자를 연소시킬 수 있다. 가열하면 기체가 방출되고, 이 기체는 질량 분석기에서 정량화될 수 있다. 2020년 위트레흐트 대학교에서 이 방법을 개발한 마테릭에 따르면, 각 중합체는 고유한 화학적 지문을 생성하기 때문에 그 정체와 농도를 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
연구진은 12개 측정 지점에서 분석된 모든 심도에서 나노플라스틱을 검출했다.
마테릭은 "나노플라스틱은 어디에나 너무나 많은 양으로 존재하기 때문에 생태학적으로 더 이상 무시할 수 없다"라고 말했다.
연구팀은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC) 나노입자를 가장 많이 발견했는데, 이러한 소재는 일회용 및 재사용 플라스틱 병, 필름, 컵, 식기류에 일반적으로 사용된다.
거의 모든 측정 지점에서 연구진은 최상층 수층에서 이러한 유형의 플라스틱을 검출했다. 마테릭은 "대기로부터 해수면을 통해 바다로의 유입이 이루어지고, 다른 한편으로는 많은 플라스틱이 하구를 통해 유입되기 때문이다"라고 말했다.
중간층(산소가 풍부한 표층수와 산소가 부족한 심층수 사이의 층)에는 PET 나노입자가 주로 존재한다. 나노플라스틱의 농도가 더 높은 곳은 북대서양 아열대 소용돌이 지역이다. 이 지역은 해류로 인해 표면 미세 플라스틱이 축적되는 것으로 알려져 있다.
연구진은 해저 근처 수층에서 나노플라스틱 농도가 가장 낮은 것을 발견했다. 4,500m가 넘는 깊이에서도 모든 측정 지점에서 PET 나노플라스틱이 검출되었다. 이 나노플라스틱은 합성 섬유의 파편화에서 유래했을 가능성이 높지만, 이전에는 알려지지 않았던 과정에서 유래했을 가능성도 있다. 마테릭은 "나노플라스틱과 나노입자는 너무 작아서 더 큰 입자를 지배하는 물리 법칙이 더 이상 적용되지 않는 경우가 많다"라고 말했다.
연구팀은 어떤 측정 지점에서도 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP)을 발견하지 못해 놀랐다. PE와 PP는 모두 비닐봉지와 포장재에 흔히 사용되며, 이는 종종 해양 플라스틱 폐기물로 이어진다. 마테릭은 "해수면에는 PE/PP 미세 플라스틱이 많이 있지만, 태양 복사나 파도에 의한 마모로 형성되었을 수 있는 PE/PP 나노입자는 발견되지 않았다"라고 말했다.
PE와 PP 나노 플라스틱은 광물화되거나 분자적으로 변형되어 PTR-MS에서 더 이상 플라스틱으로 검출되지 않거나, 아직 알려지지 않은 다른 동적 침전 및 제거 과정이 있을 수 있다.
과학자들은 농도 측정치를 바탕으로 북대서양의 나노플라스틱 질량을 추정했다.
결과에 따르면, 약 2,700만 톤의 나노플라스틱(PET 1,200만 톤, PS 650만 톤, PVC 850만 톤)이 북대서양 최상층 수층, 온대에서 아열대 지역까지 최대 200m 깊이에 저장되어 있다.
마테릭은 "이는 대서양 전체의 거시 및 미세 플라스틱 추정 질량과 동일한 수준"이라고 말했다.
이는 나노플라스틱이 해양 플라스틱 오염의 상당 부분을 차지하지만, 현재 해양 플라스틱 균형 평가에는 아직 반영되지 않았음을 의미한다.
"불과 2년 전만 해도 나노플라스틱의 존재 여부에 대한 논쟁이 있었다. 많은 학자들은 나노플라스틱이 생성되는 데 높은 에너지가 필요하기 때문에 열역학적으로 자연에서 지속될 가능성이 낮다고 여전히 믿고 있다. 저희 연구 결과에 따르면, 질량 기준으로 나노플라스틱의 양은 적어도 이 해양 시스템에서는 이전에 발견된 거시플라스틱 및 미세플라스틱 양과 유사하다"고 마테릭은 말했다.
Sophie ten Hietbrink, Dušan Materic, Rupert Holzinger, Sjoerd Groeskamp, Helge Niemann: 북대서양의 나노플라스틱 농도, Nature , DOI: 10.1038/s41586-025-09218-1
윤구현기자