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에어로졸은 공기 중에 부유하고 있는 작은 고체 및 액체 입자들을 지칭한다¹⁾²⁾. 에어로졸은 배출 원으로부터 직접 배출되기도 하며 기체들이 공기 중에서 입자상 물질로 변환되어 생성되기도 한다. 에어로졸의 크기는 직경이 수 나노미터(nm)부터 수십 마이크로미터이다 ²⁾. 이는 일반적인 성인의 머리카락 직경이 70-90 마이크로미터인 것을 감안할 때 상당히 작은 것이다. 주된 배출원으로는 인간의 화석연류 연소, 화산활동, 바다에서의 물보라, 사막먼지 등의 인위적이거나 자연적인 여러 요인이 있다. 에어로졸은 공기 중에서 다양한 물리/화학 반응을 통해서 그 크기와 구성성분이 변화한다. 또한 수증기가 과포화 된 지역에서는 에어로졸의 활성화를 통해 안개나 구름 등 작은 물방울의 씨앗으로 그생성에 기여한다. 에어로졸이 공기로부터 제거되는 주된 기작은 강수에 의한 습성침적 현상이다. 에어로졸의 생성과 소멸에 기여하는 여러 현상들은 지역적으로 차이가 많이 나기 때문에 에어로졸의 농도와 구성성분은 지역에 따라 큰 차이가 존재한다 ²⁾. 에어로졸의 공기 중 질량농도를 나타낼 때는 공기 중 부유하고 있는 에어로졸의 전체농도의 합을 나타내는 TSP (Total Suspended Particulate matter) 와 공기 중 부유하고 있는 직경이 x µm 보다 작은 에어로졸의 농도의 합을 PMx로 표시한다.

그림 1. 미국 항공우주국(NASA; The National Aeronautics and Space Administration)의 MISR ( Multi-angle Imaging SpectroRadiometer)로부터 관측된 전세계 에어로졸의 계절별 분포 (출처: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA04333).

대류권 에어로졸은 황산염, 암모늄, 질산염, 나트륨과 같은 이온성분들과 납, 철, 구리, 티타늄 등과 같은 미량 금속물질들 그리고 탄소물질과 물로 구성되어 있다. 이온성분은 다양한 배출원에서 기원한다. 탄소물질은 유기탄소와 원소탄소로 나누며 원소탄소는 검댕이나 블랙카본으로 부르며 대부분 연소과정에서 발생되어 대기 중으로 직접 유입된다. 유기탄소 입자들은 배출원으로부터 직접 배출되거나 낮은 휘발성 유기기체들이 응결되어 생성된다. 에어로졸 구성성분 중 미량금속들은 연소과정에서도 일부 발생하지만 황사나 화산활동 등 자연적 요인에서도 많이 생성된다²⁾.

그림 2. 대기 에어로졸의 입경 분포 (출처: 한국기상학회).

화산 분출: 화산 분출을 통하여 다량의 황산, 황화수소 및 염산이 대기로 배출된다. 배출된 에어로졸들은 환경과 인간의 삶에 악영향을 미친 후 산성비를 통해 지구로 되돌아간다.

에어로졸은 직간접적인 방법으로 지구의 에너지 수지와 상호 작용한다.

직접적인 영향(direct effect): 에어로졸이 들어오는 태양 복사를 산란시키고 흡수하는 것을 의미한다. 이에 따라 표면의 냉각 또는 온난화를 야기하여 지구 기후 변화에 영향을 준다.

간접적인 영향(indirect effect): 에어로졸이 태양 복사에너지와 직접적으로 상호 작용하는 형성을 방해하는 것을 의미한다. 예를들어, 에어로졸이 대기권의 구름 입자 크기를 변화시켜 구름이 빛을 반사 및 흡수하는 것을 변화시켜 결과적으로 지구의 에너지 수지를 변화시키는 것을 의미한다.

인체에 미치는 영향: 에어로졸이 오염물질을 흡수 할 때, 물의 표면 뿐만 아니라 지표면에 존재하는 오염물질에 쉽게 침적된다. 이는 환경과 인체 건강에 해를 끼칠 수 있다. 에어로졸 유효 직경이 10 μm보다 작은 입자들은 기관지에 유입 될 수 있지만, 유효 직경이 2.5 μm보다 작은 입자는 폐에서 공기를 교환하는 영역까지 유입될 수 있으며, 이는 인체 건강에 해로울 수 있다 (그림 3³⁾). 

그림 3. 폐에 대한 입자의 크기에 따른 침적도를 보여주는 계략도.

1. Hinds, William C., Aerosol Technology (2nd ed.), 1999, Wiley - interscience.
2. J.H. Senifeld and S.N. Pandis, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS - From Air Pollution to Climate Change, 1996, Wiley - interscience, 97-103
3. Medical nanoparticles for next generation drug delivery to the lungs. European Respiratory Journal, erj02128-2013.