| [유럽] 대기오염이 유럽의 생태계에 미치는 영향
대기오염의 악화는 정부, 산업계, 환경운동단체들의 오랜 걱정거리 중의 하나였다. 하지만 최근까지 기후변화에 의해 가속화되고 있는 질소 및 오존으로 인한 대기오염과 이것이 유럽 생태계에 미치는 영향에 관해서는 많이 연구되지 않았다. 유럽연합이 투자하는 프로젝트인 ECLAIRE는 이에 착안하여 대기오염으로 인한 생태계의 위협을 강조하자 시작되었다.
프로젝트 코디네이터인 영국 환경과학연구위원회(Natural Environment Research Council)의 Mark Sutton 박사는 “유럽의 생태계는 질소 및 오존의 대기오염으로 위한 위협 하에 있다. ECLAIRE의 주요 메시지는 기후변화로 인해 농업 및 유기물에 의한 암모니아와 휘발성 유기화합물 방출이 대기오염에 영향을 미친다는 것이다. 이러한 변화는 만약 대기변화가 유럽 전역에 거쳐 자연 서식지를 감소시킬 경우 더욱 중요하며, 특정 대기오염물질의 국가별 상한 지침(National Emissions Ceilings Directive)을 수정하여 대기오염을 완화시키기 위한 활동이 필요하다”고 말했다.
ECLAIRE 연구팀은 자연서식지와 농지를 포함하여 유럽의 몇몇 지역에서 현지관찰, 실험데이터 수집 및 복잡한 모델링을 통해 대기오염 강도와 생태적 서식지의 관계에 대해 연구하고 있다. 연구자들은 특히 두 가지 대기오염에 대해 주목한다. 첫 번째는 질소(N)로, 이는 지구상 대기의 78%를 차지하고 있으며, 동시에 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)와 같은 오염물질의 형태로 존재하며 과도한 질소는 유럽 생태계를 위협한다. 두 번째 물질은 오존(O3)으로, 이는 NOx와 휘발성 유기화합물의 결합으로 생성된다. 오존은 반응성이 크며, 자연 및 농업생태계와 반응하고, 특히 곡물생산에 큰 영향을 미친다.
현장계측은 유럽 전역에서 이루어지면 스코틀트랜드의 에딘버러 인근에 있는 지역이나 파리의 근교, 이탈리아의 만토바 근처에 있는 Bosco Fontana나, 네덜란드의 Utrecht 근교의 Speuld, 덴마크의 Brandbjergin, 우크라이나의 Odessa 근교 등에서 수행되고 있다.
구체적인 사례로 이탈리아 Po Valley 인근 Mantova의 Bosco Fontana의 Oak 숲에서 연구진은 대기오염이 이 지역에 미치는 영향을 측정하였다. 이 지역은 중공업지역으로 NOx의 농도가 높고, 동시에 농업 집중 지역으로 NH3의 배출이 높다. 연구자들은 임관(forest canopy)의 과정에서 대기오염 혼합물이 어떻게 화학적 변환을 하여 공기 중의 미세물질(PM 2.5)을 형성하면서 인간의 건강을 위협하는지에 대해 연구하였다. 또한 Po Valley 지역 전역에 걸친 현장 측정과 함께 위성을 이용하여 대기오염 농도를 측정하는 새로운 방법을 시험하였다.
이러한 현장관측을 통해 연구팀은 1900년에서 2050년까지 지역 기후의 변화와 이로 인한 숲 및 생태계의 영향을 모델링하고 미래 변화를 예측한다.
전체 연구기간의 절반이 지난 현재 시점에서 본 프로젝트는 몇몇 흥미로운 결과를 내놓았다. 예를 들어 잎의 기공으로 흡수되는 미세한 에어로졸 입자의 발견은 지난 40년간 믿어온 패러다임을 종료시켰다, “우리가 이해하는 깨끗한, 소수성(hydrophobic)의 잎의 표면은 식물의 잎을 통해 물을 흡수하는 것이 물의 표면장력 때문에 불가능하다고 생각되어 왔다. 하지만 실제 잎은 깨끗하지 않으며, 오염물질이 그 표면에 쌓여 물의 소수성을 변화시켜 식물이 물과 오염물질을 기공을 통해 흡수할 수 있다는 것을 밝혀냈다”고, Sutton 박사는 말했다. 그는 이 현상이 식물의 부족영향(drought effects)을 강화시켜 건조하고 오염된 환경에서 수분상실을 줄이지 못하게 만든다고 설명하였다.
ECLAIRE 팀의 초기 가설은 온난화로 인해 공기 중의 오염물질이 유럽 생태계에 미치는 악영향을 미친다는 것이었다. Sutton 박사는 “따뜻한 환경 하에서 기체는 덜 용해되기 때문에 NH3와 같은 대기오염물질과 휘발성 유기화합물과 같은 물질이 농업지대와 산림에서 더 많이 방출되며, 이 방출로 인해 유럽 생태계가 위협을 받기 때문에 이 물질들의 감축이 요구된다”고 말했다. 또한 이러한 결과는 회원국들이 특정 대기오염물질의 국가별 상한 지침(National Emissions Ceilings Directive)의 개정에 관한 위원회의 제안에 대해 더욱 고민하게 만든다.
ECLAIRE 연구진은 연구가 아직 완료되지는 않았지만, 현재까지의 결과로는 대기오염이 유럽의 생태계를 위협하고 있으며, 악화를 막기 위해 대기오염 배출을 저감하는 활동이 필요하다는 것을 강조한다.
<프로젝트 개요>
- 프로젝트 약칭: ECLAIRE
- 참가국: 영국, 네덜란드, 스페인, 프랑스, 핀란드, 독일, 이탈리아, 덴마크, 오스트리아, 스웨덴, 벨기에, 러시아, 불가리아, 스위스, 헝가리, 크로아티아, 우크라이나
- 전체 투자비용: 10,896,372 유로
- EU 투자비용: 6,997,001 유로
- 연구기간: 2011년 10월~2015년 9월
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 7월 16일]
[원문보기]
Researchers study the effects of air pollution on European ecosystems
Rising air pollution has been a concern for governments, business and environment campaigners for some time. Until very recently, little attention was given to the accelerator effects of climate change on nitrogen and ozone air pollution, and their consequences for Europe's ecosystems.
The European Union (EU)-funded research project ECLAIRE seeks to better understand these effects, which may both alter the air pollution threat and entail feedbacks that increase greenhouse gas emissions.
“Europe's ecosystems are under significant threat from nitrogen and ozone air pollution,” says project coordinator Mark Sutton of United Kingdom’s Natural Environment Research Council. “The emerging message of ECLAIRE is that climate change is likely to increase agricultural and biogenic air pollution, contributing to higher emissions of ammonia and volatile organic compounds in particular. These changes are likely to make mitigation actions under revision of the National Emissions Ceilings Directive even more important if the air pollution threat to natural habitats across the EU is to be reduced.” he adds.
The ECLAIRE team is investigating those implications at a number of European sites, both natural habitats and agricultural areas. Using a combination of field observations, experimental data and sophisticated modelling, the project team is examining the links between the strength of air pollution and likely effects on the ecological habitat.
The researchers are examining two pollutants in particular. The first one is nitrogen (N), a chemical element that makes up around 78% of the planet's atmosphere, but which also exists in several pollution forms, such as nitrogen oxides (NOx) and ammonia (NH3). In excessive amounts these affect plant competition, so threatening Europe’s native ecosystems. The second one is ozone (O3), which is formed from a cocktail of NOx and volatile organic compounds. Ozone is highly reactive and affects both natural and agricultural ecosystems, significantly crop production.
Field measurements are being carried out at locations with widely differing local environments across Europe. Sites are located, for example, near Edinburgh in Scotland, the surroundings of Paris, Bosco Fontana near Mantova in Italy, Speuld near Utrecht in the Netherlands, Brandbjergin in Denmark, and near Odessa in the Ukraine.
Taking the Bosco Fontana mixed oak forest near Mantova in Italy's Po Valley as an example, the ECLAIRE team is investigating in detail the effects of air pollution on the site, which is part of a heavily industrialised region – contributing high NOx emissions – as well as hosting intensive agriculture – contributing high NH3 emissions. The researchers have identified how chemical conversions in the forest canopy process this air pollution cocktail, enhancing the formation of fine particulate matter in the air (PM2.5) that also threatens human health. Together with on-the-ground measurements across the Po Valley, they have been building up a picture to increasing ly verify new methods for satellites to monitor these air pollution levels.
With the information from such field measurements, the ECLAIRE team is then modelling past and expected future changes in local climates for the period 1900–2050, and their likely impact on European forests and other ecosystems.
Now halfway through its term, the project has already produced some interesting results. The discovery of microscopic aerosol-particle uptake into the pores of leaves, for example, has ended a 40-year-old paradigm. “Our existing understanding of clean, hydrophobic (repelling water) leaf surfaces supported the fact that absorption of water into plant leaves was impossible due to water surface tension,” explains Sutton. “However, actual leaves are not clean – pollutant deposits on their surfaces can change leaf hydrophobicity – and since such deposits are always present and accumulate, plants can absorb waterborne pollutants this way,” he says, explaining that this effect can actually induce drought effects in plants as they are less able to reduce water loss in dry polluted conditions.
Critically, ECLAIRE's research team has also presented the important initial hypothesis, that climate warming is likely to worsen the threat of airborne pollutants to Europe’s ecosystems. Sutton explains: “Under warmer conditions gases are less soluble. The result is that the air pollutants like NH3 and volatile organic compounds are emitted in even larger amounts from agricultural and forest systems. These larger emissions mean that it will be even more important for Europe to take action to reduce emissions of these gases if the pollution threat to Europe’s Natura 2000 network is to be reduced.” These results are highly relevant as Member States now begin to consider the Commission’s proposals for revision of the National Emissions Ceilings Directive.
ECLAIRE researchers stress that the full quantitative analysis of the interaction between mitigation and adaptation measures has yet to be completed. However, the findings so far highlight the need for action to cut air-pollution emissions to avoid a further potential worsening of the air-pollution threat to Europe’s ecosystems.
Project details
Project acronym: ECLAIRE
Participants: UK (Coordinator), Nederlands, Spain, France, Finland, Germany, Italy, Denmark, Austria, Sweden, Belgium, Russia, Bulgaria, Switzerland, Hungary, Croatia, Ukraine
FP7 Proj. N° 282910
Total costs: € 10 896 372
EU contribution: € 6 997 001
Duration: October 2011 - September 2015
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