[일본] 잔류성 유기오염물질의 지구 규모 동태 및 생물에의 노출량 예측
제3기 중기계획의 중점 연구 프로그램 “화학물질 평가 관리 이노베이션 프로그램”에서 “화학물질 리스크 관리의 전략적 어프로치에 관한 연구(PJ3)”가 개시되었다.
이 과제에서는 화학물질의 리스크에 대한 사회에서의 관리 방법과 물질의 제조에서 폐기까지의 라이프 사이클 상 배출, 노출 시나리오에 대한 연구 및 화학물질의 환경 중 동태를 예측하는 시뮬레이션 모델의 개발이 이루어지고 있다.
화학물질의 환경 중 동태를 예측하는 모델에서는 대상이 되는 물질의 성질에 따라 고려되는 환경매체 및 시공간 규모가 크게 변화한다.
국립환경연구소 연구팀은 보다 다양한 화학물질을 다루기 위해 일본 국내 규모로 환경 중에 비교적 단기간 존재하는 물질(농약 등)을 주로 다루고 있는 G-CIEMS(Grid-Catchment Integrated Environmental Modeling System)와 지구 규모로 확산하여 환경 중에 장기간 잔류하는 물질을 다루는 FATE(Finely-Advanced Transboundary Environmental model) 등 두 종류의 다매체 모델의 개발을 수행하고 있다.
지금까지 연구대상이 된 물질은 잔류성 유기오염물질(persistent organic pollutants, POPs)이다. POPs는 난분해성, 장거리 이동성, 생물농축성 및 높은 독성이 특징으로 이러한 특성을 일정 기준 만족하면 POPs로서 인정된다.
지구 규모로 생태계로의 악영향이 우려된 화학오염물질로 국제 조약에서도 제조 및 사용을 규제하기 위해 논의가 이루어져 왔다.
대표적인 POPs는 폴리염화비페닐(PCBs) 및 다이옥신류 등 공업제품에 포함되어 있는 것과 비의도적으로 생성되는 것 또는 DDT 등 주로 살충제 및 농약으로 사용되는 것이 있다.
과거에 배출된 POPs에 대해 2004년부터 발효된 스톡홀름 조약에서 제조와 사용이 규제되고 있으며, 환경 중에서 농도는 서서히 감소되고 있다.
한편 최근 브롬계 난연제 및 불소계 화합물 등이 새롭게 추가되어 현재 24종의 물질이 POPs로서 취급되고 있다. 이러한 신규 POPs에 관한 연구는 앞으로 더욱 중점적으로 추진하는 것이 필요하다.
POPs 및 이 후보물질을 다루는 모델연구는 대상이 되는 물질이 잠재적으로 다수 존재하고 있다는 것이 큰 특징이다.
때문에 특정 물질의 상세한 동태 평가를 실시하기 전단계로서 수행하는 스크리닝 평가에 비교적 중점을 두었다.
이러한 평가에 적합한 BOX 모델 및 해상도가 거친 모델이 전통적으로 널리 연구되어 왔다. 한편 최근 10년 사이에 계산기기의 처리 능력이 크게 향상되고 배출량 등의 입력 데이터 정비도 발전되었다.
이에 따라 간단한 모델에서 물질의 수송을 시공간적으로 높은 해상도로 계산하는 보다 복잡한 모델로 연구의 주류가 서서히 옮겨가고 있다.
본 연구팀이 개발하고 있는 FATE도 이러한 고해상도 모델에 속하는 것으로 물리 프로세스에 기초하여 화학물질의 공간 수송을 계산하는 화학수송모델이 기본이 된다.
단 POPs의 경우 환경 중에 있는 공기, 물, 유기물에 유사한 수준으로 존재하기 때문에 대기뿐만 아니라 해양, 육역, 생물권에 걸친 동태를 폭넓게 고려할 필요가 있다.
FATE는 대기, 해양, 토양, 식생, 수권 등 5개 매체로 구성된 전 지구 다매체모델로 이러한 매체 사이에서 POPs의 생물 지구화학적 순환을 계산한다.
대기와 해양에서는 물리모델에 의해 얻어진 풍속, 유속, 온도, 강우량 등 기후 데이터를 이용하여 각각 수평방향 2.5도와 연직방향 20(대기), 수평방향 1.0도와 연직방향 50층(해양)의 공간 해상도에서 POPs의 3차원 수송이 계산된다.
또한 침착 등 대기-해육면 사이의 수송 및 분해와 상분배 등 대표적인 다매체 프로세스가 고려된다. 그리고 본 연구팀의 모델에서는 식생 및 해양의 저차소비자(식물 플랑크톤 및 동물 플랑크톤)로의 이행(생물농축)까지 고려하고 있다.
이러한 생물은 회전시간이 빠르기(수명이 짧다) 때문에 환경 중에서 POPs의 순환을 고려할 때 중요한 역할을 한다. 특히 플랑크톤의 사체 등 유기물 침강에 따른 심해로의 수송량은 물질에 따라 정량적으로 상당히 크다.
계산에 필요한 해양 저차소비자의 바이오매스 및 해양 내부에서 탄소순환은 위성 데이터를 이용하여 추정되고 있다.
이와 같이 대기 수송뿐만 아니라 해양에서 물리수송 및 저차소비자로의 이동까지 고려한 것이 본 모델의 특징이다.
2013년부터 새롭게 FATE를 이용한 해양수산자원에의 노출량을 예측하는 방법을 개발하고 있다.
POPs뿐만 아니라 유해물질의 환경 중에서의 농도 및 고차소비자를 포함한 생물 전반의 노출량을 지구 규모로 예측하는 것은 상당히 어려운 과제이다.
주요 요인은 생태계 구조를 지구 규모로 예측하는 것이 어렵다는 것과, 저차소비자로부터 중고차소비자로의 생물농축에 관한 지식이 부족하다는 것이다.
그러나 해양에서는 위성 데이터만을 이용한 간단한 모델링에 의해 해양생물의 바이오매스 및 영양단계 등의 생태계 구조를 예측하는 방법이 개발되어 왔다.
FATE와 이러한 위성 데이터베이스의 생태계 모델 및 기존 생물농축 모델을 통합함으로써 어류 등의 수산자원에의 노출량을 지구 규모로 예측할 수 있다.
POPs 등 다매체에서 모델링이 요구되는 물질은 간이적인 스크리닝 도구를 제외하고 연구용으로 공개되어 있는 모델이 거의 없다.
때문에 본 연구팀은 전체 모델 코드를 독자적으로 개발하는 발향으로 연구를 진행해 왔다. 2008년부터 FATE의 개발을 개시하여 이제 성과가 나오기까지 연구가 진행되었다.
POPs 이외에 다매체에서 다루는 것이 필요한 물질로는 방사성물질 및 수은 등이 있다. 특히 수은의 경우 지구 규모에서의 모델링이 요구되고 있으며, 수환경 중에서 생물에의 이동이 중요하고, 모델연구 체계가 POPs에 가까운 물질이다.
또한 수은에 관한 미즈호조약이 2013년 10월 외교회의에서 채택 및 서명되어 국제사회의 관심이 높아지고 있다. 현재 본 연구팀은 FATE를 수은으로 확장하는 준비도 진행하고 있다.
[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 11. 19]
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