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강찬수 중앙일보 환경전문기자

미세먼지에 가습기살균제 합친 환경재앙 40년 전 있었다

국내에서는 매년 1000명 이상이 연탄가스 중독으로 사망하는 상황이 1980년대 초반까지 이어졌다. 1980년 대까지 전국에 300여 대 이상 보급된 연탄가스 중독환자 고압산소 치료기. [중앙포토]

국내에서는 매년 1000명 이상이 연탄가스 중독으로 사망하는 상황이 1980년대 초반까지 이어졌다. 1980년 대까지 전국에 300여 대 이상 보급된 연탄가스 중독환자 고압산소 치료기. [중앙포토]

요즘 환경 문제라고 하면 다들 미세먼지를 떠올리실 겁니다. 미세먼지 문제가 가장 큰 환경 문제가 됐습니다.
여기에다 아직 마무리 지어지지 않은 가습기 살균제 사고도 큰 충격을 준 이슈입니다.
 
그런데 지난 1960~80년대에 이 미세먼지 문제에다 가습기 살균제 사고를 더한 것보다 훨씬 심각했던 환경이슈가 있었습니다. 무엇이었을까요?
 

1년에 2000명씩 목숨 잃어

연탄가스 중독 문제를 다룬 1970년 9월 21일 자 중앙일보 지면

연탄가스 중독 문제를 다룬 1970년 9월 21일 자 중앙일보 지면

겨울철 연탄가스 사고 예방법을 다룬 1971년 11월 25일 자 중앙일보 지면.

겨울철 연탄가스 사고 예방법을 다룬 1971년 11월 25일 자 중앙일보 지면.

바로 연탄가스 중독 사고였습니다.
80년대 초까지 신문지면에는 “일가족 4명 연탄가스로 사망”, “OO대 교수 부부 연탄가스로 사망” 같은 기사가 자주 등장했습니다.
 
1983년 12월 1일 자 중앙일보 사설을 보면 “1953~81년 사이 28년 동안 연탄가스 중독자는 294만 명에 이르렀고, 6만 명이 사망했다”고 돼 있습니다.
1년에 대략 2000명이 연탄가스로 사망한 셈입니다.
 
미세먼지 오염으로 인해 수도권 지역의 연간 조기 사망이 1만여 명 수준이라는 것이나, 가습기 살균제 사고로 인해 사망했다고 신고된 사람이 1400여 명인 것과 비교했을 때 당시 연탄가스 중독 피해 역시 엄청났다는 것을 알 수 있습니다.
1976년 6월 3일 자 중앙일보 지면. 6월 5일 세계 환경의 날을 앞두고 연탄가스 중독 사고를 포함한 대기오염 문제를 다룬 기사다.

1976년 6월 3일 자 중앙일보 지면. 6월 5일 세계 환경의 날을 앞두고 연탄가스 중독 사고를 포함한 대기오염 문제를 다룬 기사다.

물론 연탄가스 중독사고를 환경문제로 볼 수 있느냐는 지적도 있을 수 있겠습니다.
하지만 70~80년대 당시에도 ‘기상의 날’, ‘환경의 날’이면 대기오염 문제와 결부시켜 연탄가스 중독의 개선을 촉구하는 전문가들이 있었습니다.
 
연탄가스 중독은 엄연히 실내공기 오염이라는 것입니다.
요즘 개발도상국들에서 석탄 같은 고체 연료로 인해 발생하는 실내공기 오염과 크게 다를 바 없는 것입니다.
 

산소…많아도, 적어도 환경 문제

서울 시내 한 전광판에 서울지역 오존주의보 발령 정보가 제공되고 있다. [연합뉴스]

서울 시내 한 전광판에 서울지역 오존주의보 발령 정보가 제공되고 있다. [연합뉴스]

연탄가스 중독으로 시작했지만 이번 ‘에코 파일’ 주제는 ‘산소(Oxygen)’입니다.
 
산소라고 하면 많은 분이 ‘산소 같은 여자’라는 1991년 화장품 광고를 떠올립니다. 탤런트 이영애 씨가 등장했던 그 광고입니다.

그 광고를 먼저 떠올리는 것처럼, 산소가 환경 문제와 무슨 관련이 있느냐고 생각하실 수도 있겠습니다.
 
사실 산소와 관련돼 발생하는 환경 문제가 적지 않습니다.
예를 들면, 여름철 오존 주의보가 자주 발령되는데요, 그게 바로 산소와 관련이 있습니다.
아시다시피 오존(O3)이란 게 산소 원자 3개가 모여서 만들어진 겁니다.
 
오존은 질소산화물이나 탄화수소 같은 대기오염 물질이 많아지고, 바람은 잔잔하고 태양 자외선은 강할 때 만들어집니다.
 
오존은 다시 사람 몸에 들어와서 다시 분해되면서 눈과 호흡기를 자극합니다. 기관지염이나 천식 같은 호흡기 질환을 일으킬 수 있습니다. 
 
올해 들어 7월 말까지 전국에서는 오존 주의보가 443회나 발령됐습니다. 2016년 241회나, 2017년 276회와 비교하면 배 가까이 늘어났고, 지난해 전체 발령횟수 489회에 근접한 수치입니다.
오존 주의보는 공기 중의 오존 농도가 0.12ppm 이상일 때 발령됩니다.
지난해 8월 부산 북구 강변도로 일대 낙동강 유역이 녹조현상으로 초록빛을 띠고 있다.[연합뉴스]

지난해 8월 부산 북구 강변도로 일대 낙동강 유역이 녹조현상으로 초록빛을 띠고 있다.[연합뉴스]

여름철 호수에서는 산소가 부족해 문제가 발생합니다.
부(富)영양화된 호수에서는 식물플랑크톤이 번성합니다.
짙은 녹조가 되도록 번성한 식물플랑크톤은 어느 순간부터 죽기 시작하고, 사체가 바닥에 가라앉아 썩기 시작하면 미생물이 산소를 소비합니다.
 
여름철 수심이 깊은 호수에서는 위층과 아래층 물이 잘 섞이지 않는 성층화 현상이 나타납니다.
그렇게 되면 산소 공급이 안 돼 바닥층에서는 산소가 고갈됩니다.
경기도 포천군 백로주 유원지 부근 포천천에서 한 주민이 죽은 물고기를 건져올리고 있다. [중앙포토]

경기도 포천군 백로주 유원지 부근 포천천에서 한 주민이 죽은 물고기를 건져올리고 있다. [중앙포토]

산소가 고갈되면 물고기에게 해로운 황화수소가 생성되고, 심한 경우 물고기가 떼죽음 당하기도 합니다.

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일산화탄소 중독, 실내공기 오염

일산화탄소 중독 이미지. [자료 안전보건공단]

일산화탄소 중독 이미지. [자료 안전보건공단]

다시 연탄가스 중독을 살펴보겠습니다.
 
연탄가스 중독은 쉽게 말해 일산화탄소 중독입니다. 연탄(석탄)이 타면 보통 이산화탄소(CO2)가 생깁니다. 석탄에 산소가 결합하는 것입니다.
그런데 산소가 부족하거나 해서 불완전 연소가 되면 일산화탄소(CO)가 발생합니다.
 
연탄이 탈 때, 다른 성분 때문에 연탄가스에서 냄새가 날 수 있지만, 일산화탄소 자체는 색깔도 없고, 냄새도 없습니다.
 
이 일산화탄소는 사람 혈액에서 산소를 운반하는 헤모글로빈과 반응을 아주 잘합니다.
일산화탄소는 산소보다 200~300배는 헤모글로빈과 더 잘 결합합니다.
 
이 때문에 한번 일산화탄소에 심하게 노출되면 산소 공급이 중단돼 목숨까지 잃게 되는 것입니다.
일산화탄소 농도가 200~300 ppm이면 가벼운 두통을 느끼는 정도이지만, 1만 2000 ppm(1.2%) 이상이면 1~3분 안에 목숨을 잃을 수도 있습니다.
 
일산화탄소 중독이 되면 고압 산소 치료를 받아야 합니다.
헤모글로빈과 결합한 일산화탄소를 떼 내기 위해 환자를 커다란 고압 산소 체임버(Chamber)에 넣게 됩니다.
지난해 12월 일산화탄소 중독 사고가 발생했던 강원도 강릉 펜션 사건 현장. 펜션 2층 베란다 밖에 빠져나와있는 가스보일러 배기구가 보인다. [뉴스1]

지난해 12월 일산화탄소 중독 사고가 발생했던 강원도 강릉 펜션 사건 현장. 펜션 2층 베란다 밖에 빠져나와있는 가스보일러 배기구가 보인다. [뉴스1]

과거 연탄가스 중독 사고가 잦았던 1980년대까지만 해도 전국 300여 개 이상의 고압산소 치료기가 있었습니다. 지금은 전국 22곳으로 줄었다고 합니다.
 
지난해 12월 강원도 강릉시 펜션에서 수능시험을 막 끝낸 고교생 10명이 어긋난 보일러 배기관 때문에 일산화탄소에 중독돼 3명이 숨지는 안타까운 사고가 있었습니다.
그런데, 당시 고압산소 치료기가 부족해 애를 먹었습니다.

 

에너지 얻는 데 필요한 존재

세포의 구조를 설명하고 있는 교과서 속 그림. 세포에는 소포체·골지체·미토콘드리아 등 소기관들이 있다. [사진 천재교육]

세포의 구조를 설명하고 있는 교과서 속 그림. 세포에는 소포체·골지체·미토콘드리아 등 소기관들이 있다. [사진 천재교육]

사람을 포함해 동물에게 산소가 필요한 것은 세포가 살아가는 데 산소가 필요하기 때문입니다.
포도당 같은 유기물을 분해해서 에너지를 얻는 호흡에는 산소가 있어야 합니다.
 
우리 세포는 유기물 분자 내 화학결합을 끊고 그 속에 든 에너지를 얻어냅니다.
그때 세포는 산화 환원 반응을 통해 포도당에서 전자(electron)를 떼어내 ‘전자전달계(Electron Transfer Chain, ETS)’로 보냅니다.
 
전자는 전자전달계를 이리저리 거친 끝에 마지막으로 산소와 반응해 물이 됩니다. 산소가 전자 수용체(electron acceptor)가 되는 것입니다.
동시에 포도당은 이산화탄소(CO2)로 완전히 분해됩니다.
 
호흡하는 동안 세포 내 미토콘드리아는 에너지를 확보하는 일을 담당합니다. 전자가 전달되는 과정에서 미토콘드리아 막(膜) 바깥쪽에는 수소이온(proton)이 쌓입니다.
 
막을 경계로 수소이온 농도 차가 생깁니다. 미토콘드리아 막 바깥은 높고, 막 안쪽은 농도가 낮습니다.
수소이온은 미토콘드리아 막을 바로 통과할 수는 없는데, 유일하게 막에 고정된 ATP(아데노신3인산) 합성 효소를 거쳐야 막 안으로 들어올 수 있습니다.
ATP(아데노신 3인산)의 화학구조

ATP(아데노신 3인산)의 화학구조

수소이온이 막 안으로 들어오는 것은 마치 물레방아를 돌리는 것과 비슷합니다.
그 수소이온 농도의 ‘낙차’를 이용해 ATP가 생성됩니다.

수소이온은 물이고, ATP 합성 효소는 물레방아인 셈입니다.
 
ATP는 세포가 생명을 유지하는 데 필요한 온갖 에너지를 공급합니다.
일종의 세포 내 배터리 같은 거죠. 여기저기 필요한 곳에 갈아 끼울 수 있는 건전지 말입니다.
 
ATP라는 건전지는 세포가 DNA를 만들거나 단백질을 만들 때 필요한 에너지를 제공합니다.
산소가 없으면 ATP도 만들 수 없고, 세포도 살아갈 수가 없습니다.
광합성하는 식물. [중앙포토]

광합성하는 식물. [중앙포토]

식물의 광합성의 경우는 호흡과는 반대 과정입니다.

식물의 잎 세포에 있는 엽록체에서는 태양에너지를 이용해 ATP를 합성합니다.
식물 세포는 그 ATP를 이용해 이산화탄소와 물로부터 포도당을 만들고, 부산물로 산소를 내놓습니다.
 

대기 중에는 27억년 전부터 축적

고생대 캄브리아기의 대폭발. 다양한 동물들이 한꺼번에 폭발적으로 진화한 시기다. [EPA/Northwest University of China]

고생대 캄브리아기의 대폭발. 다양한 동물들이 한꺼번에 폭발적으로 진화한 시기다. [EPA/Northwest University of China]

현재 지구 대기 중에서 산소는 약 21% 정도를 차지합니다. 산소가 그 정도 분포하는 것은 사실 식물이나 조류(藻類)의 광합성 덕분입니다.
46억 년 지구의 역사를 놓고 보면 산소가 지금처럼 늘 풍부했던 것도 아닙니다.
 
지구 탄생 처음 약 20억 년 동안에는 대기와 해양에 산소가 존재하지 않았습니다.
 
약 27억 년 전 광합성을 하는 시아노박테리아(Cyanobacteria)가 등장해 산소를 내뿜기 시작했습니다.
남조류(藍藻類) 혹은 남세균(藍細菌)으로 불리는 이 시아노박테리아가 바로 요즘 강과 호수에서 녹조(綠潮)를 일으켜 문제가 되는 생물입니다.
 
아무튼 시아노박테리아의 번성으로 24억 년 전에서 20억 년 사이에 지구 대기 중에는 산소가 차츰 증가합니다.
덕분에 태양 자외선으로부터 지구 생명을 보호해주는 성층권의 오존층도 만들어지게 됩니다.
고도 15~40km에서 나타나는 성층권 오존층(Ozone Layer). 지구 생명체를 지켜주는 보호막이다.

고도 15~40km에서 나타나는 성층권 오존층(Ozone Layer). 지구 생명체를 지켜주는 보호막이다.

증가한 산소는 일정 수준을 유지하다 약 5억5000만 년 전에 다시 급증하게 됩니다.

이 산소의 급증은 고생대 캄브리아기(Cambrian Period, 5억 4200만 년 전~4억 8830만 년 전)의 대폭발을 낳습니다. 대폭발은 동물을 비롯해 다양한 생물의 출현을 말합니다.
 
캄브리아기가 지나간 후에는 산소의 농도가 지금보다 훨씬 높은 35%에 이른 적도 있습니다.  
바로 이 석탄기(石炭紀, Carboniferous Period, 3억 6700만 년 전~2억 8900만 년 전) 당시에는 날개 길이가 75㎝, 몸통 길이가 30㎝에 이르는 잠자리가 등장하기도 하고, 몸통이 1.8m에 이르는 전갈이 등장하기도 합니다.
 
일부에서는 산소 농도가 높았기 때문에 이런 커다란 몸집을 한 곤충들이 나타나게 됐다고 주장하기도 하지만, 산소 농도보다는 경쟁자들이 없었기 때문이라고 봐야 한다는 설명이 우세합니다.
한국지질자원연구원 지질박물관 무척추동물 화석 전시관. 57점의 무척추동물 화석과 함께 캄브리아기·고생대 후반 생태적 특징을 살필 수 있는 배경화를 갖췄다. [한국지질자원연구원 제공=연합뉴스]

한국지질자원연구원 지질박물관 무척추동물 화석 전시관. 57점의 무척추동물 화석과 함께 캄브리아기·고생대 후반 생태적 특징을 살필 수 있는 배경화를 갖췄다. [한국지질자원연구원 제공=연합뉴스]

지구의 역사에서 다섯 번의 대멸종이 발생했는데, 이 중 네 차례의 멸종 당시에는 산소가 급격히 떨어졌다는 공통점이 있습니다.
 
고생대 오르도비스기나 데본기, 페름기와 중생대 트라이아스기 대멸종은 산소 농도가 15%에 못 미치는 시기에 일어났다는 것입니다.
중생대 백악기에 동안에는 산소 농도가 다시 25~35%로 높아졌다가, 이후 다시 낮아져 21% 수준을 유지하고 있습니다.
 
학자들은 대기 중의 산소 농도가 25% 이상이 되면 습한 열대 우림조차 큰 화재를 일으키며 타버릴 것이라고 말합니다.
반대로 산소 농도가 15% 이하로 떨어지면 동물들은 질식하고 마른 나뭇가지들조차 타지 않을 것입니다.
 

독성 물질로 작용하기도

혐기성 세균 종류들

혐기성 세균 종류들

한편, 오존이 산소분자와 산소 원자로 분해될 때, 떨어져 나온 산소 원자는 산소라디칼로 불립니다. 매우 불안정한 상태이기 때문에 반응성이 강해 활성산소라고도 불립니다.
 
활성산소는 인체 세포와 반응해 산화작용을 진행하기 때문에 피부 노화 등의 원인이 되기도 합니다.
이 경우 산소가 독이 될 수도, 오염물질이 될 수도 있습니다.
 
사람의 경우 2기압 이상의 순수 산소, 즉 평상시 노출되는 산소(1기압의 21%, 즉 약 0.2기압)의 10배 농도에서 호흡하면 발작을 일으키게 됩니다.
1기압의 순수 산소, 즉 평상시의 5배 산소를 계속 호흡하면 폐 손상으로 인해 생명이 위험해질 수도 있습니다.
물론 일산화탄소 중독 등 위급 상황에서는 6기압 정도까지 고압의 산소 체임버에서 치료를 하기도 합니다.
 
세균 중에는 산소가 없어도 살 수 있는 종류, 산소가 없는 데서만 살 수 있는 종류가 있습니다. 혐기성 세균(嫌氣性 細菌, anaerobic bacteria)이라고 하는 종류입니다.
 
혐기성 세균 중에서도 산소가 있을 때 살 수 없는 세균은 카탈라아제(catalase)라는 효소가 없기 때문입니다.
세포 내 대사과정에서 과산화수소(H2O2)가 생성되는데, 카탈라아제 효소가 있으면 과산화수소를 무해한 물과 산소로 전환할 수 있습니다.
하지만 카탈라아제 효소가 없으면 이 과정을 진행할 수가 없습니다.
 
문제는 산소가 없을 때는 산소호흡을 하지 못하기 때문에 유기물을 이산화탄소(CO2)로 완전히 분해하지 못합니다.
포도당을 알코올이나 젖산(유산) 등 중간 정도까지만 분해합니다. 바로 발효입니다.
 
미생물의 발효는 우리 인류에게 술도 주고, 요구르트나 치즈도 주지만 발효가 산소호흡보다 에너지를 얻는 효율이 떨어집니다.
지난달 29일 오전 부산의 한 공중화장실에서 유해화학물질인 황화수소가 누출돼 여고생이 의식불명 상태에 빠지는 사고가 발생했다. [사진 부산경찰청]

지난달 29일 오전 부산의 한 공중화장실에서 유해화학물질인 황화수소가 누출돼 여고생이 의식불명 상태에 빠지는 사고가 발생했다. [사진 부산경찰청]

미생물 중에는 산소 대신 다른 물질로 호흡합니다.

혐기성 호흡의 경우 산소 대신에 황산염이나 질산염 같은 것이 전자수용체가 됩니다.
 
산소 호흡에서 산소가 전자를 받아 물이 되는 것처럼, 황산염환원 세균은 황산염을 전자수용체로 사용해 황화수소를 만들어 냅니다.
산소 호흡과 비교하면서 이런 혐기성 호흡을 하는 미생물은 성장 속도가 아주 느립니다.
 
산소호흡은 혐기성 호흡보다 최대 10배나 많은 에너지를 생산하기 때문이다.
하지만 지구 상에서 물질의 순환에서는 아주 중요한 역할을 하는 셈입니다.

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에베레스트에 산소가 희박한 이유

1977년 에베레스트 정상에 선 산악인 고상돈. [사진 고상돈 기념사업회]

1977년 에베레스트 정상에 선 산악인 고상돈. [사진 고상돈 기념사업회]

마지막으로 하나 더. 에베레스트 산처럼 높은 곳에 올라가면 산소가 희박합니다.

지구 중력이 끌어당기는 탓입니다.
 
그래서 해수면 높이에서는 공기 밀도가 높고, 높은 산에서는 공기가 희박합니다.
더욱이 공기층이 위에서 내리누르는 압력 때문에 낮은 곳은 공기 밀도가 더 높아집니다.
대신 공기 조성은 고도와 상관없이 일정합니다.
 
다만 15~40㎞ 고도에서는 오존 농도가 다른 고도에 비해 유난히 높습니다. 바로 오존층입니다.
오존층은 지구 생명의 보호막입니다.
파괴된 남극 상공의 오존층.[중앙포토]

파괴된 남극 상공의 오존층.[중앙포토]

우리 사람에게는 산소가 꼭 필요합니다.
우리도 주위 사람들에게, 지구 생태계에 '산소 같은 사람'이 되면 좋겠습니다.

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강찬수 환경전문기자  kang.chansu@joongang.co.kr

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