[뉴스스페이스=이종화 기자] 과학자들은 번개가 대기 오염에 미치는 영향을 실시간으로 추적하는 데 처음으로 성공했으며, 뇌우가 자동차 배기가스 오염에 필적하는 속도로 질소 산화물을 대기 중에 주입하는 과정도 밝혀냈다.

8월 31일(현지시간) 미국 메릴랜드대학교 연구팀이 NASA의 첨단 정지궤도 대기질 관측 위성 TEMPO(2023년 발사)를 활용, 번개가 대기 오염에 미치는 영향을 10분 단위로 실시간 추적하는 데 세계 최초로 성공했다.

연구 결과, 미국 동부 일대에서 2025년 6월 말 집중적으로 발생한 뇌우에서 번개가 자동차 배기가스와 맞먹는 수준의 질소 산화물(NOx)을 대기에 직접 주입하는 점이 확인됐다.

번개, 전 세계 질소 산화물의 최대 15% 차지

NASA의 자료와 phys.org, miragenews, enn.com, wn.com의 보도에 따르면, 기존 연구에서도 천재지변으로 간주된 번개가 오존 생성 등 대기 화학 변화에 영향이 있다는 사실이 알려졌으나, 이번의 정밀 계측을 통해 번개가 전 세계 대기 질소 산화물 전체의 10~15%를 차지한다는 구체적 수치가 처음 제시됐다.

참고로 질소 산화물은 자동차, 공장, 발전소 등 인류 산업활동의 부산물로도 대표적이지만, 고도 대기에서 생성된 것은 훨씬 넓은 지역에 영향을 미치며 온실효과와 오존형성을 가속한다.

특히 산악 지대, 예컨대 콜로라도주의 고지대에서는 번개로 인한 오존 농도가 짧은 시간 내 급격히 상승하며, 수백 마일 떨어진 지역으로 오염물질이 이동해 천식 등 호흡기 악화를 일으킬 수 있음이 지적됐다. 연구진은 “여름철 같은 고온기엔 번개가 생성한 오존이 더욱 빠르게 축적되고, 그 피해는 지점의 대기질 관제만으로는 추적하기 힘들다”고 덧붙였다.

TEMPO 위성, 대기질 10분마다 추적…관측 범위·정확도 최고

이번 연구에 쓰인 TEMPO 위성은 북미 전역 상공 약 3만6000km(2만2000마일)에서 지상 1~2평방마일(약 3~5km²) 단위로 대기 오염물질 농도를 시간당 측정한다.

이번 실험에서는 NOAA(미국 해양대기청, National Oceanic and Atmospheric Administration)의 번개 관측 위성과 데이터를 결합, 뇌우발생시 반복 측정된 번개 횟수 데이터와 질소 산화물 농도를 실시간으로 교차 분석했다. 그 결과 특정 번개 이벤트가 폭풍 직후 대기질에 미치는 영향, 질소 산화물의 체류 시간까지 정밀하게 추적할 수 있게 됐다.

연구 책임자 케네스 피커링 박사는 “1차적으로 번개 1회가 평균 약 250몰(mol)의 질소 산화물을 직접 발생시키는 것으로 추산했다”고 밝혔다. 다만, 이날의 기록적 뇌우에서는 강한 폭풍일수록 번개 한 번당 NOx 발생량은 감소하는 경향도 나타나, 향후 고주파 실측 데이터로 추가 연구가 이뤄질 예정이다.

번개, 대기 오염원이자 ‘정화제’ 역할 동시에

한편 새로 밝혀진 사실은 ‘번개=오염’ 공식에 반전이 있다는 점이다. 번개로 인한 대기 반응 과정에서 수산화 라디칼(OH radical)이 생성되며, 이는 오히려 메탄 등 온실가스 제거(산화·분해)에 핵심적이다. 즉, 번개는 오염물질인 질소 산화물을 생성하는 동시에 대기정화의 결정적 역할도 하는 자연적 ‘양면성’을 가진 것으로 밝혀졌다.

인류 활동·자연 오염 구분해 기후 모델링 정밀도 대폭 강화

원래 20개월로 계획된 TEMPO의 임무는 측정 정확도와 데이터를 바탕으로 2026년 9월까지 연장됐다. NASA와 미 정부, 그리고 미국 환경과학계는 향후 이 데이터를 기반으로 자연 유래 대기 오염과 인류가 배출한 인공 오염원을 정교하게 구분하는 동시에, 미래 기상 예측 및 기후 시나리오 모델의 신뢰도를 대폭 높일 수 있을 것으로 기대한다.