중국발 황사가 전국을 덮치면서 지난 29일부터 30일 오전까지 곳곳의 미세먼지 농도가 올해 들어 최악 수준으로 치솟았다. 하지만, 30일이 되자 하늘은 맑았다. 그 이유는 무엇일까?
초미세먼지의 농도가 비교적 빠르게 안정됐기 때문이다. 30일 오전 전국의 미세먼지 농도가 ‘매우 나쁨’, ‘나쁨’ 이었다. 반면, 초미세먼지 농도는 충남과 제주 일부 지역을 제외하곤 ‘보통’이었으며, 오후가 되자 서울, 강원, 경북 지방은 ‘좋음’으로 대기 질이 안정됐다. 미세먼지 농도는 ▲0~30㎍/㎥ ‘좋음’ ▲31~80㎍/㎥ ‘보통’ ▲81~150㎍/㎥ ‘나쁨’ ▲151㎍/㎥ 이상 ‘매우 나쁨’으로 구분된다. 초미세먼지 농도는 ▲0~15㎍/㎥ ‘좋음’ ▲16~35㎍/㎥ ‘보통’ ▲36~75㎍/㎥ ‘나쁨’ ▲76㎍/㎥ 이상 ‘매우 나쁨’이다.
◇뿌연 하늘은 태양 빛 산란 때문
초미세먼지보다 입자 크기가 큰 미세먼지나 황사가 기승을 부릴수록 하늘이 더 뿌열 것 같다. 입자가 하늘을 메꿔 잿빛으로 보이는 거라 생각하기 쉽기 때문. 하지만, 그러기엔 입자가 너무 작다. 미세먼지는 지름 10㎛ 정도로 머리카락의 1/7 정도고, 초미세먼지는 그보다도 작은 2.5㎛밖에 되지 않는다. 황사 입자의 크기는 5~8㎛로 미세먼지에 속한다.
하늘이 뿌예지는 이유는 태양 빛의 산란 때문이다. 태양 빛이 지구로 들어오면 대기 중 떠다니는 물질에 의해 흡수와 산란이 일어난다. 산란은 파동이나 입자선이 물체와 충돌해 여러 방향으로 흩어지는 현상이다. 이때 미세먼지나 에어로졸로 일어나는 산란은 '미 산란이론'(Mie Scattering)으로 설명할 수 있다. 미세먼지와 초미세먼지가 공기 중에 많아지면 거의 모든 파장의 빛을 전부 산란시키는 ‘미 산란’에 의해 가시광선의 모든 영역 대 파장(380~800nm)이 고르게 산란하면서 우리 눈에 뿌연 색으로 보이게 된다. 가시광선 중 물체에 흡수되지 않고 반사된 빛이 우리 눈엔 색으로 인지되는데, 모든 가시광선이 반사되면 우리 눈은 하얗거나 뿌옇게 인지한다.
◇초미세먼지 농도 높을수록, 습도 높을수록 하늘 뿌예
미세먼지보다 초미세먼지가 하늘의 뿌연 정도에 더 큰 영향을 준다. 빛의 파장과 입자의 크기가 비슷할수록 산란이 잘 일어나는데, 가시광선의 파장은 약 0.4~0.8㎛로 2.5㎛ 이하 크기인 초미세먼지와 더 크기가 유사하다. 또 농도 당 표면적도 초미세먼지가 더 크다. 미세먼지 농도는 1㎥당 총량(㎍)으로 측정된다. 미세먼지 무게가 10㎍이고, 초미세먼지 무게가 1㎍이라고 가정했을 때 농도가 같은 10㎍/㎥로 측정됐다면 미세먼지 입자는 1개 들어 있는 것이고, 초미세먼지는 10개 들어 있는 것이다. 입자가 많은 초미세먼지에서 당연히 빛이 산란하는 정도가 크다. 실제로 국립환경과학원에 따르면 초미세먼지가 시정(목표물을 명확하게 식별할 수 있는 최대 거리) 감소에 미치는 영향이 일산화탄소나 아황산가스 등 대기오염물질보다 9.0~10.1배 높은 것으로 알려졌다.
빛의 산란은 습도와도 관련이 있다. 습도가 높아질수록 산란의 정도는 커진다. 미세먼지나 초미세먼지 농도가 낮아도 습도가 높으면 시정이 악화한다. 미세먼지나 초미세먼지 농도가 높은데, 습도까지 높다면 더 순도 높은 잿빛 하늘을 볼 수 있다. 초미세먼지 농도가 80㎍/㎥ 이상일 경우 습도가 10% 상승할 때마다 시정이 평균 13.8%가량 감소한다는 연구 결과도 있다. 반대로 건조한 날 미세먼지가 많다면 시야가 비교적 깨끗해 보일 수 있다.
◇쾌청한 하늘로 대기 질 맑다고 생각하면 안 돼
미세먼지와 초미세먼지 농도와 상관없이 하늘은 맑을 수 있기 때문에, 파란 하늘로 대기 질이 좋다고 안도하는 것은 금물이다. 미세먼지는 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에 의해 1급 발암물질로 지정된 물질이다. 일반적인 먼지는 크기가 커서 코털이나 기관지 점막에서 걸러져 배출되지만, 미세먼지는 걸러지지 못한 채 그대로 폐에 들어가 문제가 된다. 혈액을 통해 전신으로 퍼져 심혈관계의 원인이 될 수 있다. 초미세먼지는 미세먼지보다 흡수가 잘 돼 더 위험하다.