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제 1 장 서 론
제 1 절 연구개발의 필요성
연안지역에서 수 ㎜ 크기의 작은 플라스틱 조각의 출현 사실이 1970년대에 최초로 발표되었고(Carpenter et al., 1972), 현미경 수준에서 식별되는 미세플라스틱의 양이 해양환경에서 증가하고 있다는 사실이 2004년에 보고되면서 ‘마이크로플라스틱 (microplastics)’이라는 용어가 처음으로 사용되기 시작하였다. 본 사업의 연구팀은 마 이크로플라스틱을 ‘미세플라스틱’으로 한글화하여 사용하기로 하였다. 국제적으로 합의 된 미세플라스틱에 대한 정의는 아직 없다. 현재까지 통용되는 미세플라스틱에 대한 설명을 요약하면, ‘의도적으로 제조되었거나 또는 기존 제품이 조각나 미세화된 크기 5 ㎜ 이하의 합성 고분자화합물’과 같이 정리될 수 있다. 의도적으로 제조된 미세플라 스틱은 1차 미세플라스틱(primary microplastics)에 해당되며, 플라스틱의 원료 물질로 사용되는 레진펠렛(pre-production resin pellet), 세정제 화장품의 스크럽(scrub), 페인 트 제거용 마모제(abrasive) 등이 포함된다(GESAMP, 2010). 최근에는 1차 미세플라스 틱의 사용처와 제품이 늘어나고 있으며, 앞으로도 지속적으로 확대될 것으로 예상된 다. 2차 미세플라스틱(secondary microplastics)은 플라스틱 제품이 사용되는 과정 중 이나 또는 사용 후 버려진 이후에 인위적 행위 또는 자연적인 풍화에 의해서 점차 잘 게 쪼개져서 미세화된 것을 말한다. 직접적인 비교가 가능한 정량적인 조사 자료는 아 직 없으나 현재의 해양환경 중에는 2차 미세플라스틱의 양이 1차 미세플라스틱에 비 해서 월등히 많을 것으로 예상되고 있다.
해양환경 중에 존재하는 미세플라스틱은 섭식에 의해 해양생물의 체내로 유입될 수 있다. 밧줄, 그물, 비닐봉지 등의 대형 플라스틱 쓰레기는 해양생물의 ‘얽힘 (entanglement)’영향이 ‘삼킴(ingestion)'에 비하여 상대적으로 크나, 미세플라스틱의 경 우 삼킴에 의한 영향이 크다. 플라스틱 해양 쓰레기의 크기가 점차 작아지면서 이들을 먹는 해양 생물 종의 숫자가 지속적으로 증가하는 것으로 보고되고 있다(CBD, 2012).
또한 플라스틱은 석유기원의 탄화수소를 기반으로 만들어진 고분자 화합물로 높은 소 수성(hydrophobicity)을 갖고 있어 같은 소수성의 잔류성유기오염물질에 대한 높은 흡 착특성을 보인다. 크기가 작아진 미세플라스틱은 큰 플라스틱에 비해 비표면적이 커져 주변 해수 중에 존재하는 잔류성유기오염물질을 중량대비 더 많이 흡착하게 된다. 또 한 플라스틱의 제조과정에서 성형의 용이성과 플라스틱의 기능성을 향상하기 위해 다 양한 첨가제가 사용된다. 이들 첨가물질에는 중금속, 잔류성유기오염물질, 내분비계장 애물질 등이 포함되어 있다. 미세플라스틱을 섭식한 해양 생물은 미세플라스틱의 작은 크기에 의해서 물리적으로 영향을 받을 수 있지만, 아울러 섭식한 미세플라스틱으로부 터 오염물질을 흡수하여 2차적인 영향을 받을 수 있다.
해양에서 미세플라스틱이 광범위하게 존재하는 것이 알려지면서 세계적으로 미세플라스 틱의 오염은 물론 해양생물에 미치는 영향에 대한 우려가 증대되고 있는 실정이다. 국제기
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구인 유네스코의 정부간해양위원회(UNESCO-IOC)가 2010년에 4대 중기전략 목표 중 하나 인 ‘해양 생태계의 건강보호’ 분야에서 미세플라스틱을 4대 주요 이슈 중의 하나로 선정하였다.
미국과 유럽에서도 2000년대 후반부터 미세플라스틱을 연구가 시급한 주요한 해양환경 문제의 하나로 인식하고 있다. 유엔환경계획(UNEP)은 2014년에 갱신한 국제환경 현안문제에 미세플 라스틱을 포함하는‘플라스틱 해양쓰레기’를 포함시켰다(UNEP, 2014). 국제기구에서 과학자 그 룹에게 던지는 질문은 ‘현재 해양환경 중 미세플라스틱 오염은 얼마나 심각한 수준인가?’이다.
하지만 미세플라스틱은 최근에 대두된 문제로 해양환경에서 미세플라스틱의 오염의 수준과 해 양생물에 대한 위해성을 진단하기에는 아직 과학적인 자료가 턱 없이 부족한 실정이다. 따라서 2014년 5월에 개최된 국제연합의 환경총회(UNEA)에서는 과학적인 자료의 수집과 축적을 위해 서 미세플라스틱에 대한 연구를 추진할 것을 회원국에게 독려하고 있다.
해양 환경에서 미세플라스틱의 오염을 조사하기 위한 방법론은 세계적으로 아직 정립되 어 있지 못하다. 현재 다양하고 새로운 조사 방법들이 시도되고 있는 단계로 미세플라스틱 의 조사 방법을 개발하고 확립하는 것이 우선적으로 이루어져야 한다. 또한 하천과 오폐수 처리장을 통해서 육상으로부터 해양으로 유입되는 미세플라스틱에 대한 정보도 극히 제한적 이지만, 이미 해양에 쓰레기로 존재하는 플라스틱으로부터 자연적인 풍화에 의해 미세플라 스틱이 만들어지는 과정은 전혀 알려진 바가 없다. 아울러 다양한 크기와 종류의 미세플라 스틱이 해양 생물에 미치는 영향은 이제 세계적으로 조금씩 독성실험을 통해서 자료가 축적 되는 초기 단계이며, 생물독성 실험에 대한 방법론 역시 다양한 검토가 필요한 수준이다. 해 변에 표착한 대형 해양쓰레기의 오염 수준이 세계적으로 높은 우리나라의 경우도 해변 및 연안의 미세플라스틱의 오염이 높을 것으로 예상되나, 현재까지 미세플라스틱에 대한 오염 자료는 전무한 실정이다. 미세플라스틱에 의한 해양오염과 생물영향을 연구하기 위한 기획 연구가 사전에 이루어졌으며(한국해양연구원, 2012), 본 연구는 3년의 연구기간과 예산을 고 려하여 향후 중장기 연구개발 사업을 고려한 사전 선행연구 및 시범조사 개념으로 수행되었 다. 우리나라 연안 환경 중 미세플라스틱의 오염실태에 대한 기초 정보를 확보하기 위한 차 원에서 우선 시급한 오염조사 방법을 개발하고, 가장 오염이 심할 것으로 생각되는 우심해 역 중심으로 시범조사를 수행하였다.
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제 2 절 연구개발의 범위
우리나라 연안에서 미세플라스틱의 오염 수준에 대한 기초 정보를 우선적으로 확보하기 위해서 연구개발 내용은 크게 세 개의 분야로 설정하였다. 첫째, 해수면에 부유하거나 또는 해변에 존재하는 미세플라스틱의 조사를 위해 우선적으로 필요한 일부 기법을 확립하고, 오 염 수준이 높을 것으로 예상되는 우심해역에 시범조사를 시행하는 분야이다. 둘째, 미세플라 스틱 또는 중대형 플라스틱 쓰레기에 제조 중 첨가되었거나 또는 주변 환경으로부터 흡착된 일부 오염물질의 기초적인 분석법을 확립하고, 현장에서 수거된 플라스틱 중의 대상물질의 오염수준을 확인하는 분야이다. 셋째, 국내 연안 환경 중의 미세플라스틱의 오염수준과 특성 은 아직 확인되지 않았지만, 미세플라스틱이 해양생물에 미칠 수 있는 영향을 평가하기 위 한 기법을 일부 확립하는 분야이다. 위의 세 분야에 대한 연구범위를 분야별로 좀 더 자세 하게 설명하면 아래와 같다.
미세플라스틱의 오염을 평가하는 기법을 일부 확립하는 분야에서는 부유하는 미세 플라스틱의 네 가지 시료채취 방법을 비교하면서, 거제도 동부 연안 해역의 오염의 수 준을 평가하였다. 거제도 동부해역의 부유 미세플라스틱의 오염평가 결과의 비교 검증 을 위하여 차 년도에는 인근의 반 폐쇄성만인 진해만에서 오염의 수준을 평가하였다.
해변의 경우 기존에 대형 플라스틱 쓰레기의 오염이 심한 거제도 동부의 모래 해변에 서 미세플라스틱 시료의 채취 및 분석 기법을 시험하면서 오염의 수준을 시범적으로 평가하였다. 1차 년도에 거제도 동부의 모래 해변의 미세플라스틱 오염의 수준이 상당 히 높은 것으로 밝혀지면서, 이를 비교 평가하기위하여 2-3차 년도에는 동해, 서해, 남 해의 해변을 매년 각각 6개씩 추가로 조사하여 미세플라스틱의 오염 수준을 비교하였 다. 특히 해변의 미세플라스틱 오염을 조사할 때는 중대형 플라스틱 쓰레기를 같이 조 사하여 해변에서 플라스틱 쓰레기의 크기에 따른 오염정도를 비교하였다. 미세플라스 틱의 해양환경 유입에 대한 기본적인 정보를 확인하고자, 태풍 내습 시 낙동강 하구언 의 부유쓰레기 및 진해하수종말 처리장에 대하여 시범조사를 실시하였다.
미세플라스틱 또는 중대형 플라스틱 중의 오염물질 평가 분야는 플라스틱으로부터 기존 의 잔류성유기오염물질을 추출하여 정제하는 전처리 기법을 확립하고 남해안 해변에서 수 거된 레진펠렛을 대상으로 흡착된 오염물질의 오염의 수준을 시범 평가하였다. 첨가제의 경 우 국내 해변의 해서 플라스틱 쓰레기로서 오염기여도가 가장 높은 스티로폼을 대상으로 브롬계 난 연제 성분인 HBCD의 분석법을 개발하였고, 이를 적용하여 스티로폼 해양 쓰레기에 의한 HBCD의 오염 수준을 다양한 방법으로 확인하였다. 특히 양식용으로 사용되는 스티로폼 부 자를 포함하는 폴리스티렌(polystyrene) 제품 중의 HBCD 함유 여부 및 농도 수준에 대한 조 사를 광범위하게 수행하였다. 양식에 대규모로 사용되는 스티로폼 부자에 HBCD가 높은 농도 로 함유되어 있음을 확인하였고, EPS 부자로부터 다양한 환경 조건에 따른 HBCD의 용출 특 성 및 용출된 HBCD가 주변 퇴적물을 오염시키지 여부를 진해만에서 확인하였다. 아울러 국내 외 해변 미세플라스틱 쓰레기의 상위 3종류인 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), PS의 재질별로 잔류성유기오염물질의 흡착 및 탈착 계수를 확인하여 해양 환 경 중에 유입된 미세플라스틱에 대한 오염물질의 거동의 영향을 이해하고자 하였다.