질소산화물(nitrous oxide)은 성층권의 오존을 파괴하는 온실가스로서 이산화탄소보다 더 나쁜 물질이다. 산업혁명 이후 인간 활동의 급격한 증가로 엄청난 양의 질소가 강으로 흘러들었다. 질소는 주로 비료, 가축분뇨, 인분 등에 많이 들어있다. 강으로 흘러든 질소는 미생물에 의해 질산화(nitrification)와 탈질산화(denitrification)라는 과정을 거쳐 질소산화물로 바뀌게 된다. 오늘 기사의 주인공은 바로 이 질소산화물이다.

 
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지난해 12월 미국과학학회의 저명한 학술지인 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 실린 한 논문은 미국 전역의 72개 하천에서 측정된 자료를 기초로 하천에서 발생하는 질소산화물의 양과 비중을 정확하게 계산해 냈다. 23개 기관에서 27명의 과학자가 참여한 이 연구에서는 하천생태계가 대기 중으로 방출하는 질소산화물의 양이 과거 IPCC에서 계산한 것 보다 3배가량 많으며, 지구 전체 발생량의 약 10%에 달한다는 사실을 밝혀냈다.

생태계에서 자연스럽게 발생하는 질소산화물은 환경에 큰 영향을 주지 않는다. 하천생태계의 경우 질산염이 질소산화물로 바뀌는 경우는 1% 이하에 지나지 않는다. 대부분은 환경에 무해한 이질소(N2, dinitrogen) 기체로 바뀌기 때문이다. 하지만 탈질산화 속도와 용존무기질소(Dissolved Inorganic Nitrogen)의 농도가 동시에 높아지면 질소산화물 발생량이 증가하게 된다. 문제는 이 과정에서 지구온난화와 성층권 파괴가 가속화될 수 있다는 점이다. 이를 막기 위해서는 하천 유역의 난개발을 막아 질소가 농경지로부터 하천으로 흘러드는 것을 차단해야 한다.

하천생태계에 존재하는 질산염의 99%는 안정된 이질소로 바뀌기 때문에, 이 메커니즘을 잘 이용하면 질소산화물의 발생을 줄일 수도 있다. 예를 들어 질소산화물을 줄이기 위해 탈질산화 과정이 토양이 아닌 하천에서 집중적으로 이루어진다면 좀 더 효과적인 결과를 얻을 수 있게 된다. 이는 우리가 환경을 이해하기 위한 기초과학 연구에 더 많은 관심과 투자를 아끼지 말아야 하는 이유이기도 하다(해양연구원 선임연구원 류종성 박사).