얼음 속에 존재하는 산화철 분진입자가 햇빛에 의해 철분으로 쉽게 변한다는 사실을 국내 연구진이 규명했다. 이번 연구 결과는 산화철이 해양 미세조류에게 필요한 철분으로 바뀌는 과정에 얼음이 영향을 끼치는 메커니즘을 밝혀낸 것이다. 지금까지 전혀 알려지지 않은 얼음의 역할을 조명했다는 의미가 크다.

최원용 포스텍 교수(환경공학)<오른쪽 사진>와 연구팀이 주도한 이 연구 결과는 환경 분야 최고 권위 전문지 ‘환경과학과 기술(Environmental Science & Technology)’지 온라인 판(5월 6일자)에 발표됐다. 저명 국제 과학 전문지인 ‘사이언스(Science)’지 최신호(5월 28일자)에는 편집장 선정 논문(Editors’ Choice)으로 소개됐다. 미국화학회 소식지 ‘화학과 공학 뉴스(Chemical & Engineering News)’지 최신호에도 ‘주목할 만한 연구’로 게재됐다.

최원용 교수팀은 고층 대기나 극지방의 얼음에 갇힌 산화철 입자가 햇빛과 반응하면 미세조류가 필요로 하는 철분으로 빠르게 변환됨을 입증했다. 연구에 따르면 이 현상은 얼음의 ‘결빙 농축 효과’에 의한 것이다. 결빙 농축 효과란 얼음이 얼 때 물에 녹아있던 여러 유기·무기물질이 얼음의 경계면으로 밀려나 농도가 크게 증가하는 것을 가리킨다. 이에 따라 물에 녹아 낮은 농도의 상태에선 일어나지 않는 화학반응이 얼음 농축의 결과로 활성화되는 현상이 관측되기도 한다.


 ▲결빙 농축된 얼음의 산화철 입자를 광학현미경으로 찍은 모습.

산화철은 대기 중 미네랄 분진의 주성분으로 해양 미생물에 철을 공급하는 원천이다. 그러나 미세조류가 섭취할 수 있는 철의 형태로 변환되려면 광화학적·생물학적 전환 반응이 필요하다. 결빙 농축된 얼음에 햇빛이 비치면 산화철 입자들 간 전자 전달이 쉬워져 미세조류가 섭취할 수 있는 형태인 ‘2가 철이온’으로 바뀌며, 얼음이 녹을 때 용액으로 녹아나온다.

특히 이번 연구는 대기 중 이산화탄소를 바다로 흡수해 해양 미세조류의 생산력에 영향을 미칠 수 있는 새로운 철분 공급 메커니즘을 규명했다는 점에서 의의가 있다. 최 교수는 “산화철 입자가 미세조류에게 필요한 철로 전환되는 과정에서 학계에 전혀 알려지지 않았던 얼음의 역할을 새로 밝혀낸 것”이라며 “연구 결과가 최근 학계가 주목하는 기후 변화에 따른 조류 광합성 생산력 변화 연구에 도움이 될 것”이라고 기대했다.