국내 연구진이 1950년대 태평양에서 실시된 대기권 핵실험이 극지에 남긴 방사성 물질을 활용해 지구 대기 수송의 계절적 특징을 규명했다.
극지연구소는 남극과 그린란드 빙하에 남은 플루토늄-239의 미세한 흔적을 단서로, 공기가 성층권에서 대류권을 거쳐 극지로 이동하는 과정을 재구성했다고 27일 밝혔다.
연구는 대기권 핵실험의 낙진이 시간이 지나며 어떻게 전 지구적으로 확산하고 극지에 도달했는지를 확인하는 데서 출발했다. 극지연구소 한영철 책임연구원 연구진은 남극과 그린란드 등 4지점에서 채취한 빙하코어를 분석해, 1950~1980년 사이에 빙하에 축적된 플루토늄-239의 양을 정밀 측정했다.
연구 결과, 1952년 '아이비 마이크(Ivy Mike)'와 1954년 '캐슬(Castle)' 대기권 핵실험의 흔적이 서로 다르게 나타났다. 두 실험은 태평양 마셜제도의 인접한 환초(산호섬)에서 진행됐지만, '캐슬'의 흔적은 남극 빙하에 뚜렷하게 남은 반면, '아이비 마이크'의 흔적은 매우 약하거나 늦게 기록됐다.
연구진은 이 차이를 대기의 계절적 변화에서 찾았다. 핵실험 때 생긴 미세한 방사성 물질이 성층권까지 올라간 뒤, 다시 대류권으로 내려오거나 극지 방향으로 이동하는 시점이 계절에 따라 크게 달랐던 것이다.
특히 남반구 여름철에는 성층권과 대류권 사이의 교환이 활발해져, 높은 고도에 있던 물질이 더 빠르게 이동하거나 극지로 향할 가능성이 커지는 것으로 나타났다. 이번 결과는 성층권-대류권 교환이 실제로 계절에 따라 달라진다는 점을 실측 자료로 처음 입증한 사례로, 기존의 이론 모델을 뒷받침하는 근거가 됐다.
이번 연구에서 분석된 플루토늄-239의 양은 극미량으로, 연구진은 세계적으로도 손꼽히는 정밀 분석 기술을 통해 연 단위를 넘어 계절 단위의 변화까지 구분해 냈다.
동시에 극지 빙하에 기록된 핵실험 낙진이 대기 순환의 시간적 단면을 보여주는 '자연 기록계'임이 입증됐다. 이는 대기 수송 모델의 정확도를 높이고, 화산재 확산·기후변화·지구공학적 물질 주입 시뮬레이션 등 다양한 분야의 예측력 향상에 기여할 것으로 기대된다.
논문 제 1저자인 신진화 연수연구원은 "과거의 핵실험이 남긴 흔적이 오늘날의 대기 과학 연구에 쓰였다"며 "지구 대기의 '보이지 않는 길'을 추적하는 새로운 방법을 제시한 연구"라고 설명했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 15일(현지 시각) 게재됐다.
참고 자료
Science Advances(2025), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adv1172