492회 오션세미나  
플라스틱 부식(Plasticrust),
플라스티글로머리트(Plastiglomerate) 및
열가소성 플라스틱(Pyroplastic)

앨리시아 로ㅣ (사)동아시아바다공동체 오션 연구원ㅣ lohalicia@osean.net

지난 9월 5일 제 492회 오션 국제세미나에서는 세 편의 논문을 같이 공부하였는데, 세 편 모두 새롭게 등장한 플라스틱 쓰레기 오염 현상을 분석하고 원인을 찾기 위한 것들이었다. 세 편 모두 내용이 유사하고 두 편은 동일한 저자가 포함되어있어 내용을 이해하는데 도움이 되었다.

첫 번째 논문
플라스틱 부식: 인류세의 암석 해안에 등장한 새로운 잠재적 위협
(Ignacio Gestosoa, EvaCacabelos, Patrício Ramalhosa, João Canning-Clode, 2019. Plasticrusts: A new potential threat in the Anthropocene's rocky shores. Science of the total Environment, 172:112841)

  요약문  
해양에서 새로운 종류의 플라스틱 오염물이 발견되었다. 암석에 내재된 플라스틱 파편은 연안의 섬에서 해안의 바위를 덮고 있다. 이 플라스틱 파편은 바위 조직에 붙어 다양한 모양의 단단한 껍질, 즉 크러스트를 형성하며 여러 일반 해저 저생물 종과 공간을 공유하고 있다.

  주요 내용  
이 연구는 대서양 북동부의 화산섬 마데이라 해안에서 발견된 플라스틱 오염의 새로운 현상을 다루고 있다. 이 현상은 플라스티글로머리트 또는 암석에 내재된 플라스틱 파편을 일컫는 것으로 해변이 이전에 알려지지 않았던 플라스틱의 저장소로의 역할을 할 수 있다는 증거를 보여준다. 이는 대형 플라스틱 물건들이 바위에 지속적으로 충돌하여 생성되었을 것으로 추정된다. 플라스틱 파편은 암석 표면을 덮고 (두께: 0.77 ± 0.11 mm, n=10) 플라스틱 파편의 크기와 색상에 따라 다양한 겉껍질을 형성하고 있으며, 이를 연구자들은 ‘플라스틱 크러스트’라고 부른다.
연구자들은 2019년 1월에 수행한 최근 샘플링에서 '플라스틱 크러스트'의 크기가 시간이 지남에 따라 증가했다는 것을 확인했다. '플라스틱 크러스트'의 풍부도는 조간대의 각 바위 표면의 제곱 미터 당 9.46 ± 1.77 개에 도달했다. 2016년과 2019년에 각각 5개씩 채취한 시료를 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)으로 분석한 결과 푸른색과 흰색의 플라스틱 입자가 감지되었으며, 모든 물질이 폴리에틸렌(PE)임을 확인했다. 다양한 해안 해양 활동(예: 어업, 관광)이 이러한 플라스틱 오염물의 생성에 작용할 수 있다고 연구자들은 언급하고 있다.
이 논문에서 연구자들은 마데이라 연안의 해수에서 발견된 해양쓰레기 중 대부분의 폴리에틸렌이 국내에서 기인하며 '플라스틱 크러스트'가 아마도 포장 재료(예: 일회용 비닐봉투)에서 유래되었을 가능성이 높지만 추가적인 검사가 필요하다고 결론 짓고 있다. 연구자들은 또한 이러한 '플라스틱 크러스트'가 주변 동물에 미치는 영향을 지적하고 있으며, 이 현상은 일반적인 저서 생물 종들과 공간을 공유하는 경우가 많다. 특히 주목할 만한 것은 '플라스틱 크러스트' 주위 뿐만 아니라 여기에 서식하는 복족류의 존재로, 이들은 주변의 영향을 받지 않는 바위에서 발견된 것과 유사한 풍부도를 보였다.
연구자들은 이 논문에서 플라스틱이 새로운 경로로 해양 식물 먹이 그물에 진입할 수 잠재성을 평가하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 결론지었다.

두 번째 논문
조약돌 해변 서식지에서 현장 관찰을 통해 조약돌 파편을 매개로 열가소성 플라스틱과 플라스티글로머리트의 연결
(Julius A. Ellrich, Sonja M. Ehlers, 2022. Field observations in pebble beach habitats link plastiglomerate to pyroplastic via pebble clasts, Marine Pollution Bulletin, 174:113187)

  요약문  
플라스티글로머리트(plastiglomerate)와 파이로플라스틱(pyroplastic)은 원래 하와이와 영국의 모래 해변에서 발견된 두 가지 새로운 플라스틱 파편 형태이다. 플라스티글로머리트는 플라스틱이 암석 또는 작은 돌과 함께 녹아붙어 있는 반면, 파이로플라스틱은 녹아붙은 플라스틱이다. 두 플라스틱 파편 형태 모두 캠프파이어와 관련이 있었지만, 그들이 서로 관련이 있는지 여부는 불분명하다. 또한, 다른 해안 유형의 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱에 대한 기록은 없다. 그래서 우리는 마데이라 섬(대서양)의 자갈 해변 서식지를 조사하여 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱을 파악하였다. 우리는 하나의 플라스티글로머리트(PG1, 작은 돌을 포함)과 네 개의 파이로플라스틱 (PP1-4)을 찾아내었다. PP2-4는 폴리프로필렌으로 이루어져 있었으며, PG1과 PP1은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌으로 이루어져 있었다. 또한, PG1과 PP1에는 이전에 보고된 적이 없는 자갈 모양의 암석이 포함되어 있어 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱의 연관성을 입증했다. 따라서 우리의 연구 결과는 자갈 해변 서식지에서 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱에 대해 세계적으로 처음으로 보고하고 있으며 이 두 새로운 플라스틱 파편 형태 사이의 관련성을 확고히 해준다.

  주요 내용  
■ 연구 목적
이 논문의 목적은 자갈 해변에서의 플라스티글로머리트(plastiglomerate) 및 파이로플라스틱(pyroplastic) 발생, 형성 및 분해를 조사하는 것이다. 연구자들은 조사된 자갈 해변의 후안부에서 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱을, 연안선을 따라 파이로플라스틱을, 해변의 표착선 아래에서 플라스티글로머리트를 발견할 것으로 예상했다. 또한, 이 논문은 조사 중 발견된 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱이 서로 관련이 있는지 여부를 조사했다.

■ 연구 방법
이 연구는 마데이라 섬의 남쪽 해안인 캐니컬 지역 근처의 사우로렌코 해변에서 수행되었다. 이 해변은 대형 바위에 부딪치는 파도로부터 보호되는 만 내에 위치하고 있다. 따라서 이 장소는 중간 정도의 파도에 노출되어 있다. 이곳은 자갈로 이루어진 해변이다. 해변 길이는 150 m이며 후안부 폭(고조선상의 폭 위)은 2-6 m, 표착선 아래 폭은 8-10 m이었고 플라스틱 오염물질이 흔하게 발견되었다. 현장 조사는 2020년 1월 31일 저조 때, 세 개의 연안 횡단면을 따라 이루어졌다. 150 m 횡단면을 따라 450 m²의 면적을 조사하였고, 현장의 시료를 기존에 보고된 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱 사진과 비교하였다. 그런 다음, 바다물이 채워진 그릇에서 부력 실험을 수행하여 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱을 자연 돌과 자갈, 두 플라스틱 파편 형태와 구별하고, 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱을 수집하여 실험실로 가져왔다. 또한, 캠프파이어 잔해를 찾기 위해 해변을 조사하였다. 연구자들은 디지털 카메라와 디지털 현미경을 사용하여 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱 재료의 형태적 특징을 20배에서 200배 배율로 거시적 조사와 미시적 조사 방법으로 수행하였다. 조사 면적은 GIMP 소프트웨어에서 사진을 분석하여 산출하였다. 또한 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱의 고무형태를 식별하기 위해 FTIR 분석이 사용되었다. 분석에 사용한 시료는 1개의 플라스티글로머리트와 4개의 파이로플라스틱이다.

■ 연구 결과와 토의
현장 조사에서 표착선 아래에서 1개의 플라스티글로머리트(PG)과 4개의 파이로플라스틱(PP1-4)이 발견되었으나 후안부에서는 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱이 발견되지 않았다. FTIR 분석 결과, PG1과 PP1은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 혼합물로 이루어져 있었으며 PP2-4는 PP로 이루어 있었다. 이 연구 결과는 플라스티글로머리트와 파이로플라스틱이 동일한 고무 소재에서 파생될 수 있음을 보여준다. 그러나 FTIR 스펙트럼의 유사성이 낮아(65.7%) PG1과 PP1이 동일한 플라스틱 파편에서 유래하지 않을 수 있음을 나타내었다.
플라스티글로머리트는 캠프파이어나 폐기물 소각 중에 플라스틱(또는 파이로플라스틱)이 자연물(자갈과 같은)과 함께 녹아 붙을 때 형성될 수 있다. PG1과 PP1에는 불완전한 응집 흔적은 없었지만, 거시적 조사와 미시적인 조사에서 환경적 영향(자외선 조사 및 기계적 마모로 인한 스크래치, 균열 등)에 의한 것으로 여겨질 수 있는 플라스틱 분해의 여러 지표가 발견되었다.
조사 해변에서는 잔재물, 석탄, 또는 캠프파이어 잔해와 같은 플라스티글로머리트 및 파이로플라스틱 형성의 어떤 징후도 발견되지 않았지만 PG1이 연구된 자갈 해변에서 형성되었을 가능성이 있으며 PP1-4는 다른 곳에서 형성된 것일 수 있다. 이러한 가능성은 (1) PG1 돌이 해당 해변의 일반 돌과 유사하며, (2) PG1이 부력 실험 중에 그릇/유리컵 바닥으로 곧장 가라앉았다는 사실로 뒷받침되었으며, 이는 PG1이 근처 섬에서 해변으로 운반되지 않았음을 시사한다. 대조적으로 (3) PP1-4는 부력 실험 중에 계속해서 수면 위에 떠 있었으며, 이로써 연구된 해변 연안선을 따라 육지로 씻겨오기 전에 다른 곳에서 형성되었을 가능성이 있다.

세 번째 논문
거친 바위를 가로지르는 해상 로프에서 유래한 플라스틱 크러스트
(Sonja M. Ehlersa, Julius A. Ellrich, Ignacio Gestoso, 2021. Plasticrusts derive from maritime ropes scouring across raspy rocks, Marine Pollution Bulletin, 172:112841)

  요약문  
플라스틱 크러스트(plasticrust)는 최근에 마데이라 섬, 북동 대서양에서 발견된 새로운 형태의 플라스틱 파편이다. 플라스틱 크러스트는 파도에 노출된 조간대 암반 서식지에 플라스틱이 덮여 형성되며, 이러한 플라스틱 크러스트는 파도가 플라스틱 파편을 조간대 암반에 충돌시켜 생성되었을 것으로 추정된다. 그러나 이 과정에 대한 직접적인 관찰이 부족하며 플라스틱 크러스트가 어떤 종류의 플라스틱 파편에서 유래되었는지 알려지지 않았다. 따라서, 우리는 마데이라의 암반 간조대에서 플라스틱 크러스트 형성의 징후를 조사하고 플라스틱 크러스트와 일치하는 색상의 플라스틱 파편을 수집했다. 수집된 모든 물질을 디지털 현미경 및 FTIR을 사용하여 조사했다. 그 결과 플라스틱 크러스트는 해양에서 사용하는 밧줄이 거친 조간 암반을 가로지르면서 형성될 수 있으며, 플라스틱 크러스트와 해당 밧줄은 폴리프로필렌 (PP) 및 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)으로 구성되어 있음을 확인했다. 또한 고온이 플라스틱 크러스트 형성에 기여함을 보여주었다. 이 연구는 플라스틱 크러스트 형성 과정에 대한 통찰력을 제공한다.

  주요 내용  
■ 연구 목적 및 방법
이 논문의 목적은 플라스틱 크러스트 형성 과정을 이해하고 플라스틱 크러스트의 잠재적인 원천을 식별하며 이러한 새로운 플라스틱 파편 형태에 대한 저감 조치를 시행하는 것이다.
연구자들은 2020년 1월 24일 저조 시에 마데이라 섬 남쪽 해안인 캐니컬 지역 근처에서 플라스틱 크러스트와 동반 플라스틱 파편을 조사했다. 연구 지역의 해수면 근처에서 화창한 여름 날에는 낮 시간대에 섭씨 41.7도까지 상승한다. 마데이라가 반일조 시간대를 가지고 있으므로 플라스틱 크러스트는 낮 시간대에 약 6시간 동안 하루 두 번 햇빛에 노출된다.
연구자들은 카메라를 사용하여 플라스틱 크러스트 형성의 징후를 문서화한 다음, 서로 다른 색상의 투명한 섬유로 이루어진 플라스틱 크러스트 조각들을 나이프를 사용하여 기저 암반에서 제거했다. 또한, 일치하는 색상의 플라스틱 크러스트와 동반 플라스틱 파편을 가위를 사용하여 모두 수집하였다.
실험실에서 수집된 모든 플라스틱 크러스트 조각과 섬유를 디지털 현미경 아래에서 20배에서 200배 배율로 조사하고 기록하였다. 그런 다음 FTIR을 사용하여 3개의 플라스틱 크러스트 샘플, 1개의 섬유 샘플 및 2개의 플라스틱 파편의 성분을 식별했다.
또한, 연구자들은 해안에서 밧줄의 섬유가 여름철 한 번의 저조 시간 동안 암반 표면 온도에 노출될 때 함께 녹는지 여부를 조사했다. 이를 위해 현장에서 수집한 녹색 폴리프로필렌의 개별 섬유 20개를 가열판 위에 나란히 놓았으며, 다른 밧줄에서 수집한 시료 20개를 동일한 방식으로 실험실 벤치에 놓아 5시간 45분 동안 표면 온도를 측정했다. 가열판 표면 온도는 41.80 ± 0.26도 섭씨였다. 그 후, 모든 섬유의 녹는 징후를 관찰하고 디지털 현미경을 사용하여 섬유 두께를 측정했다.

■ 연구 결과와 토의
마데이라의 암반 간조에서 연구자들은 녹색, 흰색, 파란색 플라스틱 크러스트를 찾았다. 녹색 플라스틱 크러스트는 두꺼운 녹색 밧줄 바로 옆의 거친 암반에 있었다. 가까이서 조사한 결과, 녹색 플라스틱 크러스트는 부분적으로 녹아붙은 녹색 섬유로 이루어져 있었다. FTIR 분석 결과, 녹색 플라스틱 크러스트와 녹색 밧줄이 모두 밧줄에서 흔히 사용되는 폴리프로필렌으로 구성되어 있음을 확인했다. FTIR 오버레이 플롯은 두 해당 폴리프로필렌 스펙트럼 간의 높은 유사성 (96.5%)을 나타내어 녹색 플라스틱 크러스트가 녹색 밧줄에서 유래되었음을 보여준다.
파란색과 흰색 플라스틱 크러스트는 녹아붙은 징후를 보이고 있었으며 FTIR 분석 결과, 이들은 밧줄과 어업용 그물에서 흔히 사용되는 또 다른 고분해 고분자인 고밀도 폴리에틸렌으로 구성되어 있음을 나타내었다. FTIR 오버레이 플롯은 파란색 및 흰색 플라스틱 크러스트와 밧줄 간에 높은 유사성 (93.7% 및 92.3%)을 나타내어 파란색 및 흰색 플라스틱 크러스트가 해당 밧줄에서 유래되었음을 알 수 있었다. 또한, 모든 조사된 플라스틱 크러스트와 밧줄 스펙트럼에서 자외선 유발 분해의 징후가 감지되었다.
실험실 조사에서 개별 녹색 폴리프로필렌 섬유 (평균 두께; 208 ± 9 μm)가 인접해 있는 폴리프로필렌 섬유와 견고하게 접착되어 크고 두꺼운 이중 폴리프로필렌 섬유 (평균 두께; 406 ± 25 μm)를 형성한 것을 발견했다. 이러한 결과는 여름철 높은 암반 표면 온도가 플라스틱 크러스트 형성 과정에 기여한다는 것을 시사한다. 또한 이 관찰 결과는 서로 다른 고분자 유형의 섬유가 함께 녹아붙을 때 고밀도폴리에틸렌/폴리프로필렌 혼성 플라스틱 크러스트가 형성될 수 있음을 시사한다.