평화롭던 <어린이과학동아> 편집부가 재채기 소리로 소란스러워졌어요. 재채기의 원인은 어디에 있을까요?
잠깐, 유독 재채기 소리가 커지는 곳이 있다는데...!

통합과학 개념 이해하기

미세먼지 농도, 어떻게 측정할까?

매년 봄이면 중국에서 불어오는 황사 등으로 인해 미세먼지 주의보가 내려집니다. 미세먼지는 지름이 10μm(마이크로미터)^● 이하인 먼지로, 코와 입을 통해 몸속으로 들어오면 호흡기 질환을 일으킬 수 있어요. 이에 따라 환경부는 미세먼지로 인한 건강 피해를 줄이기 위해 미세먼지 농도를 국민에게 알리고 있습니다.

환경부는 전국 333곳에서 대형 미세먼지 측정기로 미세먼지 농도를 측정해요. 이 측정기는 방사선^●의 한 종류인 베타선을 이용하죠. 측정기에는 베타선을 만들어 내는 장치, 그리고 미세먼지보다 큰 입자를 걸러내는 여과지가 있어요. 베타선 발생 장치는 여과지에 베타선을 쏘아요. 그러면 베타선 감지기가 여과지를 통과한 베타선 양을 측정합니다.

▲유튜브 채널 <미세빅> 영상 캡처

베타선 방식 미세먼지 측정기의 내부 모습.

미세먼지는 머리카락의 약 5분의 1 수준으로 매우 작다.

베타선은 얇은 종이 한 장은 통과할 수 있지만, 그보다 두꺼운 물질에는 흡수돼요. 그래서 여과지에 미세먼지가 많이 쌓여 여과지가 두꺼워질수록, 여과지에 흡수되는 베타선 양도 늘어나요. 즉, 미세먼지가 많이 쌓인 여과지는 베타선이 통과하기 어려운 거예요. 미세먼지가 쌓인 여과지와 보통 여과지를 통과한 베타선 양의 차이가 클수록 미세먼지 농도가 높은 셈이에요.

실외가 아닌 실내 공기질을 측정할 때는 간이 미세먼지 측정기를 사용해요. 이 측정기는 빛과 센서를 이용해 미세먼지 농도를 측정합니다. 공기가 측정기 안으로 들어오면, 측정기는 공기를 향해 레이저 빛을 쏘아요. 그러면 공기 중 미세먼지와 부딪힌 레이저 빛이 여러 방향으로 흩어져요. 이를 산란이라고 해요. 센서는 산란한 빛을 감지해 전기 신호로 바꾸어요. 전기 신호가 강할수록 미세먼지 농도가 높다고 해석할 수 있답니다.

▲GIB

베타선 방식

광산란 방식

통합과학 넓히기

초미세먼지, 우리 몸 어디까지?

초미세먼지는 지름이 2.5μm 이하인 먼지 입자예요. 입자 크기가 매우 작아서 코털이나 기관지를 통과해 폐 깊숙이 침투할 수 있어요. 몸속에 들어온 초미세먼지는 폐에 염증을 일으키고, 호흡기 질환이나 천식 등을 유발할 수 있지요. 하지만 폐가 아닌 다른 장기에 어떤 영향을 미치는지는 명확하게 밝혀지지 않았습니다.

2025년 4월, 동아대학교 의약생명공학과 외 공동연구팀은 세계 최초로 초미세먼지가 폐에 쌓인 뒤 다른 장기로 이동하는 경로를 국제학술지 ‘국제 환경’에 발표했습니다. 연구팀은 초미세먼지의 한 종류인 블랙 카본을 실험실에서 만들었어요. 블랙 카본은 주로 자동차 배기가스나 공장 매연, 화석 연료를 태우는 과정에서 발생하지요. 연구팀은 실험용 생쥐에게 블랙 카본이 섞인 공기를 코로 들이마시게 했어요. 그리고 3개월 동안 블랙 카본이 생쥐의 폐에서 어떤 장기로 이동하는지 관찰했습니다.

▲GIB

자동차 배기가스는 미세먼지의 주요 원인 중 하나다.

▲GIB

비장은 왼쪽 갈비뼈 아래에 위치한 장기다.

그 결과, 연구팀은 블랙 카본이 폐에만 머무르지 않는다는 점을 발견했어요. 블랙 카본은 뭉쳐 있을 땐 폐에 쌓이지만, 작은 입자 단위로 흩어져 있으면 폐의 얇은 막을 통과했지요. 이렇게 폐를 빠져나온 블랙 카본은 폐 주변 림프관을 타고 이동했어요. 림프관은 림프구라는 면역 세포가 포함된 림프액이 흐르는 통로로, 림프액은 온몸을 돌며 노폐물을 수거하는 역할을 합니다.

또한 연구팀은 초미세먼지가 세균 등을 걸러내고 면역 기능을 돕는 장기인 비장까지 이동하는 걸 확인했어요. 생쥐가 블랙 카본을 들이마신 지 30일째 되는 날, 비장에 블랙 카본이 쌓이기 시작했고, 그 농도는 실험 종료일인 90일 뒤까지 유지됐습니다. 즉, 초미세먼지는 폐뿐만 아니라 다른 장기에도 부정적인 영향을 준다는 거죠. 동아대학교 조완섭 교수는 “비장에서 초미세먼지가 쌓인 부위는 오래된 적혈구를 제거해 면역 기능을 유지하게 해 주는 곳”이라고 설명했어요. 그러면서 “이번 연구는 초미세먼지가 면역 기능을 떨어뜨리고 염증을 유발할 수 있다는 걸 보여준다”고 말했습니다.

폐에 쌓이는 초미세먼지

생쥐 폐에 블랙 카본이 남아있는 양을 시간에 따라 관찰한 그래프.
블랙 카본은 시간이 지날수록 폐에서 점점 사라진다.

비장에 쌓이는 초미세먼지

생쥐 비장에 블랙 카본이 쌓이는 양을 시간에 따라 관찰한 그래프.
블랙 카본은 흡입 후 30일 동안 비장에 빠른 속도로 쌓인다.

용어 설명

●μm(마이크로미터): 100만 분의 1m.
●방사선: 원자의 중심부인 원자핵이 안정된 상태가 되기 위해 방출하는 에너지.
●μg(마이크로그램): 100만 분의 1g.

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부피를 유지시키는 기체의 압력