최근 20년간 전 세계 산불 발생 건수는 두 배 이상 증가하였으며, 규모 또한 커지고 있다. 미국 캘리포니아주의 경우, 최근 수십 년간 산불로 인한 산림 소실 면적이 172% 증가하였다. 올해 들어 LA에서는 2012년부터 2024년까지의 같은 시기와 비교하여, 약 40배나 많은 산불 경보가 발령되었다. 2025년 2월 일본 이와테현에서 발생한 대형 산불로 1명이 사망하고, 산림 2,900 ha가 소실되었다. 전 세계적으로는 2023년 캐나다에서 발생한 산불이 역대 최악으로 기록되었으며, 1,800만 ha 이상의 산림이 피해를 입었다. 또한, 2024년 6월 브라질 판타나우 습지에서는 산불 시즌이 아님에도 불구하고 단 한 달 만에 44만 ha의 토지가 소실되는 초대형 산불이 발생하였다.

국내에서도 2025년 3월, 경북 북동부지역에서 대규모 산불이 발생하여, 기존에 가장 피해가 컸던 2000년 동해안 산불(3만 ha 이상 소실)을 크게 능가하는 총 48,239 ha의 피해 면적을 기록하였다. 이러한 대형 산불 발생은 전 지구적인 기후변화와 밀접한 관련이 있다는 분석이 제기되었으며(Abatzoglou and Williams, 2016), 최근에는 산불 발생 시기가 특정 계절에 국한되지 않고 연중 발생하는 추세로 전환되고 있다.

기후변화의 대표적인 특징은 평균 기온의 상승인데, 기온이 높아지면 식물과 토양의 수분이 빠르게 증발하여 산림이 건조해지고, 불이 붙기 쉬운 환경이 조성된다(Senande-Rivera et al., 2025). 실제로 최근 수년간 미국 캘리포니아주와 그리스 등에서는 고온 현상과 함께 대형 산불이 빈번하게 발생하고 있다. Lee et al. (2012)은 우리나라에서도 과거 수십 년간 연평균 451건의 산불이 발생하여 3,760 ha의 피해가 발생했으며, 기상변화 등으로 산불의 발생 건수와 피해 면적이 다양하게 변화했다고 보고하였다.

또한, 기후변화는 지역별로 극단적인 기후 양상을 유발한다. 일부 지역에서는 장기간 가뭄이 지속되어 식물과 토양이 건조해지고, 이로 인해 산불 발생 위험이 높아진다. 반대로, 다른 지역에서는 이상 강수가 빈번하게 발생하여 식생이 급속도로 자라면서 시간이 지나 건조해지면 오히려 산불 연료로 작용하게 된다. 더불어 이상 기후는 대기 흐름에도 영향을 미쳐, 강풍 등 제트 기류를 동반한 기상현상의 발생 가능성을 높인다. 강풍은 불씨를 광범위하게 확산시켜 산불의 규모를 키우는 동시에 산불의 점화 가능성 또한 증가시킨다.

산불은 산림자원과 주택 등 인프라를 소실시키는 물리적 피해뿐만 아니라, 다량의 연기와 유해물질을 배출함으로써 인체 건강에 다양한 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 산불이 발생하면 입자상 물질(PM_2.5 및 PM₁₀), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂), 휘발성 유기화합물(VOCs) 등 다양한 대기오염물질이 방출된다. 이들 물질은 호흡기계, 심혈관계, 면역계를 포함한 다양한 생리적 시스템에 영향을 미치며, 특히 호흡기 질환을 유발하거나 기존 질환을 악화시킬 수 있다(Cascio, 2018). 이 가운데 PM_2.5는 입자의 크기가 매우 작아 폐포 깊숙이 침투할 수 있어, 천식, 만성폐쇄성폐질환(COPD), 폐렴 등의 질환과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다(Navarro et al., 2016).

본 연구에서는 2025년 3월 경북지역에서 발생한 대규모 산불이 주변 지역의 대기질에 미친 영향을 분석하고, 산림 연소로 인한 지구온난화의 주요 원인물질인 CO₂와 CH₄의 배출량을 산정하였다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 연구 대상인 경북지역 산불이 확산 중이던 2025년 3월 27일 4시 30분 시점의 전국 PM₁₀ 농도 분포(그림 2)에 따르면, 산불 중심지인 안동시에서 수백 km 떨어진 중부 및 수도권 지역에서도 고농도 PM₁₀이 관측되었다. 이는 경북지역 산불에 의한 광역적 대기오염의 가능성을 시사한다. 따라서, 본 연구에서는 국내 대기오염측정망 자료를 실시간으로 제공하는 에어코리아(AirKorea, 2025)의 데이터를 바탕으로, 경북지역 산불과 중부(충북 및 충남) 및 수도권 지역(인천)의 대기질 간의 관련성을 평가하였다. 그림 5에는 산불 발생 전(3월 2일~3월 6일)과 산불기간(3월 22일~3월 28일) 동안 산불 대상지역인 경북(G.B.)의 PM₁₀ (µg/m³) 농도와 인근 세 지역(충북 C.B., 충남 C.N., 인천 I.C.)의 농도 간 상관관계를 나타내었다. 단, 전국적으로 황사가 관측된 3월 25일과 3월 26일의 PM₁₀ 데이터는 평가에서 배제하였다.

Fig. 5. 
Correlation between PM₁₀ concentrations (μg/m³) in Gyeongbuk and those in three neighboring regions (Chungbuk: C.B., Chungnam: C.N., and Incheon: I.C.) during the periods before the wildfire (top: Non-episode) and during the wildfire (bottom).

그림 5에 나타낸 지역 간 상관계수(r)는 산불 발생 전 기간에는 0.34에서 0.78을 보인 반면, 산불기간 중에는 0.56에서 0.96으로 나타나 상대적으로 높은 상관성을 보였다. 특히, 충북과 충남 지역의 경우 상관계수(r)가 각각 0.95와 0.96으로 매우 강한 상관관계를 보여, 이 두 지역의 PM₁₀ 농도는 경북지역 산불의 영향을 크게 받았던 것으로 사료된다.

또한 본 연구에서는 전국 대기환경기준물질의 측정 자료를 실시간으로 제공하는 에어코리아(AirKorea, 2025)의 데이터를 이용하여, 2025년 3월 청주와 서산에서 포집된 PM₁₀의 원소성분 중 칼슘(Ca), 칼륨(K), 구리(Cu), 납(P)의 시계열 농도 변화(µg/m³)를 그림 6에 정리하였다. Sparks and Wagner (2021)의 연구에 따르면, 도시를 포함한 산악지역의 산불 연기 중에는 Cu와 Pb 등 중금속 성분이 특이적으로 검출되는 경향이 보고된 바 있다.

Fig. 6. 
Temporal variations in trace element concentrations (μg/m³) in PM₁₀ measured at Cheongju and Seosan, Korea, in March 2025.

그림 6에 따르면, 청주와 서산 두 지역 모두 산불이 최초 발생한 3월 22일부터 25일까지 모든 대상 원소 성분의 농도가 증가하였으며, 특히 Pb와 Ca의 농도 상승이 두드러졌다. 3월 25일에는 전국적으로 황사가 관측되어, 황사의 영향과 경북지역 산불의 영향이 중첩되었을 가능성이 있으며, 이로 인해 토양 유래 성분인 Ca와 K의 농도가 최고치를 기록하였다. 이 중 K는 대표적인 바이오매스 연소기원 성분으로 알려져 있으며, 황사가 관측된 3월 25일(3월 26일에 약화됨)을 제외한 대부분의 기간 동안 Ca보다 높은 농도를 보였다. 이는 청주와 서산 두 지역의 대기질이 경북지역 산불의 영향을 받았을 가능성을 시사한다. 한편, 중국 산둥반도 부근에서 동쪽으로 이동한 저기압의 영향으로 2025년 3월 27일과 29일에는 청주에서 각각 1.3 mm 및 1.5 mm, 서산에서는 각각 0.2 mm 및 0.6 mm의 강우가 관측되었다. 이 기간 동안의 소량 강우는 대기 중 입자상 물질에 대한 세정 효과(rain scavenging effect)를 유발하여 PM 농도 저하에 영향을 미친 것으로 판단된다.

2025년 3월 26일 오후 5시를 기준으로, 산불이 발생한 영덕군과 울진군을 포함한 경북지역 9개 시·군에 건조경보가 발효되었으며, 해당일에는 강우가 관측되지 않았으나 전국 대부분 지역에서 강한 바람이 불었다. 특히, 일부 지역에서는 순간풍속이 15 m/s에 달하는 강풍이 관측되었다. 이 날은 전날 발생한 황사의 약한 영향권에 있었음에도 불구하고, 강한 바람의 영향으로 대기오염물질이 광범위하게 확산·희석되어 PM 농도는 상대적으로 낮은 수준을 기록한 것으로 사료된다.

2025년 3월 청주와 서산에서 포집된 PM₁₀ 시료를 분석한 결과, Ca, K, Cu, Pb의 농도(µg/m³)는 일부 기간 동안 산불의 영향으로 증가한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 황사의 영향을 배제하고 산불만으로 인한 원소 농도의 증가율(IR_W, %)을 다음 식을 이용하여 산출하였으며, 그 결과를 표 2에 제시하였다.

IRW%=CFWA-CNCN×100

여기에서,

C_FWA: 산불이 발생한 기간 중 황사가 없었던 날의 원소 농도

C_N : 황사 및 산불 모두 발생하지 않은 평상시의 원소 농도

산불로 인한 원소 농도의 증가율은 청주에서 Ca 100.75%, K 22.65%, Cu 14.67%, Pb 74.36%였으며, 서산에서는 Ca 88.78%, K 20.76%, Cu 0.06%, Pb 14.06%로 산출되었다. 이러한 결과는 산불로 인해 다량의 대기오염물질이 배출되었으며, 이는 수백 km 떨어진 지역의 대기질에도 유의미한 영향을 미쳤음을 시사한다. 특히 산불지역과의 거리 차이에 따라 원소 농도의 증가율에 차이가 나타났는데, 상대적으로 먼 서산에서의 증가율 범위는 0.06~88.77%를 보인 반면, 산불지점에 가까운 청주의 경우 14.67~100.75%의 증가율을 보였다. 이는 산불의 영향이 지리적인 근접성에 따라 차등적으로 나타나며, 산불 발생지 인근 지역일수록 대기질에 대한 영향이 더 크다는 것을 보여준다.

앞서 제시한 그림 1의 위성사진에서 확인할 수 있듯이, 산불 연기는 발화지점에서 발생한 후 서풍의 영향으로 동해 방향으로 이동하였다. 실제로 3월 25일과 26일에는 약 10 m/s의 강한 서풍이 관측되었으며, 이로 인해 산불로부터 발생한 다량의 대기오염물질이 동해를 거쳐 일본의 서해안 지역까지 유입되었을 가능성이 있다.

그림 7에는 2025년 3월 25일 일본 기상청에서 제공한 황사 (ADS) 관측지점과 황사 이동에 대한 시뮬레이션 결과(그림 우측 하단 참조)를 제시하였다. 여기에서 황사 관측지점은 가시거리 수준에 따라 서로 다른 색상으로 표기되어 있으며, 황사 이동 시뮬레이션 결과를 통해서도 경북지역의 산불 발생으로 인해 대기오염물질이 황사와 함께 일본 열도까지 도달했을 가능성이 큰 것으로 판단된다.

Fig. 7. 
Maps showing the observation points of Asian Dust Storms (ADS) over East Asia and the simulated transport pathway of the ADS on March 25, 2025 (JMA, 2025).

본 연구에서는 산불에 의해 발생한 대기오염물질의 장거리 이동을 평가하기 위해, 일본 서해안에 위치한 이시카와현과 시마네현(그림 7 참조) 소재 대기측정소의 PM_10-2.5 및 PM_2.5 농도의 시계열 변화를 그림 8에 제시하였다. 두 지역에서 측정된 입경별 대기입자 질량농도의 시계열 변화를 보면, 전체적으로 경북지역의 산불기간 동안 비교적 높은 경향을 보였다. 산불의 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 경북지역 산불로 인해 발생한 입자상 물질이 동해 상공을 이동하는 데 소요되는 시간 정보가 필요하며, 또한 황사의 영향도 고려해야 한다. 그러나 해당 시기의 일본 서해안 지역 대기질은 경북지역 산불의 영향도 함께 받았을 가능성을 배제할 수 없다.

Fig. 8. 
Time-series variations of PM_10-2.5 and PM_2.5 concentrations (μg/m³) at two western costal sites (Ishikawa and Shimane Prefectures) in Japan in March 2025.

일본 서해안의 두 지역에서 입경별 대기입자 질량농도의 증가가 우리나라 경북지역의 대규모 산불로부터 어느 정도 영향을 받았는지를 정량적으로 산출하였으며, 그 결과를 표 3에 제시하였다. 정량적 평가에서는 황사의 영향을 받았을 기간을 배제한 후 경북지역의 산불 영향에 따른 증가율(IR_W, %)을 산출하였고, 그 방법은 앞서 설명한 산불만으로 인한 원소 농도의 증가율(IR_W, %)과 동일하다. 산출 결과에 따르면, 조대입자인 PM_10-2.5 농도는 이시카와와 시마네현에서 각각 39.99%와 14.10% 증가했으며, 초미세입자인 PM_2.5의 경우 각각 20.83%와 5.75% 증가한 것으로 나타났다. 지리적으로 경북지역과 위도상 상대적으로 가까운 이시카와현에서 더 높은 증가율이 관측된 것은, 강한 서풍의 영향으로 기류가 남쪽으로 크게 이동하지 않고 일본 서부 해안지역으로 직접 유입되었기 때문으로 사료된다. 일반적으로 입경이 큰 조대입자는 중력침강으로 인해 장거리 이동이 어려운 것으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 두 지역 모두 상대적으로 입경이 큰 조대입자(PM_10-2.5)에서 질량 농도의 증가율이 더 크게 나타났다. Reid et al. (1998)은 브라질에서 바이오매스 연소 사례에서 항공기 관측결과를 통해 입자의 입경(D_p)이 0.01<D_p<4 µm 범위를 가지며, 연기의 수명, 즉 대기 중 체류시간이 길수록 입자의 크기가 증가하는 경향이 있음을 보고하였다. 따라서, 본 연구에서도 경북지역의 산불로 인해 발생한 입자상 물질 중 입경이 큰 조대입자가 초기부터 다량 생성되었다기보다는 최초 생성된 작은 입자가 장거리 이동 과정에서 입자 간 물리적 흡착, 즉 균일반응에 의해 입경이 점차 증가한 것으로 사료된다.

이와 같은 산불의 광역적 영향 사례는 해외에서도 다수 보고된 바 있다. 예를 들어, 2015년 11월 4일 인도네시아에서 발생한 산불은 종식까지 수개월이 소요되었으며, NASA 위성 영상에서 산불 연기가 산맥이나 대륙, 해양을 넘어 확산하는 모습이 확인되었다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키에서는 약 400 km 떨어진 지역의 산불로 인해 응급의료 요청이 발생하였고, 캐나다 퀘벡주에서 발생한 산불의 연기가 1,300 km 떨어진 미국 뉴욕주까지 이동한 사례도 보고된 바 있다(The Japanese Economic Daily, 2015).

산림화재는 전 세계적으로 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 최근에는 대규모화 및 장기화되는 경향이 뚜렷해지면서 대재앙에 가까운 자연환경 손실로 이어지고 있다. 또한, 대규모 산림화재는 건강 위해성 가스와 에어로졸 입자를 대기 중에 대량으로 방출하여 건강에 위협을 가할 뿐만 아니라, 탄소 배출 저감 노력에도 부정적인 영향을 미친다.

본 연구에서는 2025년 3월 경북지역에서 발생한 대규모 산불이 주변 지역 대기질에 미친 영향을 평가하고, 산림 연소로 인한 주요 온실가스(CO₂, CH₄)의 이론적 배출량을 산출하였다. 산불이 진행된 기간 동안 안동시의 평균 PM_2.5 농도는 119.05 µg/m³로 인근 지역 중 가장 높은 수치를 보였으며, 의성군 80.06 µg/m³, 청송군 54.89 µg/m³, 예천군 47.84 µg/m³, 영양군 47.47 µg/m³로 모두 일평균 대기환경기준을 초과하였다. 또한, 경북지역 산불은 수백 km 떨어진 서산지역에도 영향을 미쳐 PM₁₀의 원소농도가 증가하였는데, 이 중 Ca는 88.77%, 건강 위해성이 높은 Pb는 14.05% 증가하였다. 산불의 영향은 일본 서해안 지역에도 미쳤으며, 이시카와와 시마네현의 PM_2.5 농도가 각각 20.83%와 5.75% 증가한 것으로 나타났다. 온실가스 배출량 분석 결과, CO는 약 0.22 Mt, CO₂는 약 3.13 Mt, CH₄는 약 0.015 Mt이 배출된 것으로 산정되었다. 이 중 CO₂ 약 3.126 Mt은 직경 약 30 cm의 수목 2.7×10⁷ 그루가 1년간 흡수하는 양에 해당하며, 이는 산불이 단기간에 막대한 양의 탄소를 대기로 방출한다는 사실을 보여준다. 단, 보다 정확한 수목에 의한 연간 CO₂ 흡수량 산출을 위해서는, 실제 산불 피해지역의 주요 수종을 고려한 흡수계수를 사용해야 한다는 점이 향후 과제로 남는다.

산불은 일단 발생하면 단시간 내에 확산되어 진화가 어렵고, 광역적 규모로 번질 경우 인명 피해와 주택 및 재산 손실을 초래할 수 있다. 뿐만 아니라 삼림자원이 대량으로 소실되고, 대기 중으로 다량 배출된 입자상 및 가스상 물질은 지구환경에 심각한 악영향을 미치며, 이를 복원하기 위해서는 많은 예산과 오랜 시간이 소요된다. 따라서 평상시 산불 예방을 위한 인식 제고 캠페인 강화와 함께, 보다 정교하고 효율적인 산불 감시 및 조기 대응 시스템 구축이 시급히 요구된다.