26. 청색광 유해성 논란 - 왜 파란색은 눈에 좋지 않을까?

청색광이 눈을 상하게 한다 O? X? 

'파란하늘 하늘색 색깔은 우리 눈을 상하게 할꺼야' (특정 그룹 비하가 아닙니다ㅜ)

청색광(靑色光, Blue light) 푸를 청, 빛 색, 빛 광. 청색광은 어려운 기술용어처럼 보이지만 말그대로 푸른색 빛을 청색광이라고 합니다. 사실 청색은 우리에게 낯선 색이 아닙니다. 하늘도 바다도 페이스북의 색도 모두 파란색입니다.

파란색은 일상영역에서는 너무나 흔한 색이기에 대부분의 사람들은 청색이 얼마나 높은 에너지를 갖고 있는지 잘 모르고 있습니다. 에너지의 종류에는 여러가지가 있습니다. 열, 전기, 소리 등 다양한 에너지의 형태가 존재하는데 빛에너지도 그 중 하나입니다.

여러분들도 배우셨다시피 빛은 두가지의 성질을 지니고 있습니다. 입자성과 파동성의 양면성을 지니고 있는데 빛의 성질 중 중요한 대부분의 성질은 파동성에서 비롯됩니다. 즉, 빛은 파동이기 때문에 파동의 성격을 고스란히 보여줍니다.

파동의 구성요소

파동은 마루와 골이 반복되며 물결치듯 형성되고 마루와 마루 사이의 간격을 파장이라고 합니다. 파장의 길이가 짧으면 짧을 수록 빠르게 진동하는 파동이 되어버리니 에너지가 큰 파동이 형성됩니다.

파동의 에너지 크기

파장이 짧다 : 고에너지

파장이 길다 : 저에너지

그러면 우리가 눈으로 볼 수 있는 빛의 영역인 가시광(Visible Light)영역에서 청색은 과연 어느 위치에 있을까요 아래그림을 한번 보도록 합시다.

가시광영역의 색분포

위 그림과 같이 가시광이라하면 다양한 파장을 갖는 빛 중에 대략 400~800nm의 파장길이를 갖는 빛 영역을 말합니다. 엄밀히 말하면 청색파장영역의 가장 짧은 영역인 440nm 보다 짧은 파장의 빛은 파장이 짧으면 짧을 수록 에너지가 상당히 커지게 됩니다.

그래서 우리가 자외선(UV, Ultra violet)이라 부르는 빛까지 가게되면 피부암을 유발하는 등 인체에 심각한 문제를 야기하는 수준까지 이릅니다. 그러면 왜 청색을 비롯한 짧은 파장의 빛은 인체에 피해를 주게 되는 걸까요?

일단은 직감적으로 청색광이 고에너지를 갖는다고 하니 '음..에너지가 크니 시력에 좋지 않은건 당연하겠구나' 라고 생각할 수도 있습니다. 그러나 에너지의 크기는 상대적인 크기입니다. 사람한명을 움직이는 에너지는 1마력이면 충분하지만 자동차를 움직이기에 1마력의 에너지는 너무 작은 에너지입니다.

즉, 왜 청색에너지가 눈을 상하게 하기 충분한 에너지인지 알아야 합니다.

이 이유를 알려면 먼저 사전에 몇가지 정보들을 알아야합니다. 바로 우리몸을 구성하고 있는 세포들의 구성요소들입니다. 세포는 세포막, 골지체, 리보솜, 소포체, 핵, 미토콘드리아 등등 다양한 구성요소들을 가지고 있지만 이 구성요소들은 결국 70%의 물과 30%의 다양한 분자들로 이루어져 있습니다.

세포의 구성요소

세포를 구성하는 30%의 화학물질들은 단백질을 비롯해 다양한 유전정보를 기록하고 있는 RNA, DNA 등으로 이루어져 있는데 결국 세포는 물을 제외하면 대부분의 단백질로 이루어져 있다는 것을 알 수 있습니다. 

이 단백질은 아미노산이라는 분자들이 사슬처럼 이어져 폴리팹타이드를 이루고 이 폴리팹타이드가 특정구조로 꼬이면 이것이 단백질이 됩니다. 즉, 단백질은 아미노산으로 이루어져 있다는 겁니다.

다양한 아미노산들 출처 : 위키피디아

위와 같이 생긴 아미노산들이 수없이 꼬여있는 구조가 단백질이고 이 단백질이 모인것이 우리 몸입니다. 그러면 왜 이 아미노산들을 들춰가며 청색광의 유해성을 설명하느냐 바로 이 아미노산들이 이루는 원자들의 결합에너지가 바로 청색광의 유해성과 연결되기 때문입니다.

위 아미노산의 그림을 보면 구성원자들이

탄소(C)-산소(O)

탄소(C)-탄소(C)

산소(O)-수소(H)

탄소(C)-질소(N) 등...

의 결합을 하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 아미노산은 간단한 유기분자들이며, 이들의 결합에 관여하는 원자종류와 결합종류는 제한되어 있습니다. 

아미노산 결합에 관여하는 원자들의 결합에너지

위 그림을 보면 아미노산을 구성하고 있는 원자들의 결합에너지가 대략적으로 259~745 kj/mol 정도라는 것을 알 수 있습니다. 이 결합에너지라는 것은 결합을 유지하고 있는 에너지량이기 때문에 이 에너지 이상의 외부 에너지에 노출될 경우 결합이 끊어질 수 있다는 이야기입니다. 

즉 고에너지에 노출되면 우리몸을 구성하고 있는 단백질의 구조에 변형을 가져오게 될 수도 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. 

그럼 지금까지 이야기흐름으로 보면 청색광이 이 결합에너지 이상의 에너지를 갖고 있다는 것인데 과연 그럴지 한번 청색광의 에너지를 한번 계산해보도록 합시다.

청색광은 위에서도 언급했듯이 대략 440nm의 파장인 빛을 말합니다. 이 빛의 에너지 크기는 eV(electron voltage)로 변환할 수 있습니다. 그리고 위 결합에너지단위인 kj/mol도 eV로 변환할 수 있으니 이 둘을 변환하여 비교하면 같은 단위로 비교할 수 있습니다.

청색광 에너지 440 nm = 2.81 eV

탄소(C)-황(S) 결합에너지 259 kj/mol = 2.68 eV

탄소(C)-탄소(C) 결합에너지 347 kj/mol = 3.59 eV

등을 보면 C-S 결합에너지의 경우 청색광 에너지인 2.81 eV보다 작기 때문에 청색광에 의해 결합이 끊어질 가능성이 충분히 커지게 됩니다. 그러면 C-S 결합을 가지고 있는 Methionine 아미노산은 청색광에 의해 비교적 데미지를 많이 입게 됩니다. 또한 아미노산 결합의 대부분을 차지하는 C-C 결합은 3.59eV인데 이는 345nm의 UV영역이긴 하지만 청색광과 단지 아슬아슬한 차이만을 가질 뿐입니다. 

예를들어 대표적인 스마트폰인 갤럭시S8의 청색 파장은 455nm 정도 입니다. 이 파장의 에너지는 2.72eV로 위에서 예를 든 청색광 에너지와 큰 차이가 없습니다. 이는 갤럭시S8을 예로 들었지만 대부분의 디스플레이장비에서의 청색파장은 비슷합니다. 청색이 비교적 위험하다고 청색파장을 470 nm 등으로 올리게 되면 디스플레이에서 제대로된 푸른색을 표현하지 못하는 색구현의 문제가 발생하기 때문에 이는 적절히 타협해야하는 특성입니다.

그러면 이러한 청색광이 피부에 닿으면 비교적 두꺼운 표피에는 큰 영향을 미치지 않지만 이 빛을 수용하여 시각정보로 바꾸어야 하는 시신경들에 곧바로 청색광이 노출되면 시신경들의 손상이 가속화 될 수 있습니다. 표피는 세포가 수백, 수만겹이고 시시각각 새로운 세포들이 만들어져 올라오지만 시신경의 경우는 그렇지 못합니다.

물론 UV나 방사선, 청색 등 높은 에너지에 노출되어 손상된 세포나 DNA는 우리몸에서 히스톤 단백질의 인산화과정등으로 복구기전이 발동하여 유전자 정보 등의 안정성을 유지할 수 있는 방어기작들이 존재하지만 이 방어기작보다 빠른 손상은 세포의 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

따라서 청색광은 눈건강에 좋지 않을 수밖에 없으며, 장시간 노출은 삼가해야합니다. 이는 비단 스마트폰이나 TV에 한정된 이야기가 아니라 평상시 태양광 노출에도 눈은 손상을 받는다는 이야기입니다. 

피부에는 썬크림을, 눈에는 썬글라스를 잘 착용하여 우리 소중한 눈건강을 지켜나갑시닷!!