대기오염

대기오염

무더운 여름철에는 가끔 문자 메시지, 인터넷, TV, 라디오, 전광판 등을 통해 오존 경보가 발령되는 것을 본다. 이때는 자동차 운행을 가급적 자제하고, 노약자, 어린이, 호흡기 환자 등은 실내에서 활동하는 것이 좋다. 오존은 독성을 갖는 대표적 대기 오염 물질이다. 여러 가지 대기 오염 물질이 생성되는 과정과, 기상이 대기 오염 농도에 미치는 영향을 살펴보자.

 

한반도 실시간 대기 오염 정보

환경부와 한국환경공단에서 제공하고 있는 한반도 대기 오염도 실시간 공개 시스템 사이트(http://www.airkorea.or.kr)의 일부이다.

지구 상의 많은 생명체는 호흡을 하며 살아가고 있다. 우리 인간 또한 호흡을 통해 필요한 산소를 얻는다. 어른은 하루 동안 약 11000L의 공기를 마신다고 한다. 하루 동안 필요한 물이나 음식과 비교할 때 맑고 깨끗한 공기를 마시는 것은 매우 중요한 일이다. 하지만 최근 인간의 활동에 의해 생기는 여러 물질들이 대기 중에 배출되면서 심각한 문제를 일으키고 있다. 주변의 산을 오르면 도시를 덮고 있는 희뿌연 먼지 구름을 흔히 볼수 있다. 이런 물질은 자연 경관을 해칠 뿐만 아니라 사람의 건강에도 큰 위험이 된다. 세계보건기구는 1년 동안 약 240만 명이 오염된 공기로 사망한다고 밝혔다.

 대기 오염이란 사람, 동식물, 기타 여러 환경에 나쁜 영향을 주는 물질들이 대기에 포함되어 있는 상태를 말한다. 이와 같은 대기 오염 물질은 크게 기체상 물질과 입자상 물질로 구분된다. 

 

대기 오염 물질

앞의 탐구에서 살펴본 한반도 대기 오염도 실시간 공개 시스템 사이트에는 대기 오염 물질로 미세먼지(PM-10), 이산화황,오존, 이산화질소, 일산화탄소 등을 들고 있다.

대기 오염 물질은 인간 활동 과정에서 배출되는 것과 자연적으로 밸상하는 것으로 구분된다. 또한 오염원에서 직접 대기로 배출되는 1차 오염 물질과 대기 화학 반응에 의해 새롭게 생성되는 2차 오염물질로 구분할수 있다.

자연적으로 발생하는 오염 물질의 배출원

이에 비하면, 인위적인 오염 물질의 배출원은 훨씬 다양해서 몇 개라고 구분하기 조차 어렵다. 대부분이 인간의 활동으로 배출되는 것들이다.

아래 그림은 인간의 활동에 의해 배출되는 오염 물질의 배출량과 배출원 비율을 나타낸 것이다.

인위적 1차 오염 물질은 공장의 굴뚝이나 자동차 배기구 등에서 직접 대기로 배출된다. 그림에서 알 수 있듯이 대표적 1차 오염 물질은 일산화탄소, 질소 산화물, 이산화황, 휘발성 유기 화합물 등이 있다.

인위적 오염 물질 배출량의 비율과 배출원 비율의 추정값

이들 기체는 주로 운송, 연로의 연소, 산업 공정 과정에서 대기로 배출된다. 일산화탄소는 물질이 불완전 연소될 때 발생하는 기체로, 색깔과 냄새가 없지만 매우 강한 독성을 갖는다. 일산화탄소를 마시면 혈액 속의 헤모글로빈이 산소를 운반하는 능력이 떨어져 현기증과 두통 등을 일으키는데, 따라서 일산화산소의 농도가 높은 곳에 오래 머물 경우 사망에 이를 수 있다.

질소 산화물은 높은 온도에서 물질이 연소될 때 산소와 질소가 반응하여 생성된다. 이산화황은 황을 포함하는 물질이 연소될 때 발생한다. 휘발성 유기 화합물은 탄화수소류와 같이 탄소와 수소를 포함하는 화합물을 일컫는다. 대기 오염과 관련이 깊은 휘발성 유기 화합물에는 벤젠, 톨루엔, 폼알데하이드 등이 있다.

2차 오염 물질은 1차 오염 물질이 대기 중에서 화학 반응으로 생성된다. 질소 산화물과 이산화황은 대기 중의 수증기와 결합하면 각각 질산과 황산이 된다. 질산과 황산이 비에 포함되어 함께 내리는 것이 산성비이다.

산성비는 토양과 호수를 산성화시켜 나무와 호수의 물고기를 살지못하게 한다. 또한 대리석으로 만든 건축물을 부식시키도 한다. 산성비를 만드는 오염 물질은 바람을 타고 멀리까지 이동하기 때문에 산업 시설이 없는 곳에서도 산성비가 내릴 수 있다. 그래서 산성비에는 국경이 없다는 말이 있다.

또 다른 2차 오염 물질로 오전을 들 수 있다. 대류권 오존은 질소 산화물이 태양 빛을 흡수하여 시작되는 광화학 반응으로 생성된다. 이 반응에 휘발성 유기 화합물이 촉매로 작용하면 오존의 농도는 더 높아진다. 먼저 질소 산화물과 오존이 참여하는 반응을 살펴보자. 오존은 이산화질소가 광분해 되어 생성된 산소 원자가 대기 중의 산소분자와 결합하여 생성된다.

먼저 이산화질소가 태양으로부터 온 자외선에 의해 NO와 O로 광분해된다. 생성된 O와 공기중의 산소가 결합하여 오존이 생성된다. 이후 오존은 분해되어 이산화질소와 산소를 만든다. 이들 반응은 오전이 생성되는 것과 동시에 소멸되는 것을 나타내고 있다. 지상에서 위 네 반응만 일어난다면 오존 농도는 도시에서 흔히 관측된 수준보다 낮게 유지된다고 한다. 그렇다면 왜도시의 오전 농도는 위 반응으로 생성된 것보다 높게 나타날까? 가장 중요한 요인은 인산의 활동과 식생에 의해 대기로 배출되는 휘발성 유기 화합물의 존재에 있다. 휘발성 유기 화합물은 위 반응에 참가하여 대류권의 오존 농도를 높게 만든다.

대기중 오존 농도 증가 요인

우리의 삶에 큰 영향을 주는 또 다른 오염 물질로는 먼지를 들 수 있다. 대체로 안개나 황사가 없는데도 시정이 나쁜 날에는 대기 중 먼지농도가 높다. 빛은 먼지에 의해 산란, 반사, 흡수 되기 때문에, 먼지 종도가 높은 날은 시정이 좋지 않다. 이뿐만 아니라 대기 중의 먼지는 건강에 나쁜 영향을 준다. 특히 지름이 작은 먼지는 코나 목에서 걸러지지 않고 허파 깊숙이 침투된다. 먼지는 천식, 폐암, 심혈관 질환 등을 일으킨다고 알려져 있다. 지름이 작은 먼지는 낙하 속도가 매우 작기 때문에 장시간 대기 중에 머무르는 특징이 있다. 그래서 대도시에서는 대기 오염 입자들이 도시의 상공을 덮는 현상이 자주 발생하는데, 이를 먼지지붕(dust dome)이라고 부른다. 이 먼지는 태양 복사량을 감소시키거나, 구름의 양을 증가시키는 등 도시 특유의 기후를 만드는 원인으로 작용한다.

대도시에 나타나는 먼지 지붕 현상

기상과 대기 오염

오존 경보는 대체로 여름철에 발효된다. 그 이유는 오존이 생성되기 위해서는 강한 태양빛이 필요하기 때문이다. 여름철이라도 두꺼운 구름이 덮인 날은 오존의 농도가 높지 않을 것이다. 이처럼 대기 중의 오염 물질의 농도는 기상 환경에 큰 영향을 받는다. 대기 오염에 영향을 주는 기상 요소를 알아보자.

우선 바람의 속력에 따라 대기 오염 농도가 달라진다. 바람이 강할수록 대기 오염 농도가 높은 도시와 교외 간에 환기가 활발해져 대기 오염 농도가 낮아진다. 또한 강한 바람은 오염 물질을 오염원에서 더 멀리 운반하는 역할도 한다. 보통 낮보다 맑은 날 이른 새벽에는 바람이 잦아들어 고요한 경우가 많다. 이때는 오염 물질이 공기와 잘 섞이지 못하고 멀리 이동되지 않기 때문에 오염 농도가 매우 높게 나타난다.

풍속과 오염 물질의 농도

풍속뿐만 아니라 고도에 따른 기온의 분포도 오염농도에 큰 영향을 미친다. 대기의 연직 온도 분포에 따라 공기가 섞이는 정도가 결정된다. 공기를 상하로 섞는 작용이 활발할 때는 그렇지 않을 때에 비해 오염 물질이 공기 중으로 활발하게 확산돼 오염 농도가 낮아진다.

대기 오염에 영향을 주는 바람과 기온의 영향을 요약하면, 바람이 없고, 맑은 날 아침 복사 냉각의 결과로 지면의 기온이 상층보다 더 낮을수록 대기 오염 물질의 농도가 높게 나타난다.

기온의 연직 분포가 대기 오염 물질의 분포에 미치는 영향

기상뿐만 아니라 지형 또한 오염 농도에 영향을 주는 요소이다. 산이나 언덕으로 둘러싸인 계속이나 분지는 오염 물질이 외부로 빠져나가기 어렵기 때문에 대기 오염 농도가 높게 나타난다. 이런 현상은 특히 복사 냉각에 의해 지표면의 기온이 상층보다 감소하기 쉬운 겨울철에 주로 나타난다.

우리는 대기 오염을 생각할 때 흔히 자동차, 공장, 발전소 등에 의해 배출되는 검은 연기를 떠올리게 된다. 그러나 실내 공기도 바깥 공기만큼이나 오염된 상태일 수 있다. 특히 현대인들은 대부분의 시간을 실내에서 지내므로 실내 공기가 건강에 미치는 영향을 무시할 수 없다. 실내에서는 각종 화학 물질로 만든 세척제, 집착제 등이 사용되며, 가구나 건축 자재에서도 오염물질이 방출된다. 이와 관련하여 새집 증후군, 빌딩 증후군, 화학 물질 과민증, 간접 흡연 등과 같은 실내 대기 오염 문제가 최근 대두되고 있다.