Transcript 대기오염의 역사는 인간이

12장.
변화하는 대기
12.1 대기오염
• 대기오염의 역사는 인간이 (
• 대기오염을 인지하게 된 것은 (
)을 사용하면서 시작되었다고 봄
)의 대기 오염이 계기가 되었음
• 1952년 겨울 12월 4일~10일 런던 대기오염 사건:
고기압이 런던 지역에 오랫동안 정체하면서, 바람이 불지 않고 안정된
대기가 런던 상공을 덮고 있었는데, 겨울방학을 맞아 집으로 돌아온 학
생들과 직장에서 돌아온 가족들을 위해 센 화력의 석탄 화로를 피우면
서 발생한 매연이 차가운 지표면 위에 형성된 역전층(안정층) 속에서
안개와 합쳐지면서 아황산가스 농도가 높게 나타난 사건
 런던 스모그(smog) 사건
 발생 후 첫 3주 동안 호흡기 및 심장 질환으로 4000명 이상이 사망
(그 뒤 만성 폐질환으로 8000명의 사망자가 더 늘어남)
 이 사건을 계기로 영국은 1953년 비버위원회를 설립하고
대기오염 실태를 조사하고 및 대책을 연구하기 시작
 배출 억제 및 오염농도 저감 노력이 각국에서 활발히 진행되게 됨
• 1954년 미국 캘리포니아주 LA 대기오염 사건:
자동차 수가 급증하면서 자동차에서 배출되는 배기 가스에
들어 있는 일산화질소가 안정한 대기층의 영향으로 도시 전역에서
고농도로 나타난 사건
 LA 스모그 사건
 눈을 따갑게 하고 눈물이 나게 하는 안개 현상이 나타났고,
많은 시민들이 구토와 두통을 호소하고, 호흡에 지장을 겪음
(다행히 사망자는 발생하지 않음)
 이 사건을 계기로 LA는 자동차에 배기가스 조절장치 부착
• 런던형 스모그: 후진국형 스모그
LA형 스모그: 선진국형 스모그
• 아황산가스(런던 스모그)와 질소산화물(LA 스모그)은
산성비의 원인이 되기도 함
스모그 (SMOG = SMOKE + FOG)
▲런던형 스모그 (황화 스모그)
- 공장과 가정에서 화석 연료(석탄)의 연소 배출
- 오염물질: SOx, CO, 먼지
- 기상조건: 겨울, 새벽, 높은 습도, 안개, 접지안정층
- 짙은 회색의 농무 (시정 100 m 이하)
- 피해: 호흡기/심장 질환, 만성기관지염
▲ LA형 스모그 (광화학 스모그)
- 자동차에서 배기 가스(석유)의 배출
- 오염물질: NOx, HC, 오존
- 기상조건: 여름, 한낮, 낮은 습도, 맑은 하늘
- 연한 갈색의 연무 (시정 1 km 이하)
- 피해: 눈/코/기도 점막자극, 식물/건축물 손상
▲ 화산 스모그
화산 폭발로 분출된 SO2 때문에 발생
* SOx = SO2 (이산화황), SO3 (삼산화황)
NOx = NO(일산화질소), NO2(이산화질소): 스모그, 산성비의 주원인
N2O (아산화질소,일산화이질소): 6대 온실가스 중 하나. 이산화탄소의 310배 온실효과
12.2 사막화
12.2.1 사막화의 원인
-
땅의 ¼이 사막 또는 스텝기후 지역임
-
사하라, 오스트레일리아, 아라비아, 고비, 타클라마칸, 칼라하리, 타르,
카라쿰, 파타고니아 사막 등 (> 한반도 면적)
12.2.2 아열대 사막의 기후 배경
• 대부분의 사막은 지상 고기압이 반영구적으로 존재 하는 지역에 있음
• 지상 고기압 지역의 공기는 지상 저기압 지역으로 수평 발산
 이를 보상하기 위하여 상층의 건조 공기가 하강, 승온
 상대습도가 낮아지고 응결이 일어나지 않아 구름이 형성 안됨
 맑은 날씨 속에서 햇살이 좋고 지표는 태양 에너지를 계속 흡수
 왕성한 증발  토양 수분(soil moisture)이 고갈  가뭄
-
흔히 사막은 연강수량이 (
) mm 미만인 지역으로 정의
-
대부분의 사막은 적어도 1개의 영구 하천을 소유하고 있음
-
가뭄으로 인한 사막의 크고 작은 확장으로 초지와 농지의 축소
-
사막의 확장은 꼭 이해되고 올바로 추정되어야 할 과학적 문제
차드 호수
12.2.3 사하라의 팽창
•
동계에 사막으로부터 바람에 실려 나오는 모래가 변경에 쌓이고,
이곳의 식생이 제대로 회복되지 않기 때문
•
식생이 제대로 회복되지 않는 한 이유는?
목축으로 인해 잃는 초지가 지나치게 많기 때문
•
모래를 변방으로 수송하는 사막의 바람은 대체로 사막의 면적에 비례한다
는 것이 정설
- 사막 위의 하강 속도는 대체로 복사부족에 비례하며 거의 일정한 값임
- 하강하는 공기의 총량은 사막의 면적(또는 둘레의 제곱)에 비례
- 한편, 사막에서 불어나가는 공기의 총량은 사막 둘레*풍속에 비례
- 하강하는 공기는 전부 불어나가야 되므로, 결국 풍속은 사막 둘레에 비례
•
그래서, 사막이 커지면, 풍속이 커지고, 바깥으로 불어나가는 모래의 양도
커지므로, 사막이 일단 한번 커지기 시작하면 (특별한 식생 회복 메커니즘
이 없는 한) 계속 커지는 증폭 과정을 겪게 됨  사막의 불안정
CREDIT: N. ZENG, J. MEYERSON
• 사하라 사막의 확장
가뭄의 원인에 대해 두 가설을 제안
(1) 대규모 대기 순환의 변화
(아프리카 몬순의 약화)
전지구 해수면 온도의 10년 주기
변동에 의해 촉발
(2) 인위적(국지규모) 요인
a. 과도한 목축:
목초지에 가축을 지나치게 많이 방목(overgrazing)
b. 토지 피복의 전환(conversion): 산림지대(자연식생)의 농경지화
 a, b 두 효과 모두 지표면의 반사도를 증가시킴 (태양열 흡수 감소)
 증발 둔화로 대기로의 수분 공급 감소  강수 감소
 (1)과 (2)는 각각 사헬 지역의 가뭄을 개시하고 악화시킴!
12.2.4 지구온난화와 사막화
•
사막의 팽창은
모래의 수송량이 사막의 둘레에 비례하는 자연적인 사막의 불안정성과
가축의 지나친 풀 뜯기 등에 기인하는 인위적 식생회복능력 상실로 일어날 수 있음
•
지구온난화로 고위도 지표 기온이 상승한다면?
i) 고위도 해양에서의 증발이 증가
 아열대에서 고위도로 수증기 수송 약화
 아열대 및 열대 강수의 상대적인 증가
 사막의 확장/축소
(남북간 기온차 (대기경압성) 감소
 편서풍 파동의 극향 수송 감소
 고위도 수증기 수지가 기존과 비슷할 가능성)
ii) 편서풍 파동의 극향 수송이 매우 불충분
 태풍 등 악기상의 빈번한 발생
 사막 확장/축소
12.3 산성비
12.3.1 산성비의 개념 및 정의
• 1872년 Robert Angus Smith가 영국의 산업 혁명 초기에
멘체스터 공장 지대의 대기와 빗물을 조사한 뒤, 다른 지역의 빗
물과 많이 다르다는 것을 알게 되면서 붙인 이름
• 대기 중에 존재하는 가스상 오염물질들이 구름에 유입되고 물방
울을 형성하는 과정에서 화학반응에 의해 황산, 질산, 염산 등의
물질이 생성되어 빗물이 산성화된 것
• 순수한 물의 pH는 7.0 (중성)이며,
빗물의 pH가 5.6보다 낮을 때 산성비로 봄
12.3.2 산성비의 원인과 생성과정
1) 황산화물 (SOx)
화석연료, 경유/등유/중유, 석탄, 무연탄에 들어있는 황/유황이
연소될 때 생성되며, 태양빛/수증기/산소/오존의 작용으로 서서
히 산화됨
2) 질소산화물(NOx)
자동차 연료를 연소하면서 흡입한 공기 중에 들어있는 질소(N2)
로부터 생성됨
3) 기타
화산 활동, 바닷물 속 황산염이 해풍에 의해 빗물에 녹아서 산성
화되는 경우, 바닷물의 염소가 대기 중의 질산이나 황산과 반응
하여 염산(HCl)을 형성하는 경우, 물 속에서 질소화합물이 세균
에 의해 산화되는 경우, 황철광 등의 광석이 유황 박테리아에 의
해 산화되는 경우 등의 원인이 있어 오염되지 않은 자연환경에
서도 산성비가 내릴 가능성이 있음
12.3.3 산성비의 영향
1) 토양
•
토양의 화학적 풍화작용을 촉진함
•
토양 입자의 표면에 결합되어 있는 염화물, 황화물, 탄산화물,
염기성 양이온(Ca2+, Mg2+, K+, Na+)이 떨어져 나가고,
산성 양이온(H+, Al+)으로 치환되어 토양의 비옥도가 떨어짐
2) 식물
•
알루미늄 이온의 농도가 높아져 뿌리 끝의 세포분열을 저해함
(독성 알루미늄 이온의 흡수를 피하기 위해 잔뿌리를 깊게 내리지 못
하고, 뿌리가 짧아짐)
•
식물의 물 이용효율을 감소시킴
•
수분 흡수가 감소하고 무기영양소 흡수가 안 되어, 잎이 황색으로 변
하고 일찍 말라 죽는 삼림쇠태가 발생
3) 자연환경-수중생태계
• 민물고기는 산성에서 살 수 없음
• 산성수는 민물고기의 번식과 생장을 방해하여 멸종시킬 수 있음
• 산성에서는 새끼 고기가 더 쉽게 죽어, 피라미드 구조가 파괴
• 수서생물은 알루미늄 독성에 피해를 입음
4) 건물, 도시
• 대리석, 콘크리트, 금속 등을 손상시키고 부식시킴
• 경제적 손실 및 붕괴 등으로 인간에게 피해
체코 공화국 지제라 산 숲의 산성화
12.3.4 한국의 산성비
-
서울: 겨울 pH 4.8, 여름 5.5, 봄 6.2
-
다른 나라는 황산 및 염산의 농도와 pH가 강한 역상관 관계를 보이
는 반면, 우리나라는 이러한 상관 관계가 거의 성립하지 않는 것으로
보고됨 (이유? 빗물 중에 양이온 성분이 많아서 빗물을 중화시킴)
-
황사나 먼지는 부유분진의 관점에서 보면 문제점이나, 산성비의 관
점에서 보면 중요한 중화제의 공급처임
12.3.5 산성비 문제의 해결 대책
-
손상된 환경과 피해의 복구:
석회처리, 돌로마이트처리법, 산성토양에 인공청정빗물 살포
-
원인 제거:
산성비 원인물질 공급원 통제, 국가들간 긴밀한 상호협력(환경협정)
12.4 환경 파괴와 인간 생활
12.4.1 이스터 섬의 비극
Easter Island:
남미 칠레로부터
약 3000km 떨어진
한 변이 15km인
삼각형 모양의 섬
400년경 하와이에
거주하고 있던
폴리네시아인들이
발견하여 정착
온화한 아열대 기후,
비옥한 땅,
울창한 숲으로
전성기 때에는
20,000명이거주
• 모아이(Moai)
- 해안가나 산비탈에
약 1000개의 4 m 높이
(20t 무게)의 석상들
- 다리가 없고 머리와
몸통만 있는 남성의 모습
• 석상들의 기원
- 중세시대인 1000-1500년에
섬의 특성상 강하게 부는 바람을
막기 위하여 세워짐
• 한 때 번영했던 이곳이
지금은 사람이 없는 곳이 됨. Why?
• 이스터 섬의 비극을 가져온 원인?
1) 씨족들 간의 지나친 경쟁과 다툼(세력과시)으로 석상 제조
( 더 많은 노동  더 많은 식량 필요)
2) 무분별한 경작활동과 화력사용으로 산림 훼손
( 토양 수분 감소  농사의 흉작)
3) 씨족들 간의 전쟁으로 인한 많은 사상자들과 장례예식
(죽은 자의 화장에 나무 사용  산림 훼손)
4) 1800년경 외세(스페인 백인)의 침략으로 페루 노예시장으로 이
송 및 페루에서 전염병(천연두,결핵)이 섬에 전파됨
 인구 감소, 문화적 쇠퇴, 폴리네시아적인 전통의 소멸
(씨족 간 과도한 경쟁과 환경 파괴가 기본적인 원인)
12.4.2 물과 가뭄
•
물 부족 문제는? 생물다양성감소, 지구기후변화와 더불어 세계가 직면한
가장 중요한 지구환경문제 중 하나임
•
세계 263개 수계가 물 분쟁 중 (158개 지역은 해답을 찾기 어려운 상태)
- 특히 석유부국인 중동 국가들 간 분쟁이 심함
예) 나일 강: 이디오피아와 수단
요르단 강: 시리아, 이스라엘, 요르단
티그리스 강, 유프라테스 강: 터키, 시리아, 이라크
•
더 많은 물을 강으로부터 얻으려는 싸움
(취수량을 늘리려는 싸움, 더 많은 수자원을 확보하려는 싸움)
•
상류계에 댐 건설은 하류계의 유량 감소를 의미
•
물 분배 문제 해결을 위해서는?
- 관개용수량을 줄이고, 관개에 따를 물사용가격 인상, 물사용효율 향상
- 농사를 축소하며, 모자라는 곡물은 수입
- 국가간 물분배 협정 체결, 물 공급과 분배에 대한 지역협력연합 결성
- 인구성장 억제
< 사진 출처: http://news.kukinews.com >
팔레스타인(Palestine)
= 웨스트뱅크 + 가자지구