12 장. 변화하는 대기. 12.1 대기오염 대기오염의 역사는 인간이 ( ) 을 사용하면서 시작되었다고 봄 대기오염을 인지하게 된 것은 ( ) 의 대기 오염이 계기가 되었음 1952 년 겨울 12 월 4 일 ~10 일 런던 대기오염 사건 : 고기압이 런던 지역에 오랫동안.

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1 12 장. 변화하는 대기

2 12.1 대기오염 대기오염의 역사는 인간이 ( ) 을 사용하면서 시작되었다고 봄 대기오염을 인지하게 된 것은 ( ) 의 대기 오염이 계기가 되었음 1952 년 겨울 12 월 4 일 ~10 일 런던 대기오염 사건 : 고기압이 런던 지역에 오랫동안 정체하면서, 바람이 불지 않고 안정된 대기가 런던 상공을 덮고 있었는데, 겨울방학을 맞아 집으로 돌아온 학생들과 직장에서 돌아온 가족들을 위해 센 화력의 석탄 화로를 피우 면서 발생한 매연이 차가운 지표면 위에 형성된 역전층 ( 안정층 ) 속에 서 안개와 합쳐지면서 아황산가스 농도가 높게 나타난 사건  런던 스모그 (smog) 사건  발생 후 첫 3 주 동안 호흡기 및 심장 질환으로 4000 명 이상이 사망 ( 그 뒤 만성 폐질환으로 8000 명의 사망자가 더 늘어남 )  이 사건을 계기로 영국은 1953 년 비버위원회를 설립하고 대기오염 실태를 조사하고 및 대책을 연구하기 시작  배출 억제 및 오염농도 저감 노력이 각국에서 활발히 진행되게 됨

3 1954 년 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 LA 는 자동차에 배기가스 조절장치 부착 런던형 스모그 : 후진국형 스모그 LA 형 스모그 : 선진국형 스모그 아황산가스 ( 런던 스모그 ) 와 질소산화물 (LA 스모그 ) 은 산성비의 원인이 되기도 함

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5 스모그 (SMOG = SMOKE + FOG) ▲ 런던형 스모그 ( 황화 스모그 ) - 공장과 가정에서 화석 연료 ( 석탄 ) 의 연소 배출 - 오염물질 : SO x, CO, 먼지 - 기상조건 : 겨울, 새벽, 높은 습도, 안개, 접지안정층 - 짙은 회색의 농무 ( 시정 100 m 이하 ) - 피해 : 호흡기 / 심장 질환, 만성기관지염 ▲ LA 형 스모그 ( 광화학 스모그 ) - 자동차에서 배기 가스 ( 석유 ) 의 배출 - 오염물질 : NO x, 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 SO 2 때문에 발생 * SOx = SO 2 ( 이산화황 ), SO 3 ( 삼산화황 ) NOx = NO( 일산화질소 ), NO 2 ( 이산화질소 ): 스모그, 산성비의 주원인 N 2 O ( 아산화질소, 일산화이질소 ): 6 대 온실가스 중 하나. 이산화탄소의 310 배 온실효과

6 12.2 사막화 12.2.1 사막화의 원인 - 땅의 ¼ 이 사막 또는 스텝기후 지역임 - 사하라, 오스트레일리아, 아라비아, 고비, 타클라마칸, 칼라하리, 타르, 카라쿰, 파타고니아 사막 등 (> 한반도 면적 )

7 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

8 - 흔히 사막은 연강수량이 ( ) mm 미만인 지역으로 정의 - 대부분의 사막은 적어도 1 개의 영구 하천을 소유하고 있음 - 가뭄으로 인한 사막의 크고 작은 확장으로 초지와 농지의 축소 - 사막의 확장은 꼭 이해되고 올바로 추정되어야 할 과학적 문제 차드 호수

9 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

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11 사하라 사막의 확장 가뭄의 원인에 대해 두 가설을 제안 (1) 대규모 대기 순환의 변화 ( 아프리카 몬순의 약화 ) 전지구 해수면 온도의 10 년 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 ! CREDIT: N. ZENG, J. MEYERSON

12 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 있 음 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

13 12.3 산성비 12.3.1 산성비의 개념 및 정의 1872 년 Robert Angus Smith 가 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 pH 는 7.0 ( 중성 ) 이며, 빗물의 pH 가 5.6 보다 낮을 때 산성비로 봄

14 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 (N 2 ) 로부터 생성됨 3) 기타 화산 활동, 바닷물 속 황산염이 해풍에 의해 빗물에 녹아서 산 성화되는 경우, 바닷물의 염소가 대기 중의 질산이나 황산과 반 응하여 염산 (HCl) 을 형성하는 경우, 물 속에서 질소화합물이 세균에 의해 산화되는 경우, 황철광 등의 광석이 유황 박테리아 에 의해 산화되는 경우 등의 원인이 있어 오염되지 않은 자연환 경에서도 산성비가 내릴 가능성이 있음

15 12.3.3 산성비의 영향 1) 토양 토양의 화학적 풍화작용을 촉진함 토양 입자의 표면에 결합되어 있는 염화물, 황화물, 탄산화물, 염기성 양이온 (Ca 2+, Mg 2+, 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 못하고, 뿌리가 짧아짐 ) 식물의 물 이용효율을 감소시킴 수분 흡수가 감소하고 무기영양소 흡수가 안 되어, 잎이 황색으로 변하고 일찍 말라 죽는 삼림쇠태가 발생

16 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

17 체코 공화국 지제라 산 숲의 산성화

18 12.3.4 한국의 산성비 - 서울 : 겨울 pH 4.8, 여름 5.5, 봄 6.2 - 다른 나라는 황산 및 염산의 농도와 pH 가 강한 역상관 관계를 보이 는 반면, 우리나라는 이러한 상관 관계가 거의 성립하지 않는 것으 로 보고됨 ( 이유 ? 빗물 중에 양이온 성분이 많아서 빗물을 중화시 킴 ) - 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 )

19 12.4 환경 파괴와 인간 생활 12.4.1 이스터 섬의 비극 Easter Island: 남미 칠레로부터 약 3000km 떨어진 한 변이 15km 인 삼각형 모양의 섬 400 년경 하와이에 거주하고 있던 폴리네시아인들이 발견하여 정착 온화한 아열대 기후, 비옥한 땅, 울창한 숲으로 전성기 때에는 20,000 명이거주

20 모아이 (Moai) - 해안가나 산비탈에 약 1000 개의 4 m 높이 (20t 무게 ) 의 석상들 - 다리가 없고 머리와 몸통만 있는 남성의 모습 석상들의 기원 - 중세시대인 1000-1500 년에 섬의 특성상 강하게 부는 바람을 막기 위하여 세워짐 한 때 번영했던 이곳이 지금은 사람이 없는 곳이 됨. Why?

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22 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)1800 년경 외세 ( 스페인 백인 ) 의 침략으로 페루 노예시장으로 이송 및 페루에서 전염병 ( 천연두, 결핵 ) 이 섬에 전파됨  인구 감소, 문화적 쇠퇴, 폴리네시아적인 전통의 소멸 ( 씨족 간 과도한 경쟁과 환경 파괴가 기본적인 원인 )

23 12.4.2 물과 가뭄 물 부족 문제는 ? 생물다양성감소, 지구기후변화와 더불어 세계가 직면 한 가장 중요한 지구환경문제 중 하나임 세계 263 개 수계가 물 분쟁 중 (158 개 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

24 팔레스타인 (Palestine) = 웨스트뱅크 + 가자지구 http://news.kukinews.com