대기오염의 원인
경제개발의 노력은 환경의 파괴를 수반하게 되어 새로이 해결해야 될 문제를 낳게 되었다. 많은 문제들 중의 하나가 대기오염으로 예전에는 느끼지 못했던 공기의 중요성이 재인식되고 있다. 이제까지는 인간의 활동에 필요한 신선한 공기가 충분히 있었기 때문에 양적으로나 질적으로 문제가 되지 않았다. 그러나 산업혁명 이후로 간간히 발생하였던 대기오염 사건이 1950년대에 들어와서부터는 형태에 있어서 새로워졌을 뿐만 아니라, 그 피해정도도 대형화되었다. 이러한 대기오염물질은 오염원에서 나오면 특정한 대상에게만 영향을 주는 것이 아니다.

주변 자연을 오염시키고 광범위한 지역에 걸쳐 많은 사람들에게 영향을 미치게 된다. 그리고, 그 피해는 단시간 내에 나타나는 것이 아니기에 우리가 간과하고 지나가는 경우가 많다. 일상생활에서 대기오염물질로 인해 건강에 미치는 영향에 관한 연구가 충분하지 못하고 인체에 대한 해로움의 정도도 잘 알려져 있지 않다. 대기에 배출되는 오염 물질들은 심각한 문제를 일으키게 된다.

한 지역의 오염된 대기는 다른 지역으로 옮겨 가서 국가간의 분쟁을 일으키기도 한다. 우리나라의 황사 현상을 예로, 중국의 오염 물질이 강한 서풍을 타고 우리나라로 넘어 오는데 봄철에 주변을 부옇게 만드는 현상을 겪어보았을 것이다. 대기오염 물질은 공기의 질에 부작용을 주는 물질로, 다양한 자연적 내지 인공적인 출처에서 생긴다. 인간 활동에 의해 생기는 인공적인 오염 물질은 환경과 그 주민에 대해 가장 중요한 위협이 되고, 대기 오염이 원인이 되어 인간의 생명을 위협하는 때도 있다.

대기오염물질의 발생원은 다양하나, 자연적 발생원은 인간의 노력으로 통제할 수 없기 때문에 인위적 발생원이 주요 통제 대상이 되며, 주된 원인은 연료의 연소이다. 완전연소, 이론적인 연소에서는 연료 중의 수소와 탄소가 공기 중의 산소와 결합하여 이산화탄소, 물, 열, 빛 등을 생성한다.

그러나 연료중의 불순물, 낮은 공기연료비, 지나치게 높거나 낮은 연소온도 등의 조건에서는 부산물을 생성하여 대기오염을 유발한다. 대표적인 오염물질로는 아황산가스, 일산화탄소, 이산화질소, 부유분진, 옥시단트, 탄화수소 등을 들 수 있으며 이들 외에 오염물질은 비교적 발생범위나 시설이 한정적이고 그 배출량도 전체량과 비교해보면 미미한 편이다. 아황산가스의 생성 원인은 연료 속의 황성분이며 연료의 성질이나 산지에 따라 석유와 석탄의 구성성분으로서 0.1~5% 정도가 함유되어 있다. 이산화황의 존재는 다른 대기오염물질과 광화학적 또는 촉매적으로 반응하여 삼산화황, 황산 및 기타의 황산염을 생성하기 때문에 매우 중요하다.

동물에 미치는 영향
대기오염에 있어서 동물은 사람과 거의 마찬가지로 피해를 받지만, 양과 소는 불소화합물에 대해서 특히 예민하다. 불소가 배출되는 지역에서는 불소가 풀에 축적되어 이러한 목초를 뜯어 먹는 동물의 이빨이 손상되어 소화효율이 떨어지고 나아가 더 이상 먹을 수 없게 된다. 또, 불화수소가 뽕나무 잎에 침착되면 반점이 생겨 누에 사료로서 부적당하고, 이를 먹은 누에는 소화기 장해를 일으켜 발육이 늦어지며 수량이 줄어든다. 공장이 밀집해 있는 지역인 경우, 닭의 산란률과 젖소의 착유량이 저하된다는 보고도 있다.

식물에 미치는 영향
대기오염에 있어서 식물은 사람이나 동물보다 더 민감한데, 특히 농작물이나 과수에 많은 피해를 입힌다. 식물에 피해를 주는 유해성분은 CO₂를 제외한 모든 것이라고 할 수 있으며, 크게 분진(흔히 먼지)과 가스로 나눌 수 있다. 분진은 급격한 피해를 나타내는 일은 없고, 광합성의 방해 등 만성적인 피해만 준다. 이에 반하여 유해가스는 급격한 반응을 나타내어 큰 피해를 줌으로 크게 문제시 된다. 이러한 가스로는 SO₂(이산화황), SO₃, 황산미스트, 불소 및 그 화합물, H₂S, NH₃, O₃, NOx.및 HC등이 있다. 이중 대부분을 차지하는 것이 SO₂이다. 이 가스는 주로 식물의 호흡생리에 관여한다.

잎의 기공과 배수공으로 침입한 SO₂는 엽록소를 환원적으로 탈색시켜 광합성작용을 저해하여 유해한 알파옥시설포닉산(acid)이 형성되어 이 물질이 세표의 파괴 작용을 한다. 피해를 입은 부분은 수분을 잃고 건조되어 얇게 되고 황갈색 내지 회백색으로 퇴색한다.

재물에 미치는 영향
대기오염은 경제적 손실의 요인이 되고 있다. 예를 들면, 금속의 부식, 건축 재료의 부식, 직물 및 의류의 손상, 색상변화, 예술품의 손상과 파손, 토양질의 악화 등 다양하다. 물질에 피해를 주는 원인으로는 부식, 흡착, 제거, 화학적 변화 및 전자화학적 부식 등의 요인이 있으며 기후요소도 복합적으로 작용한다.

① 금속부식으로는 SO₂, H₂S 등이 있으며, Fe, Al, Ni, Cu, Zn, Mg 같은 금속을 부식시킨다. 또 습도와 밀접한 관계가 있다.
② 가죽제품은 SO₂를 흡수하여 산화되면 H₂SO₄(황산)가 되고, 이것이 피혁을 부식시키고 노화시킨다.
③ 건축물에는 매연, 타르, 검댕 등의 부착에 의한 불결 및 산성우 등에 의해 탄산염을 함유한재료(대리석조각품)를 부식시킨다.
④ 페인트와 도료는 SO2, H2S 등에 의하여 퇴색, 변색 등 피해를 입는다.
⑤ 의류 및 종이류는 SO2에 다같이 피해를 받고,양모, 선, 나일론, 도서관장서 등에 피해를 가져온다. O3는 착색된 섬유를 퇴색시킨다. 고무는 오존과 광화학스모그에 의하여 노화현상이 생긴다.

대기오염물질은 예전에는 난방이나 취사를 목적으로 조금씩 때는 연료에서 나오는 것이 대부분이었다. 그러나 지금은 연료의 사용이 대규모화되었고, 산업시설에서도 잡다한 오염물질들이 발생하며, 자동차 배기가스에 의한 오염 배출량도 많아졌다. 뿐만 아니라 이렇게 배출된 오염물질들이 햇빛을 받고 광화학반응을 일으킨다든지, 비나 안개와 결합하여 산성비 혹은 산성안개를 만들어 2차 오염 현상을 일으키기도 한다.

대기오염의 변화양상
대기오염도는 매일 매일의 기상조건에 따라 변화가 심하다. 그러나 통계적으로 보면 대개 계절 그리고 하루 중의 시간대에 따라 일정한 양상을 보인다. 계절적으로 보면 우리나라 대도시의 경우 겨울에 연료 사용이 많고 기상조건에 오염물질이 잘 흩어지지도 않아 오염도가 가장 높다. 반면 여름에는 오염물질이 잘 흩어져 오염도가 가장 낮다.

그러나 요즈음 서울의 경우(인근도시를 포함해서)는 자동차 배기가스의 증가로 인하여 여름에 오존 주의보가 발생하는 빈도가 높아지고 있다. 하루 중 오염도는 오전6-10시에 가장 높고 오후2-4시에 가장 낮다. 기온 분포를 보면 낮에 지표면이 더워지는데 더워진 공기는 고공으로 상승할 수 있어 오후에는 오염물질의 상하 혼합이 잘 이루어진다.

그러나 밤에는 지표가 빨리 식으면서 찬 공기가 지표면에 깔리게 되어 공기의 상하 유동이 어렵게 된다. 따라서 대기에 배출된 오염물질은 배출된 높이에서 아래위로 혼합이 되지 않은 채 가만히 떠 있던 오염물질이 지표로 확산되어 가라앉게 된다. 이 때 오염도가 가장 높아진다. 그러나 오존과 같은 산하제의 오염도는 위와 같은 양상을 따르지 않는다. 바람이 없고 햇빛이 강한 때인 봄과 여름의 낮에 가장 오염도가 높다.

대기오염의 지구적인 영향
산성비는 도시나 공장지대의 국지적 환경오염과는 달리 보다 광범위하게 생태계를 파괴시키고 있다. 빗물 자체가 수목과 농작물의 잎을 파괴할 뿐만 아니라 흙의 영향을 씻어가서 흙을 산성화시키고 척박하게 한다. 뿐만 아니라 산성화된 흙에서는 식물의 생존이 어렵다.

게다가 흙이 더 이상 알칼리성 광물질을 녹여 낼 것이 없게 되면 물 자체가 산성으로 변한다. 카나다와 스칸디나비아 제국에는 이미 수천개의 호수들이 이 현상으로 물고기들이 살지 못한다. 깨끗한 담수가 없이는 육상 생태계가 받는 피해는 치명적이다.

상층권의 오존층은 지구의 생태계에 매우 중요한 역할을 한다. 그런데 성층권을 날아다니는 초음속 비행기에서 나오는 가스와 지상에서 내뿜는 각종 대기 오염물질들이 이를 파괴하고 있다. 예를 들면 일산화탄소, 할론, 염화 불화탄소(CFC)등의 화학물질이다. 이 중에 CFC가 가장 심각한 파괴 물질이다. 인공위성으로부터의 탐사결과에 의하면 현재 남극의 오존층은 반이 파괴되었으며 칠레와 아르헨티나 남부의 상공은 1/4이 엷어졌다. 이것은 단지 1970년대 후반부터 지금까지의 짧은 기간에 일어난 일이다.

앞으로 우리가 전혀 대기오염물질을 방출하지 않는다고 해도 이미 대기 중에 방출해 놓은 오염물질 만으로도 오존층은 상당량이 더 파괴될 것으로 보인다. 지난 200년 동안 화석연료의 사용이 증가함에 따라대기 중 이산화탄소의 농도도 급격히 증가하였다. 지구상 탄산가스의 주 저장고는 바다인데 바다가 흡수하는 속도보다 더 빠른 속도로 이산화탄소가 배출이 되고 있기 때문이다.

산업혁명 이전에 이산화탄소의 농도는 부피로 따져서 200내지 250ppm이었다. 그러던 것이 1870년만 해도 탄산가스의 농도는 285ppm이었다. 그러던 것이 지금은 345ppm이 되었다. 이산화탄소는 적외선을 흡수하기 때문에 지구의 기온을 높인다.

햇빛을 받고 더워진 지표가 재 방사하는 적외선을 이산화탄소가 차단하여 받기 때문에 마치 유리나 비닐로 덮은 온실처럼 작용한다. 19세기말에 아레니우스는 만약 탄산가스의 농도가 곱절이 된다면 지구의 기온은 평균 섭씨 5도가 오를 것이라고 했다. 이산화탄소가 지금과 같은 추세로 증가한다면 농도가 곱절이 되는 것은 시간문제다.

그리고 이산화탄소 이외에도 폐기물이 썩으면서 발생하는 메탄가스나 오존층의 파괴도 지구의 기온을 상승시키는 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 기온이 상승하여 만약에 지구의 빙하가 다 녹는다면 지구의 해수면은 60m나 올라가게 되어 세계 대부분의 농경지와 거주지는 바다에 잠기게 되고, 그렇게 큰 기온의 변화가 생태계를 어떻게 파괴하게 될지는 참으로 예측하기 어렵다.

※ 세계적인 대기오염 사건 ?

뮤즈계곡(Meuse Valley)사건(벨기에, 1930. 12)
1930년 12월 벨기에의 수도 벨리움의 뮤즈계곡에서 발생한 스모그사건으로 뮤즈계곡에 위치한 금속, 유리, 아연, 제철, 황산공장 및 비료공장 등에서 배출되는 SO₂, H2SO₄, CO, 불소화합물, 미세입자가 계곡 24㎞에 걸쳐서 무풍과 기온 역전으로 스모그가 3일간 계속되었고 사망자수가 정상의 10배가 되었다. 주증상은 급성 호흡기질환, 기관지염, 심장과 폐의 만성질환 등이었다.

도노라(Donora)사건(미국, 1948. 10)
미국 펜실베니아주 피츠버그시의 남쪽 모노가헬 강변에 위치한 분지 내에 있는 공업도시인 도노라에서 발생. 이 도시는 제철공장, 황산공장, 아연 정련소 등이 있는 130m 계곡에 4일간 무풍이고 기온역전으로 공장에서 배출되는SO₂ , H2SO₄ , 연무 등의 정체현상으로 스모그가 발생하여 인구14,000명 중 18명이 사망, 심한 상태 11%, 중증 17%, 경증 15%의 폐자극 증상이 나타났다.

포자리카(Poza Rica) 사건(멕시코, 1950. 11)
멕시코 공업지대인 포자리카에서 공장조작 중 황화수소가 인근 마을로 다량 누출되어 분지를 이룬 이곳에 기온 역전으로 피해를 일으켰다. 인구 22,000명 중 320명이 급성 중독, 22명이 사망, 다수의 국민이 기침·호흡곤란·점막 자극 등으로 시달렸다.

런던(London)스모그 사건(영국, 1952. 12)
1952년 12월 5일부터 9일까지 5일간 런던에서 가정난방, 기타 공장·발전소의 석탄 연료 사용에 따른 CO, SO₂, 먼지가 지표면에 쌓여서 발생한 사건. 런던은 템즈강 유역의 평지로 인구가 조그만 도시이며 기상은 고기압과 무풍 및 기온역전으로 2주간 차가운 스모그현상이 지속되었으며, 피해 당시 각 지역에서 방출한 매연이 짙은 안개 속에 지표면에 축적되어 발생한 대참사였다. 사고 당시 2주 동안 평상시의 약 2.6배인 4,000명이 사망, 그 후 2개월 동안 8,000명이 과잉사망하였다. 특히 1세 이하의 유아와 45세 이상의 심폐성 환자에게 연령에 비례하여 중증을 나타내었다.

로스엔젤레스(Los Angeles) 사건(미국, 1954. 7)
캘리포니아주의 로스엔젤레스에서 자동차 배기가스에서 나오는 CO₂, SO₄, NO₂, O₃, 탄화수소, 질소산화물, 황산화물 등과 태양광선 중의 자외선에 의해서 발생한 PAN, 과산화수소 등 광화학적 산화물에 의한 신종 광화학스모그 사건. 해안 분지로 1년 동안 내내 해안성 안개와 기온 역전과 백색 연무 현상이 거의 매일 발생하였고, LA 스모그는 더운 여름 8-9월 중 기온이 24-32도에 이르는 정오경에 자주 일어나며, 태양 광선과 작용하여 광화학스모그를 형성하는 특징이 있다.

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