대기수질 황사
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(1) 정의 : 주로 중국 북부의 황토지대에서 바람에 의하여 하늘높이 불어 올라간 미세한 모래먼지가 대기중에 확산되어 하늘을 덮었다가
서서히 강하하는 현상 또는 강하하는 모래먼지를 말한다(기상학 사전, 1992).
(2) 주요발생지역(중국)
우리나라에 영향을 미치는 황사의 기원은 중국의 신장과 황하 상류지역, 몽고와 중국의 경계에 걸친 넓은 건조지역이다. 이곳에서 황사가 발생하면 강한 바람과 함께 모래먼지가 갑자기 나타나 1 km밖을 구분할 수 없게 된다.
중국은 서고동저형의 지형 특성을 갖으며 다양한 기후형태가 나타나는 데, 연강수량이 400 mm이하이고, 사막이 대부분인
서북 건조지역이 바로 황사의 주요 발원지이다. 타클라마칸 사막은 타림분지 중서부에 있으며, 중국 사막 총면적의 52 %를 차지하는 최대의
사막(1000㎞×400㎞)이고, 타클라마칸 사막의 동북방향에 위치한 고비사막은 연강수량이 30㎜밖에 안되는 건조지역으로 바람이 강하다(전영신,
1999).
(3) 황사의 역사
중국의 경우 서기 300년 이후부터 황사관측기록이 남아있고, 조선왕조실록에도 황사현상에 대한 기록이 자주 나온다. 태종 11년에는 14일동안 흙비가 내렸다는 기록이 있고, 성종 9년 4월에는 4월, 숙종 4월에도 각각 흙비가 내려 옷에 혼탁한 자국이 남았다는 기록이 있다.
역사시대 이전에도 황사현상이 있었다는 것을 뢰스지대의 분포를 통해서도 알 수 있다. 현재 전세계 지표면의 약 10%정도가 뢰스지대를 이루고 있다. 중국의 황토고원은 두께가 약 200m가 넘는 뢰스 침적지대가 있는 데 이곳은 신장지방과 타클라마칸 사막 주변경계에 해당한다.
우리 나라와 일본은 아시아 대륙 중심부로부터 비롯되는 황사의 영향을 받고 있으며, 중앙아시아에서 발원한 황사는 하와이나 알라스카 북쪽 해안에도 침적된다. 또한 아프리카의 사하라 사막의 황사는 대서양을 건너 플로리다반도에서도 수차례 관측되었고, 북쪽으로 이동하여 유럽에서도 관측된 바 있다(전영신, 1999).
나. 황사의 수송
(1) 우리나라는 위도상 중위도 편서풍대에 위치하고 있어 황하유역과 중국 및 몽고사막 등에서 봄철 기온이 따뜻해지면 강한 한랭전선을 동반한 저기압이 발달할 때 그 전선 후면에 강풍과 함께 발생한 토양먼지가 매년 3∼5월경에 편서풍을 타고 1,500∼2,000 km이상의 거리를 이동하여 우리나라, 일본 및 하와이까지 이동된다.
(2) 발원지에서 배출되는 먼지 양을 100%라 가정할 때 보통 30%가 발원지 부근에 침적되고, 20 %는 주변지역으로 수송되며, 나머지 50 %는 장거리 수송된다(전영신, 1999).
(3) 북태평양으로 유입되는 먼지는 주로 봄철에 대기 상층의 편서풍을 타고 아시아로부터 운반되는 것으로 총량이 약 2천만톤에 달한다. 수 천년이 넘는 기간동안 해저에 퇴적된 광물입자들을 분석한 결과 북서 태평양 퇴적물이 아시아에서 바람에 의해 운반된 물질들을 함유하고 있는 것으로 확인되고 있다(전영신, 1999).
(4) 우리나라에는 매년 3∼5월에 황사가 관측이 되는 데, 평상시에는 10∼50 ㎍/m3인 먼지농도가 100∼500 ㎍/m3인으로 증가하며, 황사의 주성분인 Si, Al, Ca, K, Na 등의 농도가 상승한다.
(5) 고비사막에서 발생한 황사('93. 4. 23∼26)를 대상으로 수치실험 결과, 24시간후(4월24일)에 고비사막 지역에서 평균농도는 약 1000 μgm-3이였으며, 최고농도는 2×105 μgm-3를 나타냈고, 48시간 후(4월25일) 최고농도는 중국 Shanxi 지역에 300μgm-3, 72시간 후(4월26일)에는 인천으로부터 서쪽으로 200km 떨어진 서해안에 20μgm-3을 나타냈다(국립환경연구원, 1997).
(6) 황사기간('93. 4.23∼26) 동안 총 황사발생량 104백만톤 중 92%에 해당되는 96백만톤은 침적되고, 2%에 해당되는 2백만톤은 5,200 m 고도내에 부유되며 나머지 6%에 해당되는 6백만톤은 우리나라 동해를 빠져나가는 것으로 추정되었음. 한편 황사기간 동안 황사발원지에 67백만톤, 우리나라에 5천톤 정도 침적되는 것으로 추정되었다((국립환경연구원, 1997).
(7) 또한 황사는 하층에 한기가 형성되어 있는 경우 고원지대의 혼합층이 지상 2∼3km 높이에서 상층혼합층이 형성되어 이동할 수 있다.
발원지에서는 황사 대부분이 혼합층내에 갇혀 있었으나 일부지역에서 지역적으로 형성된 상승류에 의해 황사가 상층으로 수송될수 있으며 이로 인해
황사가 2층구조로 형성된다(정관영, 1996). 한반도 상층으로 황사가 통과하는 경우 지상에서는 먼지농도가 낮게 나타난다.
다. 황사가 주로 봄에 발생하는 이유(전영신, 1999)
(1) 봄철에는 겨울내내 얼어있던 건조한 토양이 녹으면서 잘 부서져 부유하기 쉬운 20 ㎛이하 크기의 모래먼지가 많이 발생한다. 여름에는
강수도 있고, 가을까지는 땅에 식물이 뿌리를 내리고 있어 모래먼지가 묶여 있지만 겨울을 지나면서부터는 모래먼지가 땅으로부터 자유로워지는
것이다.
(2) 황사의 고향인 유라시아대륙의 중심부는 바다와 멀리 떨어져 있고, 물과 식물이 부족해 모래바람이 항상 일어나고 있지만 멀리 떨어진
우리나라에 주로 영향을 주는 시기는 대규모가 황사가 발생하는 봄이다.
(3) 우리나라에 황사발생일수는 일년에 3∼6일로 주로 4월에 관측되며, 중국의 자료에서도 1년중 25 %가 4월에 발생한다고 보고하고
있다. 일본의 경우는 1년에 평균 5일 관측되며, 주로 일본의 서쪽 규슈지방에서 자주 발생한다.
라. 황사의 특징
(1) 황사먼지 입경분포
황사먼지의 입경분포를 보면 발생원지역과 이동하는 거리에 따라 달라지는 데 우리나라에서 측정한 자료들을 종합하면 조대먼지에
해당하는 영역의 입자개수농도의 증가가 현저하다. 그림 3.26.1은 1999년 1월 26∼29일에 발생한 황사와 황사가 종료한 시기의 입경별
입자개수농도를 그린 것인 데 주로 2∼10 ㎛영역에서 개수농도의 증가가 현저한 것을 알 수 있다.
(2) 황사의 화학적인 조성
황사의 원료라고 할 수 있는 중국 북부의 사막 토양은 3∼5 ㎛의 미세먼지로써 풍화되기 쉬운 장석이 다량 잔류하고
있는, 탄산칼슘 등을 비교적 다량 함유하고 있는 알카리성 토양이다. 그러나 장거리 이동되는 황사의 성상은 발원지에서의 토양성분이외에도 이동과정
중에서 오염된 지역의 가스상 물질들이 추가된다. 그리고 가스와 입자의 상호작용에 의해 SO2, NOx, 등의 가스상
물질이 입자표면에 흡착되어 황산염이나 질산염 등이 많이 생성되는 것으로 조사된다(그림 3.26.2). 이과정 중에서 오존과 같은 산화제
등이 입자표면에서 SO2등의 가스상물질들을 산화시켜 황산염 등의 입자상물질을 생성시킨다.
마. 황사의 영향
(1) 황사 에어로졸의 광학적 특징
황사 발생시는 대기의 광학적 두께와 에어로졸의 소산계수가 크게 증가시켜 지구 냉각화에 영향을 주는 직접적인 효과
외에도 구름을 생성하는 응결핵으로 작용하여 대기복사 체계에 영향을 주는 간접적인 효과도 있다.
(2) 황사의 위해도 측면
대기중의 분진농도는 심할 경우 환경기준치의 2∼3배 이상 초과하기도 하며, 식물의 기도를 막아 광합성작용을 방해하여
식물에 피해를 준다. 황사현상이 발생하면 기관지염, 천식, 안질, 알레르기 등의 질환이 발생 또는 기존 질환이 악화되며, 특히 콘택트 렌즈를
사용하는 사람은 매우 고통과 피해를 받을 수 있다. 우리의 일상생활에 불편을 주고 산업계에도 영향을 주는 것으로 알려져 있으나 우리나라
토양에 좋은 비료가 될 수 있다는 의견도 제기되고 있음.
참고문헌
1. 전영신, (1999), 황사현상이란? 과학동아 1999년 3월호.
2. 국립환경연구원, (1998), 장거리이동대기오염물질의 공간분포 및 변화에 관한 연구(Ⅰ).
3. 전영신, (1996), 황사발원지의 배출조건을 고려한 황사의 장거리수송 사례 연구.
서울대 박사학위논문
4. 정관영, (1996), 한반도에서 관측된 황사의 수치모의, 서울대 박사학위논문.
그림 3.16.1. 황사기간(1999.1.25∼26)과 비황사기간(1.28∼31) 중의 입자의 입경분포 특징의
비교
외부기생충
그림 3.16.2. 황사기간(1999.1.25∼27)과 비황사기간의 황산염 성분농도의 비교
작성자 : 대기화학과 환경연구사 김병곤(이학석사)