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17. 대기오염물질의 장거리 이동가. 동북아시아에서의 장거리 이동 오염물질

(1) 일반 사항

(가) 동북아지역은 세계에서 가장 급속한 경제성장을 이루고 있는 지역으로서 경제적인 측면만이 아닌 환경오염 측면에서 세계의 이목이 집중되고 있다. 최근들어 국내외에서 동북아지역의 대기오염과 관련된 연구들을 활발히 수행하고 있으며, 한반도 대기질에 대한 중국의 영향도 부분적으로 밝혀지고 있다.

(나) 본 자료집에서는 최근에 발표된 연구내용을 중심으로 소개하므로써 우리들이 궁금하게 여기는 동북아시아에서의 대기오염 물질 이동현상을 알리고자 하였다. 다만, 연구의 특성상 제시되는 자료들의 오차 범위가 커서 그 현상을 단정 짓는데는 한계가 있다고 본다.

(다) 정부는 동 분야에 대한 연구의 중요성을 인정하고 그동안 부분적·산발적으로 수행되어온 연구를 체계화하고자 내년부터 5년간 종합적인 연구사업을 추진할 계획으로 있다. 그 주요 내용으로는 지상배경농도측정, 항공기 관측, 모델링의 개발·적용 및 산성우 조사등을 통한 오염물질의 장거리 이동현상 규명과 생태계 및 토양에 미치는 영향조사 등이 있다.

(라) 앞으로 이 분야는 지속적이고 폭넓은 연구가 진행될 것이며 국가간의 신뢰성 있는 데이터 교환 등도 활발할 것으로 기대되고 있다. 또한 조사·연구 결과를 토대로 하여 과학적인 자료를 바탕으로 한 관련국의 긴밀한 협력도 이루어 질 것으로 기대되고 있어 점차 심화되어가는 지역환경오염 문제 해결에 청신호를 보내고 있다.

(2) 오염물질의 지역적 특성

(가) 대류권 하층에 존재하는 산성침적물이나 광화학 산화물 등은 평균체류시간이 1일에서 1주일 정도로 보통 수백에서 수천 ㎞까지 이동이 가능한 것으로 알려져 있다. 북반구 중위도에서 대기중에 황산염의 체류시간은 겨울철에는 4∼6일, 여름철은 6∼15일이며, SO₂는 비교적 짧아서 2∼3일로 조사되었다 (Benkovitz et al., 1994).

(나) 중국공업지역에서 배출된 오염물질이 24시간후 우리나라에 도착한다고 가정할 경우 SO₂의 22%가 SO₄^-2로 변환되며, 10월보다는 12월에 SO₄^-2/SO₂몰비가 크게 나타난다 (한진석 등, 1998).

(다) 기류의 이동 특징에 따라 황화합물의 변환 특성이 다르게 나타나는 걸 볼 수 있다. 기류가 요동성과 황해를 거쳐 일본 야쿠시마쪽에 도착했을 경우에 SO₄^-2/SO₂비가 큰 반면에 한반도를 거쳐 일본 서해안에 도달할 경우는 적게 나타난다 (Hatakeyama 등, 1997).

(라) 참고로, 중국에서 1995년도에 인위적으로 SO₂를 배출한 양은 3,100만톤으로 우리나라의 약20배에 달하고 (박순웅 등, 1997), 중국 산둥반도 남서쪽의 청정지역인 Quingdao의 SO₂농도가 우리나라 청정지역인 태안반도의 약20배, SO₄^-2 는 거의 5배인 것으로 조사되었다 (문길주 등, 1998).

(3) 대기오염물질의 이동경로

(가) 동북아를 5개 구역으로 다음 그림과 같이 나눠서 구역별 기류의 이동 경로를 장거리 이동 모델 CADM을 이용하여 분석한 바에 의하면, 1, 2 권역에서 기류의 이동이 가장 많고 4,5권역은 거의 없는 것으로 나타났다. 계절별로는 겨울철에 1, 2권역의 이동이 특히 많았으며, 계절별 총 이동량은 별다른 차이가 없는 것으로 조사되었다 (박일수 등, 1999).
 

표 3.17.1 구역에 따른 계절별 기류이동 발생빈도

그림 3.17.1 동북아 5개 권역구분

(나) 가을과 겨울철의 기류이동을 보면 10월에는 바이칼, 몽고, 요령반도를 거쳐 북서쪽에서 국내로 이동하는 반면에 12월에는 신강자치구, 산동성을 거쳐 서쪽에서 이동해 오는 것으로 파악되었다. 또한 겨울철 SO₂배출원이 밀집되어 있는 산둥반도에서 태안반도 쪽으로 경계층내 빠른 유속에 의해 오염물질이 이동하는 것으로 조사되었다 (박일수 등, 1998).

(다) 한·중·일의 배출량과 기상조건 등을 고려하여 아황산가스와 황산염의 농도를 예측해 본 바에 의하면, 남서풍이 우세한 경우에 중국 중남부 지역으로부터 오염물질이 한반도 북쪽까지 깊숙히 이동되고 있다. 이에따라 남서풍이 많은 겨울철에 오염물질은 한반도 남쪽지역보다 북쪽지역에서 더 높은 농도를 나타내며, 북서풍이 부는 가을철에 비하여 한반도 전체의 오염농도도 더 높게 조사되었다 (박일수 등, 1998).

(4) 대기오염물질 이동량

(가) 한반도의 황산염 습성침적량에 대한 중국의 영향은 8 내지 44%로 조사된 바 있다 (이태영 등, 1997).

(나) 중국으로부터 한반도로 유입되는 오염물질을 지상측정과 항공관측자료등을 종합 분석한 바에 의하면, 아황산가스의 평균유입량은 봄철에 60∼100톤/hr, 가을철은 45∼70톤/hr, 겨울철은 300∼340톤/hr이고 SO₄^-2유입량은 가을에 11∼28톤/hr, 겨울에 100∼110톤/hr 정도로 추정되었다. 이는 겨울철에 막대한 황화합물이 중국으로부터 우리나라로 유입됨을 나타낸 것이다. 특히 중국으로부터의 유입량을 연기준으로 환산하면, 겨울철 SO₂의 유입량은 1994년도 우리나라 아황산가스 배출량의 150%를 넘었으며, SO₄^-2도 40%정도인 것으로 추정되었다 (문길주 등, 1998).

(다) 항공기를 이용한 측정에 의하면 대기오염물질 이동량은 겨울철에 0.25(1997. 12) 내지 0.24톤/(km/hour)(1998. 11)로 가장 컸고, 가을(1997. 10), 봄(1998. 4) 순으로 나타났다 (한진석 등, 1998).

(라) 또한 한반도로 유출입되는 아황산가스와 황산염을 모델링을 이용해 산정한 것을 보면, 서해안으로 유입되는 아황산가스는 기상조건에 따라 109∼238톤/hr, 황산염은 32∼48톤/hr이며, 황산염은 최고 95%에서 최저 50%가 중국으로부터 유입되는 것으로 추정되었다. 반면, 동해안을 따라 유출되는 오염물질은 아황산가스 22∼25%, 황산염 46%∼75%가 한반도의 오염물질인 것으로 추정되었다. 또한 중국으로부터 서해안을 통해 유입되는 아황산가스는 최고82%까지 한반도에 침적됨을 알 수 있었다 (박일수 등, 1998).

(5) 장거리 이동 오염물질의 영향

(가) SO₂는 장거리 이동 과정중에 황산염으로 변환되어 생태계를 산성화 시키며, 구름의 응결핵으로 작용하여 지구 복사체계를 변화시킨다. 황산염의 전지구적 냉각률은 약 -1.1W/㎡로 온난화 가스 (CO₂:1.5, 다른 온난화 가스 0.95 W/㎡)와 더불어 지구 복사 에너지 수지에 영향을 주고 있다 (Charlson et al., 1991).

  황화합물의 변환을 주도하는 요소들로는 OH라디칼 농도, 운량, 강수량, 강수빈도 및 자체의 농도 등이 있다 (Lagner and Rodhe, 1991).

(나) SO₂등 산성화된 미세입자는 천식과 기관지염 환자들에게 영향을 미칠 수 있는데, 오염도의 오랜기간 동안의 평균값 보다는 이따금 발생되는 단기간의 고농도가 더 중요하다. 또한 SO₂는 물의 산도를 증가시켜 용해상태의 금속농도를 증가시키므로써 우물물등을 의존하는 사람들에게 중금속 오염의 심각한 우려를 낳고 있다 (Peter O'Neill, 1993).

(다) 대기중 SO₂는 식물에도 직접적인 손상을 입혀 증산(transpiration), 광합성, 잎의 보호막, 그리고 잎으로 부터의 이온의 침출 등에 영향을 미친다. 토양에서는 마그네슘과 칼륨과 같은 필수금속원소의 제거속도를 증가시키고 알루미늄, 납, 아연, 구리 등 독성을 띤 금속의 이동속도를 증가시켜 자연계를 파괴시킨다 ( 상 동 ).

(라) 또한 입자상의 황산염등은 NO₂, N₂O5와 더욱 용이하게 반응하여 ClNO₂와 ClNO를 방출하고 이들 생성물질은 가시광선에 의해 쉽게 분해되어 오염된 해양지역에서의 광화학스모그에 대한 광개시물질로 작용한다 (L. Ember,1998).

나. 국내 연구 동향

(1) 동북아 대기오염 장거리이동과 환경보전 협력방안에 관한 조사(1995∼1999, KIST 문길주/김용표)

(가) 대기오염물질의 장거리이동 유출입량을 정량적으로 규명하고자 환경부의 용역으로 국내 청정지역에서의 지상측정과 분석 등을 수행하고 있다.

(나) 주요연구 내용

1) 대기오염 배경농도 측정

가) 제주고산 등 6개 지상측정소 운영

나) 거대입자 및 미세입자의 무게, 이온성분, 미세입자의 탄소 및 금속성분 분석

2) 측정자료 해석 : 오염물질의 장거리 이동 특성, 이동량 및 침적량 등

3) 국제공동조사 : 중국 청도에 측정망 운영

(2) 장거리 이동 대기오염물질의 공간분포 및 변화에 관한 연구 : 항공기 측정을 중심으로 (1997∼1999, 국립환경연구원 한진석 등)

(가) 동북아 지역에서의 대기오염물질의 장거리 이동 감시체계를 구축하고자 항공기를 이용하여 대기오염물질을 측정하고 장거리 이동물질의 침적량 산정을 연구하고 있다.

(나) 주요연구 내용

1) 항공기를 이용한 오염물질 측정

2) 오염물질의 연직구조 파악 및 산화제와 다른 오염물질과의 관계 분석

3) SO₂의 장거리 이동중에 황산염으로의 변환에 주는 영향 분석

4) 한반도 남해·서해 경계를 통한 오염물질의 이동량 추정 및 황 수지 산정

(3) 장거리 이동 대기오염물질의 공간분포 및 변화에 관한 연구 : 모델링을 중심으로 (1997∼1999, 국립환경연구원 박일수 등)

(가) 장거리 이동모델인 CADM 을 이용하여 우리나라로 이동되는 공기의 발원지를 추적하고 이산화황 및 황산염의 이동·강하량을 산출하는 것을 목표로 하고 있다.

(나) 주요연구 내용

1) 동북아지역의 황산화물 Source-Receptor간 수지 평가

2) 동북아지역 공기이동 권역별 침적량 산정

3) 상층기상관측과 기류이동 특성 분석

(4) 산성비 감시 및 예측기술 개발 (1992∼, 연세대학교 이태영 등)

(가) 환경부의 G-7환경공학기술개발사업의 하나로 수행되고 있다. 주요 연구 내용으로는 동북아지역 대기오염물질 배출량 조사, 대기질 감시망 구성 및 산성비 예측모델 개발 등이 있다.

(5) 기타

(가) 동북아지역 대기오염 배출원조사 (서울대, 1994)

(나) 배경강수 측정망 운영 (연세대, 1994)

(다) 대기오염 감시망 구축 및 측정 분석 (KIST, 아주대, 1991∼1995)

(라) 황사 및 장거리 이동되는 오염물질이 우리나라에 미치는 영향 연구 (대한항공 등, 1993∼1994)

(마) 한·중 장거리 이동 대기오염조사 (한국교원대, 1995)

(바) 장거리 이동모형 개발 (연세대, 1993)

(사) 대기오염물질의 장거리 이동과 산성비 강하에 관한 연구 (국립환경연구원 등, 1989∼1991)

다. 국제 협력

(1) 동북아 장거리이동 등에 관한 전문가 회의 (Expert Meeting on Long-range Transboundary Air Pollutants in Northeast Asia)

(가) 한국, 중국, 일본 3국은 지난 '95년 9월 관련 워크샵을 개최하여 동북아지역의 대기오염 심각성을 공동 인식하고 3국간 공동연구 수행을 위한 공동운영위원회 설치에 합의를 하였다.

(나) 워크샵에서 합의된 내용에 따라 국립환경연구원에 사무국을 설치하고 1996년 7월과 11월에 걸쳐 전문가회의를 2회 개최하였다. 이 회의에서 장거리 이동 대기오염물질 관련 측정 및 모델링 분야 공동연구 수행에 합의하고 단계별 공동연구 제안서를 채택하였다.

(다) 전문가회의 결과에 따라 지난 '99년 8월에 측정 및 모델링 분야 조사전문가 12인이 모여 세부조사 계획을 확정하였다. 따라서 앞으로는 국가간 서로 신뢰할 수 있는 자료 확보가 용이할 것으로 기대되고 있으며, 장기적으로 동북아에서 장거리 대기오염물질을 규제하기위한 발판이 마련될 것이다.

(2) 동북아 환경협력회의 (Northeast Asia Conference on Environmental Cooperation)

(가) 국가간 지역환경문제에 관한 정보 및 의견교환을 촉진하고 환경협력을 강화할 목적으로 한국, 중국, 일본, 몽골, 러시아의 환경당국이 참여하고 있다. 1992년 일본에서의 제1차회의를 시작으로 지난해 우리나라에서 제7차 회의가 개최된 바 있다.

(나) 그동안 산성비, 생물다양성보존 등 공통관심사항에 대한 참가국의 정책을 소개하는 등 상호 이해의 확대폭을 넓혀오고 있다.

(3) 동북아 환경협력 고위급회의(North-East Asian Subregional Programme on Environmental Cooperation)

(가) 한국, 중국, 일본, 몽골, 러시아, 북한 등 6개국 정부차원의 회의로 1993년도에 서울에서 제1차 회의가 개최된 이래 4차례 회의가 있었다. 동 회의를 통하여 6개국간의 기본적인 환경협력체계를 채택하였으며, 국립환경연구원이 '오염데이타의 모니터링, 수집, 비교 및 분석사업'을 위한 Data Center의 역할을 수행토록 되어 있다.

(4) 양국가간 환경협력

(가) 한·일 환경협력 협정: 1993년 6월에 체결되었다. 향후 장거리대기오염문제 등 지역환경문제 해결 등에 역점을 둘 것으로 기대되고 있다.

(나) 한·중 환경협력 협정: 1993년 10월에 체결되었다. "산성비 오염물질의 이동모델 및 대책" 등 11개 협력과제가 선정되어 공동연구를 수행하고 있다.

(다) 한·러 환경협력협정 및 철새보호 협정 : 1994년 6월에 체결되었다. 원격탐사기술 등 상호관심사항등에 대한 협조가 이루어 질 것으로 기대되고 있다.

참고문헌

1. 국립환경연구원 (1998), 국립환경연구원보 제20권

2. 국립환경연구원 (1998), 동북아 대기오염 장거리이동과 환경보전협력방안에 관한 조사 (Ⅲ)

3. 문희정·신현상 (1996), 환경화학, Peter O'Neill의 Environmental Chemistry 번역서, 한국경제신문사

4. 김 건 등 (1994), 환경화학, Nigel J. Bunce의 Environmental Chemistry 번역서, 천문각

작성자 : 대기물리과 환경주사 서인원(이학사)