***2018년에 정리한 내용입니다***
지구과학1
03. 위기의 지구
1. 환경오염
1] 대기오염
1. 대기오염
- 사람, 동식물 등 기타 여러 환경에 나쁜 영향을 주는 물질들이 대기에 포함되어 있는 상태
① 자연적 : 화산, 산불 등에 의한 오염물질 배출 (먼지, 재, CO, CO₂, ...)
② 인위적 : 인간 활동에 의한 배출 (CO, SO₂, NOx, VOCs, ...)
2. 대기오염물질의 분류
1) 물질 상태에 따른 대기오염물질의 분류
① 기체상 물질 : CO₂, SO₂, ...
② 입자상 물질 : 먼지, 매연 등 작은 액체나 고체들
2) 생성원인에 따른 대기오염물질의 분류
(1) 1차 오염물질
- 공장, 자동차 등에 의해 대기로 직접 배출되는 오염물질
① 일산화탄소 (CO)
- 연료 속의 탄소성분이 불완전 연소 시 발생
- 색깔과 냄새가 없으나 강한 독성을 가짐
- 혈액 속 헤모글로빈의 산소운반능력을 떨어뜨려 두통 유발
- 자동차, 연료연소, 공장, 연탄연소 등에서 발생
② 질소산화물 (NOx)
- 자동차 엔진과 같은 고온에서 물질이 연소될 때 공기 중 산소와 질소가 반응하여 생성
- 산성비, 광화학 스모그(LA형 스모그) 유발
- 자동차, 공장 등에서 발생
③ 황산화물 (SOx)
- 화석연료에 포함된 황이 연소할 때 발생
- 산성비, 황화 스모그(런던형 스모그) 유발
- 공장, 화력발전소 등에서 발생
④ 탄화수소 (CxHy, 벤젠, 톨루엔, 폼알데히드, ...)
- 탄소와 수소를 포함하는 화합물
- 신경계 장애를 일으켜 발암
- 자동차, 공장 등에서 발생
⑤ 미세먼지 (PM 10)
- 10㎛이하의 작은 먼지
- 기관지에서 걸러지지 않아 허파 깊숙이 침투하게 되어 호흡기 질환
- 낙하속도가 느려서 도시에 먼지지붕을 형성
+ 초미세먼지 (PM -2.5 = 2.5㎛ 이하 먼지)
(2) 2차 오염물질
- 1차 오염물질이 대기 중에서 화학반응을 일으켜 생성
① 황산 (H₂SO₄)
- 이산화황(SO₂)과 수증기(H₂O)가 결합하여 형성
- 산성비의 원인
② 질산 (HNO₃)
- 질소산화물(NOx)과 수증기(H₂O)가 결합하여 형성
- 산성비의 원인
③ 오존 (O₃) [지상의 오존]
- 질소산화물(NOx)이 자외선을 흡수하는 광화학 반응으로 생성
- 살균효과가 있으나, 다량 있을 시 호흡기나 눈을 자극
■ 질소산화물 순환 과정
→ 질소산화물의 순환 과정에서 오존은 생성과 소멸을 반복하며 일정한 농도를 유지
- 순환 과정에서 CxHy가 개입하면 NO가 CxHy가 만나 알데히드(독성 O)를 만들기 때문에 O₃가 소멸하지 못해 O₃농도 상승
(NO + CxHy → 알데히드)
3. 대기오염현상
① 산성비 (pH 5.6 이하)
- 황산화물과 질소산화물이 비에 녹아내리는 현상
- 토양 및 호수 산성호, 산림 황폐화, 대리석 부식, ...
② 광화학 스모그 (LA형 스모그)
- 질소산화물, 휘발성 유기화합물 등이 햇빛과 작용하여 오존, 옥시던트 등 유해로운 물질을 만들어 피해
- 눈, 호흡기 질환 유발
- 주원인은 자동차
- 낮에 발생
NO + CxHy → 알데히드
O₃ + CxHy → 옥시던트
O₃ = 오존
③ 황화 스모그 (런던형 스모그)
- 황을 포함한 스모그로써, 공장을 과도하게 운영하여 황산화물, 일산화탄소 등이 다량 나와 피해
- 호흡기 질환 유발
- 주원인은 자동차 및 공장
- 밤에 발생
| 광화학스모그 VS 황화스모그 | ||
| 발생원인물질 | NOx → 옥시던트, 오존 | SOx → 황산, 일산화탄소 |
| 발생시기 | 낮 (순환에 자외선 필요) | 밤 |
| 주원인 | 자동차 | 공장 |
④ 먼지 지붕
- 먼지들의 낙하속도가 느려서 도시의 하늘을 뒤덮는 현상
- 햇빛을 차단하고 구름의 양이 많아져 대기오염농도 증가
4. 기상과 대기오염의 관계
① 바람의 세기 : 바람이 약할수록 오염농도 증가
② 지형 : 분지의 경우, 오염농도 증가
③ 기온의 연직분포 : 기온의 연직분포에 따라 오염농도 변화
2] 수질오염
1. 수질오염
- 물이 원래의 용도로 사용도리 수 없거나 생태계에 나쁜 영향을 미치는 등 수질이 약화된 상태
- 생활하수, 산업폐수, 축산폐수, 비료, 농약 등으로 인해 발생
2. 수질오염의 지표
① 용존산소량 (DO, Dissolved Oxygen. ∝ 1/수질오염)
- 물 속에 녹아있는 산소의 약 [ ppm or mg/L ]
- 수질오염이 심할수록 DO 감소
② 생화학적 산소요구량 (BOD, Biochemical Oxygen Demand, ∝ 수질오염)
- 물 속의 호기성 박테리아가 유기물을 분해할 때 필요로 하는 산소요구량 [ ppm or mg/L ]
- 수질오염이 심할수록 BOD 증가
■ BOD와 DO의 그래프
3. 수질오염의 종류
① 영양염류
- 생물의 생장에 필요한 영양소를 제공하는 염류
- 생활하수, 하수처리시설의 부산물, 비료, 분뇨 등에 포함된 질산염, 인산염 등을 의미
| ■ 오염과정 - 영양염류 증가 → 부영양화(조류가 급속히 증식하는 현상) 발생 → 영양염류를 먹이로 하는 플랑크톤의 양 증가 ▶ 하천 : 녹조 발생 / 바다 : 적조 발생 - 물 속의 산소량 감소 + 햇빛 투과량 감소 ▶ DO감소 → 물고기 폐사 → BOD 증가 |
② 유기물
- 탄소를 포함하는 여러 원소로 구성된 물질 (탄수화물, 지방, 단백질, ...)
- 생활하수, 산업폐수, 축산폐수 등에 포함
| ■ 오염과정 - 유기물 증가 → 호기성 박테리아 증가 (BOD 증가) → 산소 소모 (DO 감소) → 물고기 폐사 |
③ 합성유기화합물
- 살충제, 제초제, 음식 첨가제 등에 들어있는 오염물질
- 잔류성 오염물질로써, 독성을 배출하여 생물체의 조직에 축적되어 암, 기형아 발생
④ 중금속
- 한번 생명체에 유입되면 분해도거나 체외로 배출되지 않고 먹이 연쇄를 따라 축적
- 생물농축 (먹이사슬의 상위로 갈수록 농도가 점점 증가)
- 수은 : 미나마타 병 (중추신경마비, 언어●시력●청각 장애) / 카드뮴 : 이타이이타이 병 (골연화증) / 비소 : 발암물질
⑤ 병원성 미생물
- 콜레라, 장티푸스, 간염, 이질 등 수인성 질병 유발
⑥ 기름
- 수면에 막을 형성하여 DO를 감소시키고 햇빛 차단
4. 오염원의 종류
| 점 오염원 | 비점 오염원 |
| 공장, 가정하수, 분뇨처리장 | 논, 밭, 임야, 도로 대지 |
| 인위적 | 인위적 및 자연적 |
| 배출지점 특정 | 배출지점 불특정 |
| 한 지점으로 집중 배출 | 확산 배출 |
| 계절에 따른 변화 X | 계절에 따른 변화 큼 |
| 차짐이 용이하고 처리효율 높음 | 차집 곤란함 / 낮은 처리효율 |
3] 토양오염
1. 토양오염
- 산업 활동을 포함한 사람의 활동으로 인해 토양이 오염되는 것
- 산업폐기물, 생활폐기물 등
2. 토양오염의 특징
① 유동성이 거의 없으며, 공극률이 커서 오염물질이 공극에 쉽게 잔류
② 투수성이 좋은 토양은 오염된 상태가 표면에 잘 드러나지 않음
③ 점토층은 미세 공극이 잘 발달하여 오염물질을 쉽게 흡착
④ 물이나 공기에 비해 제거가 어렵고 비용이 많이 듦
⑤ 오염물질이 물에 씻겨져 가므로 장기적으로는 물이나 대기오염의 원인이 됨
3. 토양오염의 원인과 과정
1) 원인
① 생활폐기물 (음식물 쓰레기, 폐전자 제품, ...)
② 산업폐기물 (폐금속 광산, 폐기물 매립지 등 산업시설 주변에서 배출되는 유해물질, ...)
③ 농축산업 (비료의 오남용, 가축 배설물, ...)
2) 과정
4. 토양오염의 피해와 대처법
1) 토양오염의 피해
① 흙에 사는 곤충과 미생물들에 피해
② 동물들의 2차 오염 가능성
③ 생물농축의 위험 (주로 중금속)
2) 토양오염의 대처법
① 토양오염유발시설에 대한 감시 및 관리
② 폐기물 최소화, 폐기 규정 준수
③ 농약 및 화학적 비료 사용 줄이기
④ 일회용품 사용 줄이기
4] 해양오염
1. 해양오염
- 바다가 자정능력을 넘어서 생태계에 해를 끼칠 정도로 오염된 상태
2. 해양오염의 원인 및 사례
① 육지에서의 쓰레기 유입
- 산업화, 도시화를 진행하며 산업 폐수와 생활 쓰레기 등을 바다로 버려 해양이 오염
■ 태평양 쓰레기 섬
- 육지에서 버려진 각종 폐기물들이 해류를 따라 운반되어 해류가 급격히 느려지는 지점에 쌓여서 형성
- 이 근방에서 잡히는 물고기들의 몸속에는 작은 플라스틱 조각들이 발견됨
■ 쓰레기 섬 : 대부분 플라스틱 조각, 비닐 등, 쓰레기가 해수보다 밀도가 낮아 가라앉지 않는다.
② 기름 유출
- 기름막이 해수의 표면을 덮어 햇빛과 산소의 공급을 차단함으로 인해 해양 생태계 파괴
■ 태안 기름 유출 사건
- 생태계를 파괴시키고 타르 덩어리를 다량 생성
③ 무분별한 매립
- 매립지로 인한 연안 생태계 파괴 및 갯벌 파괴 (예시. 새만금 간척사업)
5] 우주쓰레기
1. 우주쓰레기
- 우주 개발의 결과로 만들어진 우주공간의 장애물, 쓰레기
- 7~10km/s의 속도로 지구 주위를 공전
2. 우주 쓰레기의 발생 및 제거 방법
1) 우주 쓰레기의 발생
① 인공위성의 폭발 : 수명을 다한 인공위성의 폭발로 생기는 파편
② 대륙 간 탄도 미사일 요격훈련
③ 로켓 잔해
2) 우주 쓰레기 제거 방법
① 쌍끌이 그물
- 무인 우주선 사이에 그물을 달아놓고 어선과 같이 청소
② 쓰레기 그물
- 인공위성에 그물을 갖추어두었다가 수명이 다하면 그물을 이용하여 쓰레기를 모아 대기권에 불태우기
③ 우주 안개 분무기
- 우주 공간의 쓰레기를 냉동시킬 수 있는 안개를 뿌려 얼린 후 궤도를 이탈시킴
④ 접착성 있는 공을 이용하여 쓰레기를 모은 후 대기권에 불태우기
■ 우주 청소 위성 : 우주 쓰레기를 낚아챈 후 공전속도를 감소시켜 고도를 낮추어 대기와의 마찰로 태워버림
■ 우주 플라이페이퍼 : 탄력 있는 소재에 부딪힌 우주 쓰레기는 속도 ↓, 고도 ↓ → 대기와의 마찰로 타버린다.