산성비의 원인물질과 강하의 메카니즘


















비가 산성화되는 데는 원인물질이 여러 가지 있다. 산성화된 비, 눈, 안개 등을 분석하면 대개의 경우에 황산, 초산, 염산이라는 산이 포함되어 있다. 그리고 수용성의 황산염, 초산염 등의 염도 용해되어 있어 강수중에는 황산이온, 초산이온, 염소이온 등의 상태로서 존재하고 있다. 인간활동에 의하여 배출되는 황산화물 중에서 가장 양이 많은 것은 석유, 석탄, 갈탄등 화석연료에 포함되어 있는 유황분이 탈 때 배출되는 것이다. 보통 원유에는 0.1∼3%, 석탄에는 최고 10% 정도의 유황이 포함되어 있다. 발전소나 제철공장 등 화석연료를 대량으로 사용하는 공장이나, 가정에서 사용하는 연탄이나 오븐, 스토브가 주요한 배출원이다. 인공의 발생원으로부터의 배출량은 과거 30년간 급증하고 있으며, 석탄, 석유의 연소 외에 비철금속의 정련으로부터의 배출을 총계하면 세계에서 연간 약 1억 6천만톤 전후에 이르고 있다. 다음으로 산성비의 원인물질인 질소화합물은 자연계에서 박테리아의 작용이라든가 천둥에 의해서 다량으로 생성된다. 그 양은 6천만톤 또는 4억톤으로 추정되고 있다. 인공발생원으로부터의 배출량은 1971년의 MIT의 추량에서는 연간 3천만톤∼3천 5백만톤이고, 현재에는 5천만톤이 훨씬 높은 것으로 추정되고 있다. 다음 염산의 인공적 오염원으로서는 염화수소를 사용하는 공장 이외에 쓰레기 소각장으로부터도 배출된다. 플라스틱제품에는 염소를 다량으로 포함하고 있는 것이 많다, 염화비닐에는 57%, 염화비니리덴에는 73%가 염소이다. 이런 것들이 태워질 때에 다량의 염소와 염화수소가 발생한다. 산성물질은 모두 인간이 배출한 오염물질이 원인이 되는 것은 아니다. 화산은 다량의 황산화물, 때로는 염화수소가스를 분출한다. 화산 이외에서는 해면으로부터 디메칠 살파이드, 연안으로부터는 유화수소와 같은 황화합물이 발생한다. 이러한 자연계에서 발생하는 황화합물은 MIT의 시산에 의하면 연간 1억 3천만톤∼2억톤으로 추산되고 있다. 한편 자연계에는 산성물질을 중화하는 일카리성물질도 존재한다. 토양 중의 산화칼슘, 산화마그네슘, 중국에서 날아오는 황사에 포함되어 있는 탄산칼슘, 미생물이 만들어 내는 암모니아 등이 있다. 그 외에 자동차에서 긁혀서 일어나는 도시의 포장도로로부터의 먼지도 알카리성을 지니고 있다. 자동차 배기가스가 충만한 대도시가 생각보다 비의 산성이 강하지 않은 이유는 이 먼지에 의하여 중화되기 때문이다. 유황과 질소의 산화물이 대기중에서 복잡한 반응을 거쳐 황산과 초산으로 변한다. 이러한 반응은 대기중이나 구름 가운데서 진행하며, 또 생성된 황산이나 초산은 빗방울 속에 간단하게 용해된다. 이렇듯 산성비의 형성에 구름이 중요한 역할을 하는 것이 알려진 것은 비교적 최근의 일이다. 미세한 입자로 된 산과 염이 바람에 실려 지상의 나뭇잎 같은 물건에 내려 앉아, 그것이 비나 안개에 녹아서 강한 산성수가 되어 식물을 손상시키거나 토양에 축적되어 토양의 산성화의 원인을 초래하거나 건물을 부식시키는 피해를 일으키는 수가 있다. 이러한 산성침해를 건성침착이라고 한다. 오염물질 농도가 높을수록 무겁기 때문에 구름의 하층부에 "산성안개"로 되어 집합하는 경향이 있다. "산성안개"는 오랫동안 체류하기 때문에 오염물질을 많이 포함하기 쉬우므로 일반적으로 산성이 강하다. 때로는 PH2 이하라는 강산성을 보이는 경우도 있다. 흔히 안개에 싸인 산지의 삼림에 집중적인 피해가 발생하는 경우가 있는데 아마도 "산성안개"의 강산성 때문이라고 생각된다. 비가되어 강하하는 경우에는 물에 의하여 3∼30배난 희석되므로 산성도 약해진다. 이와같이 비, 눈, 안개 등에 포함되어 강하하는 산성 침해를 습성침착이라고 한다. 다음은 광화학스모그 문제이다. 광화학스모그란 봄철 맑은 가랑비도 아니고 안개도 아닌 연기와 같은 안개와 비슷한 것이 도시의 하늘을 온통 덮어서 심한 때에는 수십m까지 시야를 가릴 때가 있는데, 이것이 광화학스모그라는 것이다. 이 광화학스모그 현상은 서울의 상공에서도 종종 발견된다. 광화학스모그는 황산화물, 질소산화물과 분완전연소의 가솔린 등의 탄화수소가 강한 태양광선에 의해 반응하여 강한 옥시탄트가 만들어지기 때문이다. 광화학스모그 현상이 일어나면 사람의 눈과 인후가 아프고, Ga슴이 답답해지며, 식물에 대해서도 해를 입힌다.

화석연료 연소가 주범

물 속의 질소화합물이 세균에 의하여 산화될 때와 황철광 등의 광석이 유황 박테리아에 의하여 산화될 때 생기는 황산도 산성비의 원인이 된다. 이상과 같은 경우로 보아, 오염되지 않은 자연환경에서도 산성비가 내릴 가능성이 있는 것이다. 산성비가 생성되는 원인 중에서 인간 활동에 의한 주된 원인은 석탄과 석유등 화석연료의 연소에 의한 것이다. 석탄이나 석유는 산지에 따라 약간의 차이는 있으나, 모두 유황을 함유하고 있어 연소될 때 아황산가스를 방출한다. 또한 연소시 발생하는 열로 공기 중의 질소가 산소와 반응하여 일산화질소 또는 이산화질소를 형성함으로써 산성 대기오염물질이 된다. 이렇게 형성된 산화 물질이 대기 중에 떠 있다가 공기 중의 습기와 작용하여 황산과 질산으로 변하고, 이물질들이 비가 내릴 때 빗물 속에 용해되어 산성비가 된다. 현재 각국에서 뿜어내는 엄청난 양의 대기 오염 물질이 대기중에 부유하고 있다. 이중에서 특히 아황산가스와 질소산화물이 빗방울에 녹음으로써 산성비가 되고 때로는 산성 눈으로 내려 지표에 쌓여 있다가 해빙기에 녹으면 한꺼번에 많은 양의 산성물질이 하천이나 호수로 유입되어 그 피해는 가중된다.