[10강 환경의 화학] 오존층과 산성비

1. 온실기체와 오존층

 온실 기체라는 용어에 대해 대부분의 사람들은 부정적인 반응을 보인다. 온실 기체는 일반적으로 나쁘게 여겨지지만 사실은 우리의 생존에 필수적이다. 태양의 열이 지구 대기권을 통과할 때, 온실 기체는 열이 전부 우주로 반사되어 나가는 것을 막는다. 그렇게 남은 열의 일부는 우리 대기권 내에 갇히게 되어, 생명체가 생존하고 번성할 수 있도록 지구의 온도를 유지해준다.

 이는 자연적으로 일어나는 과정이나, 항상 그 균형이 유지되어야 한다는 것이 가장 중요하다. 현대의 산업 발전은 대기에 존재하는 이산화 탄소와 메테인 가스를 증가시킴으로써 균형을 무너뜨리고 있다. 이산화탄소와 메테인 가스, 오존과 같은 주요 온실 기체는 자연에서 생산되는 것이나, 인간의 활동으로 인해 놀랄만큼 증가했다. 이산화탄소를 예로 들어보자면 이는 동물과 식물의 호흡에 의한 부산물이나, 화석연료의 연소로 인하여 대기 중에 그 양이 폭발적으로 증가했다. 과다한 온실기체는 대기 안에 갇히는 열을 증가시킨다. 이는 정교하게 유지되고 있던 균형을 깨뜨리고 지구 상에 여러 생물 종에게 심각한 영향을 끼친다. 

 

2. 오존의 두 얼굴

 오존은 3개의 산소 원자로 이루어진 분자이다. 오존은 공장에서 배출되는 휘발성 유기화합물들이 햇빛과 열이 있는 조건에서 다양한 질소 화물과 결합할 때 생성된다. 따라서 통상적인 생각과 다르게, 햇볕이 쨍쨍한 날에 오존물질 수치가 올라간다. 지상의 오존은 지표면으로부터 대략 10~15km 상공에 있는 대류권에 존재하며 스모그의 주성분이다. 공기 중의 먼지나 티끌같은 미세한 입자가 이 오존과 결합하면 천식이나 심폐질환, 암을 일으킬 위험이 커진다. 이것이 바로 '나쁜' 오존이다. 

 반면에 오존층은 '좋은' 오존일뿐 아니라 필수적이고 생명을 보호하는 역할을 한다. 오존층은 대류권 바로 위에 있는 성층권에 존재하는데 성층권은 지표면으로부터 약 50km 위에 위치하며, 태양의 해로운 자외선으로부터 우리를 보호해준준다. 이 귀한 오존층은 파괴되어가고 있는데, 주범으로 염화 플루오르화 탄소(CFC)가 있다. 이 사실이 알려진 이후로 CFC의 사용은 감소했으나, 수소화 플루오르탄소, 할론 가스, 사염화 탄소를 비롯한 오존 파괴 화합물들은 아직도 살충제, 냉각제, 에얼졸 등으로 사용되고 있다.

 

출처) NASA / 남극상공에 뚫린 거대한 오존층 구멍 

3. 산성비

 산성비는 이름과 달리, 땅에서 먼저 시작되는 산업 시대의 어두운 부산물이다. 공장이나 발전소, 자동차에서 화석 연료를 태울 때, 공기 중에는 다양한 화학물질들이 방출된다. 이 중 이산화황과 산화 질소는 공기 중의 물, 산소와 반응한다. 본래 비는 대기 중에 이산화탄소와 결합하여 탄산을 만들어 내기 때문에 이미 약한 산성을 띠고 있다. (pH 5.6정도) 이런 비는 빠르게 흩어지기 때문에 거의 피해를 주지 않는다. 하지만 이산화황과 산화 질소가 대기 중에서 추가로 산소 분자를 얻으면 황산과 질산으로 변한다. 이 새로운 화학 물질이 눈과 비에 섞이면 pH가 4.3이하로 내려가고 이렇게 낮은 산성도를 가진 비는 모든 것들에게 피해를 준다.

 

출처) 교육부 / 산성비가 내리는 과정

 산성비는 건축자재들을 약화시키고, 토양에 스며들면 영양분을 녹여 나무를 약하게 만든다. 또한 강이나 바다에 흘러들면 수원을 오염시켜서 생물들에게 큰 위협이 된다. 물고기의 알은 pH가 5보다 낮은 물에서는 부화하지 않고, 더 산성도가 낮은 물에서는 다 자란 물고기도 목숨을 잃는다. 산성비가 말라서 먼지 같은 상태가 되어도, 호흡을 통해 인체로 들어오면 생명체에게 치명적이다. 

 

 산성비는 산업혁명 이후로 쭉 있어왔다. (1852년에도 산성비가 내렸다 한다.) 하지만 심각한 문제로 대두된 것은 지난 반세기 전부터이다. 오늘날, 미국에서 방출되는 이산화황의 절반과 산화 질소의 1/4은 발전소에서 나오고, 나머지는 공장과 자동차에서 배출된다. 미국은 이러한 오염을 줄이기 위해 대기오염방지법을 제정하였다. 따라서 공장과 전기 발전소들은 대기에 방출되는 화합 물질의 양을 줄여주는 집진기를 의무적으로 설치해야한다.