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지구를 둘러싸고 있는 대기는 지구의 크기에 비해 놀랄 정도로 얇은 공기층을 말한다. 총질량은 약 6x${10}^{15}$t이며 그중 절반이 지상으로부터 약 6㎞ 이내에 존재한다. 대기는 지구상에 존재하고 있는 모든 생명체의 근원이 되고 있다.

대기의 상태는 기압 기온 체적으로 결정할 수 있으며, 이들의 변화에 의해 바람이 생긴다. 이 바람은 때로는 인간의 귀중한 생명과 재산을 앗아가는 악마가 될 수 있고, 땀 흘리는 노동자의 이마에 난 땀을 씻어주는 선녀가 될 수도 있다. 또한 바람은 공기 속의 유해한 물질을 청소해 주는 청소부 역할도 한다.

얕은 대기층에서는 공기 수증기 햇빛에 의해 아름다운 저녁놀, 하늘을 찌를 듯이 솟은 뭉개구름, 모든 것을 송두리째 앗아가는 태풍, 잔잔한 바닷바람, 그리고 천둥 번개 우박 등 가지각색의 자연현상들이 쉴 새 없이 일어나고 있다.

공기중 질소가 78%차지

대기를 구성하는 공기는 부피비로 질소 약 78%, 산소 약 21%, 아르곤 약 0.9%, 이산화탄소 0.034% 그리고 미량의 네온 헬륨 메탄 크립톤 산화질소 오존 등으로 구성돼 있다.

공기의 대부분을 차지하고 있는 질소는 질소고정 박테리아에 의해 단백질을 합성, 식물의 영양분으로 사용되며, 산소는 생물체의 호흡에 절대 필요한 원소다. 우리가 섭취한 음식물은 산소에 의해 산화, 활동에 필요한 에너지로 전환된다.

공기가 인간 생명에 필수적인 것을 골드 스미스는 다음과 같이 표현하고 있다.

"사람은 음식을 먹지 않고 5주일, 물을 마시지 않고 5일밖에 살 수 없으나 공기를 마시지 않고는 5분밖에 살 수 없다. 보통사람은 하루에 음식물 1.4㎏, 물 2.3㎏을 섭취 하나 공기는 15㎏을 섭취해야 한다."
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이렇듯 귀중한 공기가 날로 더럽혀지고 있다. 인간의 보다 나은 삶을 위한 끊임없는 노력으로 인해 많은 문명의 이기가 창조됐지만 그 부산물은 자연에 완전히 동화되지 못하고 이물질로 계속 뒤덮이고 있기 때문이다.

가속화되는 대기오염

대기오염이란 실외 대기에 하나 또는 그 이상의 오염물질 혹은 그 복합물질이 존재해 인간이나 동식물 그리고 구조물에 해로운 영향을 미치는 것을 말한다. 이 세상의 공기와 토지 그리고 수자원은 한정돼 있는 반면에 인구는 날로 증가하고 있어서 개인이 향유할 수 있는 이들의 몫은 날로 줄어들고 있다. 이로 인해 야기되는 문제가 대기오염을 더욱 증가시키고 있다.

현재 전세계의 인구는 50억을 넘고 있으며 2000년대에는 70억이 될 것으로 예상된다. 그뿐만 아니라 선진국에서는 농업기술의 발달로 농촌지역의 일자리가 줄어들어 농촌인구가 도시로 집중됐다. 또 개발도상국에서는 영농정책의 부실과 토질 저하로 인해 농촌인구가 도시로 유입돼 전세계 육지넓이의 1% 도 되지 않는 좁은 도심지에 전세계 인구의 2/3가 밀집해 살고 있다. 이처럼 도심지 인구의 증가와 생활수준의 향상은 더 많은 오염물질을 좁은 영역에 배출하게 돼 더욱 더 대기오염을 가속시켰다.

한 나라의 에너지 소비량은 그 나라의 생활수준에 비례한다. 최근 20년간 전세계의 에너지 소비량은 연간 2.3%로 증가돼 왔으며 대부분의 에너지는 화석연료(석탄 석유 등)와 생물연료를 연소시켜 얻어왔다. 이때 여러가지 오염물질이 대기중으로 배출되는 데, 이것을 인위적인 요인에 의한 배출이라 한다.

오염물질의 배출에는 이처럼 인위적인 요인에 의한 배출 외에 자연적인 요인에 의한 배출이 있다. 이는 식물이나 산불 화산폭발 토양 해양 하천 등에서 배출되는 것을 말하는데, 그 농도는 지역적 배출요인과 기상 조건에 따라서 달라지게 된다.

대기오염물질은 각종 유기물질을 포함해 그 종류가 수백가지이나 이중 가장 많이 발생해 각국에서 규제 대상이 되고 있는 물질은 6~7가지다. 이들은 황산화물 질소산화물 탄화수소 일산화탄소 부유분진 할로겐화합물 오존 및 방사성 물질 등이 포함된다. 각국에서는 이들 물질에 대한 환경기준치를 설정해 감시 및 규제를 하고 있다. 우리나라도 1983년에 아황산가스(${SO}_{2}$) 이산화질소(${NO}_{2}$) 일산화탄소(CO) 오존(${O}_{3}$) 부유분진 및 탄화수소(HC)에 대한 환경기준치를 제정 했는데, 지난 1990년에는 납(${P}_{b}$)도 추가해 대기질 보존에 힘쓰고 있다.
 

대기를 오염시키는 물질들

아황산가스는 자극성 냄새를 가진 물질로서 호흡기에 장애를 일으킨다. 이것은 주로 석탄과 석유 등 화석연료의 연소과정에서 발생하며, 특히 우리나라 대기오염의 주 원인이 되고 있다. 아황산가스는 산화되면 황산염의 부유분진이 돼 시정을 악화시킨다.

아황산가스는 공기중의 수증기와 반응, 황산이 돼 산성비의 원인이 된다. 1970년도 전 세계 황산화물(${SO}_{x}$)의 배출량은 약 1억1천5백만t이었으나 그로부터 20년 후인 지난 90년에는 9천9백만t으로 감소했다. 이는 주로 선진국의 엄격한 배출규제와 청정연료의 사용 및 진보된 기술개발에 의해 이루어졌으나 개발도상국가에서는 아직도 여전히 그 배출량이 증가하고 있다.

질소산화물 (${NO}_{x}$)은 일산화질소(NO)와 이산화질소이며 이는 주로 자동차 배기 가스, 난방기구에서 발생한다. 물질에는 직접적인 영향을 주지 않지만 공기 중의 수증기와 작용해 질산을 만들어 금속을 부식시킬 뿐만 아니라 산성비의 원인이 된다. 또한 이산화질소는 가시광선을 흡수하므로 시정을 악화시키며, 토마토나 오렌지가 장기간 높은 농도의 이산화질소에 노출되면 성장이 저해 되고 수확량이 줄어드는 것도 이 때문이다.

이산화질소는 만성폐질환과 어린이에게 기관지염을 일으킬 수도 있다. 특히 이산화질소는 가시광선에 의해 분해될 수 있다. 이 분해된 물질이 대류권 하층의 탄화수소와 결합하면 광화학 스모그를 형성한다.

질소산화물은 전세계적으로 연간 약 5천7백만t이 배출되고 있으며 지난 20여년간 그 배출량에는 변화가 없었다. 우리나라에서 이산화질소의 농도는 아직 환경기준치보다 낮으나 앞으로 자동차의 급증으로 인해 그 배출량이 증가할 추세에 있다.

일산화탄소는 화학적으로 대단히 안정한 물질로 대기 중에서 2~4달 가량 잔재할 수 있다. 전세계의 배출량은 1억7천7백만t으로 선진국에서는 감소하는 추세에 있으나 개발도상국가에서는 증가추세에 있다.

일산화탄소는 물질에 해를 끼치지 않지만 인체에 영향을 주게 된다. 핏속의 헤모글로빈은 산소를 조직세포에 전달해 호흡작용을 하게 한다. 일산화탄소와 헤모글로빈의 결합력은 산소와 헤모글로빈의 결합력보다 2백배 이상 강하므로 일산화탄소를 흡입하면 조직세포의 산소공급을 원활히 하지 못해 폐질환 두통 현기증을 일으킨다.
 

심각한 오존층 파괴

오존(${O}_{3}$)은 2차오염물질로 하층 대류권에서는 태양빛을 받아 질소산화물과 탄화수소로부터 생성된다. 특히 태양빛의 강도가 강한 여름철에 광화학 스모그 현상을 일으키고 시정을 악화시켜 대기를 갈색의 안개층처럼 보이게 한다. 오존은 합성고무 고무단열제 등을 부식시키며 직물을 상하게 하고 색소를 탈색시키며 인체에도 영향을 주어 기침 천식 등을 일으킨다.

지상 20~30㎞ 고도에 있는 오존층은 태양으로부터 오는 자외선이 지상에 도달하는 것을 막아주고 있어 지상의 생태계 유지에 중요한 역할을 하나 최근 남극지방의 오존층 파괴로 인해 지상의 생태계에 변화가 초래될 것으로 우려되고 있다. 이 오존층의 파괴는 CFC(염화불화탄소)에 기인한 것으로 알려 지고 있다.

부유분진은 연료의 불완전 연소, 공정과정에서 날리는 분진, 바람에 날린 먼지 등으로 인해 발생하는데, 이 가운데는 화학적으로 활성을 가진 것도 있다. 부유분진은 노출된 표면 의복 커튼을 더럽히며, 화학적으로 활성이 강한 입자는 금속을 부식시키기도 한다.

불소성분을 가진 입자는 식물체를 파괴시킬 수 있으며 경작지에 침적된 산화마그네슘은 식물성장을 저해시킨다. 또 유독물질이 침적된 식물체를 섭취하면 동물도 영향을 받게 된다. 사람은 주로 호흡기질환을 일으킨다.

전세계의 부유분진 배출량은 5천7백만t이며 지난 20여간 그 배출량은 거의 변화가 없었다. 현재 우리나라는 환경기준치를 넘어서고 있으며 특히 터널 지하철역 지하상가 등은 더 심하다.

탄화수소 중 가장 보편적인 에틸렌은 식물체에 해를 끼친다. 특히 꽃잎이 떨어지게 하고 잎이 정상적으로 피어나지 못하게 한다. 탄화수소는 자동차의 배기가스와 고체성 쓰레기에서, 그리고 산업공정과정에서 많이 발생한다. 우리나라의 오염농도는 아직 환경기준치를 유지하고 있다.

인간의 생활양상 변화시키는 기후변화

오염물질은 배출장소에만 머물러 있는 것이 아니라 먼 곳까지 이동해 지역적 세계적 환경문제를 야기시킨다. 그 일례가 산성비다. 인간이 배출한 아황산가스와 질소산화물이 기체나 액체상의 산성물질로 전환되는 과정은 복잡하다. 아직 완전히 규명되지는 않았지만 유럽과 북미에서 많은 산림이 죽어가고 스칸디나비아 반도, 미국 동북부와 캐나다 남서부에 있는 호수에서 물고기가 사라져가고 있는 것은 침적된 산성물질에 의한 것으로 알려지고 있다.

매일의 대기 변화를 일기라 하고 일기의 장기간의 평균을 기후라 한다. 이러한 일기와 기후는 그 지역 인간의 생활양상(교통수단, 에너지 소비 형태, 주거형태 등)을 결정 짓는다.

기후변화는 인간의 생활양상을 변화시키고, 그 변화가 인간에게 이롭게 진행하지 않을 때는 인간에게 대혼란을 가져다 준다. 기후변화의 우려는 대기 중에 이산화탄소 질소 산화물 메탄 염화불화탄소 및 대류권의 오존과 같은 온실기체가 증가하고 있는 사실에 기인한다.

지난 2백년간 화석연료의 사용으로 인해 대기중에 이산화탄소의 농도가 산업혁명 이전의 2백80ppm에서 현재 3백50ppm으로 약 25%가 증가했다.

대기중의 메탄농도도 산업시대 이전의 0.8ppm에서 1.72ppm으로 높아졌으며 이산화질소의 농도도 산업시대 이전 2백 85ppb에서 3백10ppb로 8% 증가했으며, 현재 유기 염소 화합물에 의한 대기중의 총 염소는 4.0ppb로 최근 20년간 약 2.6배 증가했다.

이러한 온실기체의 증가는 지구온난화를 초래할 것으로 보이나 지구 온난화에 따른 대류의 증가로 인한 구름양의 증가는 지구 한냉화를 초래할 수 있다는 상충된 의견이 있어 이에 대한 더 많은 연구가 요구되고 있다.

그러나 온실기체의 증가는 대기 조성을 변화시키고 그 결과로 나타날 영향은 인간에게 이롭게 변화하지 않을 것이므로 이에 대한 대책수립이 필히 이루어져야 할 것이다.

미국 항공우주국의 위성관측 자료에 의하면 북위 65°에서 남위 65°사이의 총 오존량이 매년 평균 0.26%씩 감소하고 있으며, 4%이상의 오존량이 남위 40°전역에서 일년 내내 나타나고 있다는 보고가 있다.

오존층의 파괴는 지표면에 도달하는 자외선의 강도를 높여주어 인간, 동식물 기타 물질에 많은 영향을 준다. 강한 자외선에 노출 되면 체내 면역체가 약해져 전염병에 걸릴 가능성이 커지며 안질환 특히 백내장 등이 증가될 수 있고 피부암 발생률이 증가될 것으로 예상된다. 식물은 상추 토마토 콩 면화 등이 영향을 쉽게 받는다. 자외선은 또한 수중생물, 특히 플랑크톤 게 새우 어린 물고기 등 작은 생명체에 해를 준다.

대기오염이 건강을 해치게 된다는 것은 의심할 여지가 없다. 폐병 천식 기관지염 등 환경병 환자가 늘어나고 있는 사실에서 대기 오염이 적어도 한 원인인 것을 알 수 있다. 보다 심각한 문제가 야기되기 전에 구체적인 대책수립이 있어야 하며 그와 동시에 위험 이물질을 인식하고 감시해야 할 것이다. 또한 이러한 위험을 줄일 수 있는 방법을 강구 할 수 있게끔 대기를 더욱 더 잘 이해해야 할 것이다.

앞으로 인류는 지구 생물체의 삶의 원천인 대기를 보존하기 위해서 지속가능한 개발개념 즉 기존의 세계자원과 환경을 효율적으로 관리하고, 이미 피해 받은 환경에 대해서는 복구를 서두름과 동시에 그를 기반으로 한 예방정책이 성공할 수 있게 해야 한다. 그리하여 미래의 세대들에게 깨끗한 공기를 마실 수 있도록 해야 할 것이다.