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생물의 지표종을 이용하면 대기오염이나 수질오염의 정도를 파악할 수 있다. 지의류가 사는 곳은 대기가 깨끗하며, 가재나 피라미가 헤엄치는 물은 오염이 덜 된 곳이다.

요즘 풍수지리에 대한 관심이 높아지고 있다. 풍수설에서 이른바 길지(吉地)로 통하는 명당자리는 좌청룡, 우백호로 통용되는 산줄기가 명당의 주위를 에워싸고, 그 사이로 냇물이 굽이치는, 곡류(曲流)를 이루는 형세가 모식적이다. 이러한 지형상의 조건은 취락의 입지를 결정하는 가장 중요한 요인이다.

그러면 현대 도시에서의 명당은 어디일까? 풍수지리에 의한 것보다 더욱 과학적으로 명당(집터)을 찾는 방법이 있다. 바로 생물의 지표종(indicator: 어떤 특정 군집에서만 볼 수 있는 종)을 이용하는 방법이다.

집터의 명당-이끼가 사는 장소를 찾아라
 

우리가 흔히 이끼라고 부르는 것은 지의류의 일종이다. 이것은 돌이나 바위 기왓장 비석 등에 붙어살기 때문에 착생 식물이라고도 부른다. 이 지의류는 정확히 구분하면 조(藻)류와 균(菌)류의 공생체로서 독립된 식물문으로 분류하지는 않는다. 지의식물에는 나무이끼나 석이 송란 꽃이끼 등이 있으며, 리트머스이끼에서는 지시약으로 쓰이는 색소를 얻는다.

균류는 자체적으로 탄소동화작용을 할 수 없으므로 녹색의 말이 동화 작용으로 생성한 영양을 얻어먹고 산다. 그리고 단세포인 조류는 균사로부터 수분을 얻어 동화작용에 활용하고 있다. 이들은 공존공생하는 관계로 서로 떨어지면 둘 다 죽게 된다.

그런데 이들 지의류는 대기오염이 심해지면 고등 식물보다 먼저 자취를 감춘다. 대기 오염의 정도와 지의류의 변화 사이의 상관관계를 연구한 결과 다음과 같은 사실이 확인되었다.

지의류는 비가 오면 먼저 균류가 그 빗물을 욕심껏 먹어 물을 저장한다. 이 수분을 조류가 동화작용할때 이용한다. 그런데 대기 오염이 심하게 돼 아황산과 질소화합물이 공중에서 빗물에 녹으면 산성비가 된다.

이러한 산성비를 흡수한 화학물질의 독성 때문에 균사 자체가 죽어버리고 만다. 따라서 녹색말도 더불어 죽게 되는 것이다. 이끼 종류 가운데는 이러한 독성에 대해 상당히 잘 견디는 것도 있다. 하지만 대체로 그 종류는 극히 한정되어 있고 오염이 심한 곳에서는 이들마저 차츰 사라져가고 있다.

지의류는 일반적으로 아황산가스의 농도가 0.03ppm 이상이 되면 사라지기 시작한다. 그러므로 지의류가 살고 있는 곳은 공기가 오염되지 않은 깨끗한 곳임을 뜻한다. 그런 곳이 바로 생활하기에 쾌적한 집터가 되는 것이다. (그림1)은 어떤 도시에서 도시 중심으로부터의 거리에 따라 세가지 종류의 지의류(A,B,C)에 대해 그 빈도를 조사한 결과다.

지의류가 대기 중 이산화황(아황산가스)의 오염 정도를 알아보는 지표 식물이라고 할 때, 이 그래프를 가장 옳게 해석한 것은?('94 수학능력 1차 시험 )

① 지의류 C의 분포 범위가 가장 넓다.
② 지의류 C가 이산화황에 가장 민감하다.
③ 지의류 A가 이산화황에 대한 내성이 가장 작다.
④ 8㎞ 지점에서는 지의류 중 A의 상대 밀도가 가장 낮다.
⑤ 이산화황의 양이 증가할수록 지의류의 종류 수도 증가 한다.

해설 : 어디서나 흔히 볼 수 있는 대표적인 이끼는 회백색을 띤 방사성 모양의 이끼류인데, 대기가 오염되면 맨 먼저 죽는다. 도심에 가까워질수록 점차 지의류의 종류수 가 줄어 도심지의 가장 심한 오염지역에서는 거의 종적조차 찾기 힘들다. 지의류C가 도심에서 가장 떨어진 곳에서 나타나기 시작한 것으로 보아 이산화황에 가장 약하고, 가장 민감하다고 해석할 수 있다. 그러므로 정답은 ②가 된다.

그러면 대기 오염의 주범은 무엇이며 산성비는 어떤 피해를 주는가?

환경 기준:특정한 지리학적 지역에서 일정 기간 내에 초과해서는 안되게 법적으로 규정한 주어진 대기 공간내 오염 물질의 농도 기준이다. ${SO}_{2}$, ${NO}_{2}$는 0.05ppm, 분진은 1백 50㎎/${m}_{3}$이다.

(ppm:parts per million의 약자로 백만분의 1(=${10}^{-6}$)을 나타낸다. 즉, 물 1L에 1㎎ 또는 공기 1${m}^{3}$에 1${㎝}^{3}$ 포함되어 있는 경우 1ppm이 된다.)

아황산가스(이산화황 ${SO}_{2}$):자극적인 냄새가 나는 무색 기체로 흔히 화석 연료 중에 들어 있는 황성분이 탈 때 생성되어 대기 중에 배출된다. 최근에는 자동차 수가 급격히 증가해 여기서 배출되는 아황산가스가 대기 오염의 가장 주요한 원인으로 지적되고 있다. 아황산가스는 인체의 모든 점막을 자극한다. 순간적으로 아황산가스의 짙은 기체를 약간만 들이마셔도 호흡 곤란이 일어나며 이것이 기관지염 폐수종 폐렴 등으로 발전해 치명적인 결과를 낳기도 한다.

가로수가 포플러에서 은행나무로 바뀌고 있다. 왜 바꾸어야만 하는가? 경부 고속도로를 건설할 당시 중앙분리대에 보기 좋으라고 향나무나 측백나무를 심었다. 그러나 향나무나 측백나무는 자동차 매연에 견디지 못하고 말라 죽어갔다. 그 뒤부터 중앙분리대는 시멘트벽으로 바뀌었다.

향나무나 측백나무는 공기 오염에 약하다. 더 약한 것은 잣나무 소나무다. 버드나무와 포플러도 약한 축에 든다. 비교적 강한 것이 바로 은행나무다. 그래서 가로수를 은행나무로 바꾸는 것이다.
 

이 나무들을 아황산가스가 인위적으로 조작된 실험실에서 하루 8시간씩 5일간 가스와 접촉시킨 뒤 그 내연성과 감수성을 측정하였다. (표1)은 각 나무의 단위 잎 면적 중 아황산가스로 인한 피해 면적의 비율을 5점 만점으로 계산한 것이다. 조사 결과 라일락이나 은행나무가 내연성이 강한 수종으로 나타났으며, 무궁화나 모과나무는 매우 약하게 나타나 지표종으로 사용이 가능하다.
 

산성비란?
 

공기 중에는 원래 평균 3백 53ppm의 탄산가스가 존재하므로 이것이 공기 중의 물방울과 반응하면 약산성인 탄산(${H}_{2}$O+${CO}_{2}$→${H}_{2}$${CO}_{3}$)으로 되며, 이때는 pH5.6을 나타낸다. 따라서 오염되지 않은 깨끗한 공기 중에 내리는 비는 이 정도의 pH를 나타낸다고 할 수 있으며 보통 pH5.6 이하의 비를 산성비라 한다.

산성비 형성 과정 2${SO}_{2}$+${O}_{2}$→2${SO}_{3}$, ${SO}_{3}$+${H}_{2}$${SO}_{4}$(황산) 2NO+${O}_{2}$→2${NO}_{2}$, ${NO}_{2}$+${H}_{2}$O→2H${NO}_{3}$(질산) 산성비가 하천, 호수 및 수생 생물에 미치는 영향은 무엇일까. pH가 낮아지면 호수 밑바닥에서 유해 중금속의 용탈이 가속화되어 수상 생태계에 막대한 영향을 준다. 특히 호수 밑바닥의 토양에서 알루미늄이 용탈되면 호흡 장애가 일어난다. 대부분의 수생 생물은 pH6.0 이하에서는 생존하기 어렵다. (표2)는 물 pH값에 따른 수생 생물의 생존 한계를 나타낸 것이다.

또 산성비가 식물에 미치는 영향은 어떠한가. pH3 이하의 산성비를 맞으면 잎의 칼륨, 마그네슘, 칼슘 등과 같은 영양분이 유실되고 잎에 반점이 생긴다. 이와 같이 식물의 잎 표면에 산성비로 생긴 검은 반점은 광합성 작용을 저해하므로 엽록소가 탈색되고 잎 조직이 파괴되어 말라죽는 현상이 나타난다. pH2.6 이하에서는 감수성이 높은 식물은 점진적으로 괴사에 이른다.

우리나라에서는 1994년 1월 서울 전역과 대구 부산 등에 최근 3년 사이 가장 강한 산도의 산성비나 눈이 내린 것으로 밝혀졌다.

서울과 대구의 1월 중 평균 pH는 5.1 과 4.7 로 최근 3년 사이 최저 수치를 기록했다.

pH4.2 정도의 산성비는 김치나 오렌지 주스와 비슷한 산도로, 자연 상태인 대기 중의 산도 pH5.6에 비해 25배나 높은 산도다. pH4.5 이하의 빗물은 식물 생장에 심각한 영향을 주며 사람의 머리카락도 손상시킬 정도다.
 

냇가에서 가재 잡던 시절은 사라지고

사람은 누구나 물가에서 물고기나 가재 잡기를 좋아한다. 어른들은 한번쯤은 냇가에서 가재를 잡던 추억이 있을 것이다. 가재를 잡아 집에 와서 보면 이미 죽어 있을 때가 많다. 그것은 가재를 담은 물이 너무 구정물이거나 물의 은도가 너무 더운 탓일 것이다.

가재들이 좋아하는 물은 수온이 차고 많은 산소가 녹아 있는 신선한 물이다. 가재를 사육하려는 어항엔 늘 소독약 냄새가 없는 우물물을 담아줘야 하고, 물이 더워지지 않게 해야 한다. 그리고 적당한 돌멩이도 넣어 주고, 먹이는 생선 조각이나 지렁이 조각을 조금만 넣어주면 된다. 수초를 심어주면 더욱 좋다.

이처럼 가재는 오염되지 않은 물만 좋아하기 때문에 가재가 살고 있는가 아닌가 하는 것은 그 냇물이 오염된 물인가 아닌가를 판별하는 척도가 된다. 환경오염이 점점 심해진다면 가재가 살 곳도 줄어들게 된다. 우리 모두 가재의 삶터가 줄어들지 않도록 애쓴다면 그것은 바로 우리의 환경을 그만큼 깨끗하게 유지하는 일이 될 것이다.

수질 오염에는 물고기도 매우 민감하므로 물고기를 지표로 수질을 가늠할 수 있다. 우선 가장 깨끗한 1급수의 경우는 온갖 물고기가 살고 있다. 물 중간을 헤엄치는 종류, 돌 밑이나 수초 사이에 숨어 있는 종류, 물밑이나 흙 속에 사는 종류 등 매우 다양하다. 그러나 수질이 떨어지고 오염도가 심해질수록 이들 종류는 단순해지고 종류에도 변화가 온다.

물이 더러워지면 가장 먼저 자취를 감추는 것이 피라미 (잉어과의 민물고기)종류다. 이들은 끊임없이 운동을 하고 무리를 지어 흐르는 물을 거슬러 헤엄치며 돌아다닌다. 피라미류는 엄격히 동물학적으로 따지면 다시 여러 갈래로 분류되지만 이들 대부분은 맑은 물이 아니면 살지 못한다. 다시 말해 2급수만 되어도 현저하게 줄어든다.

송사리의 경우도 마찬가지다. 깨끗한 물이 아니면 송사리는 생존하지 못한다. 모래무지(잉어과의 민물고기) 쌀미꾸라지 참조개류도 마찬가지이며 쏘가리 꺽지 등은 특히 맑은 물에서만 산다. 2급수 정도에서도 잘사는 것으로는 붕어 잉어 종류가 있다. 수수미꾸라지 개미꾸라지 등 땅속에 파고드는 종류들은 오염이 심해져도 그런대로 견딘다. 하지만 지금은 이들도 못살겠다고 아우성이다. 공장폐수로 인한 중금속류 퇴적 때문에 3급수 이하에서는 거의 전멸하고 만다.

물의 오염도 측정방법을 알아보자. 물이 유기물에 의하여 오염된 정도는 DO와 BOD를 측정하여 판정한다.

1. DO(dissolved oxyzen :용존 산소량): 물에 녹아 있는 산소의 양을 말하며 ppm단위로 나타낸다. DO의 값 이 클수록 신선한 물이며, 오염되지 않은 자연수의 DO는 약 8ppm이고 물고기는 DO가 4ppm 이상인 물이라야 잘 산다.

2. BOD(biological oxyzen demand:생물학적 산소요구량) 오염된 물속에 호기성 미생물이 번식하면서 소비하는 산소의 양을 말한다. 측정 방법은 다음과 같다.

① 측정하고자 하는 물을 채집병 2개(A,B)에 담는다.
② 채집병 1개 (A)의 DO를 바로 측정한다.
③ 나머지 1개 (B)의 채집병을 20℃에서 5일간 보관한 후 DO를 측정한다.
④ 채집병 (A)의 DO-채집병 (B)의 DO=BOD BOD 값이 높을 수록 호기성 세균이 산소를 많이 사용한 것이며, 이는 물에 유기물이 많음을 의미한다. 즉 오염이 심한 물이다.