안개
태평양 전쟁은 일본의 진주만 공격에서 시작되었다. 항공모함 6척을 포함한 일본의 대규모 기동함대는 본토를 출발, 12일을 항해하여 하와이의 진주만을 기습 공격했다. 미국은 엄청난 타격을 받았고, 전쟁 초반 위기에 빠지게 된다. 여기까지는 널리 알려진 사실이다. 그런데 여기서 한 가지 의문이 생긴다. 그런데, 일본의 함대가 어떻게 미국에 들키지 않고 항해할 수 있었을까? 그것은 그건 바로 안개 때문이었다. 일본 기습항모부대는 알류샨열도까지 진행할 때는 저기압의 뒤를 따라 이동했다. 전선 뒤에 발생하는 전선안개가 이들을 감춰주었다. 알류샨열도에서 하와이 방향으로 갈 때는 증기무가 짙게 끼어있는 바다를 통과했다. 안개가 세계 전사에 드문 기습공격을 가능하게 만든 것이다.
안개는 전쟁의 승패에만 영향을 주는 것이 아니다. 건강이나 경제에도 많은 영향을 주는데 특히 도로의 자동차나 바다의 선박, 공항의 항공기의 안전에 엄청난 영향을 준다. 2001년 2월 20일 발생한 경기도 자유로 35중 충돌사고와 2006년 10월 3일 발생하여 엄청난 인명피해 및 재산피해를 가져온 서해대교 29중 추돌사고는 대표적이다. 도로에서의 안개가 크게 문제가 되는 것은 차량의 주행속도가 102km일때 정지거리는 212미터, 93.5km 일때는 183.6미터, 85키로일때는 153.8미터나 된다는 것이다. 따라서 안개가 짙게 끼는 경우 정지거리를 확보할 수 없으므로 연쇄추돌이 발생하는 것이다. 안개로 인한 선박의 사고의 경우에는 자연환경에 대한 치명적인 영향 가능성이 높으며, 항공기의 경우 항공기 사고로도 엄청난 피해를 입지만 매년 항공기 지연으로 인한 피해만도 1,000억 원 이상일 정도로 안개는 자연재해 중 높은 사고 빈도를 보이는 기상현상이다. 특히 도로에서의 추돌사고의 경우 다른 기상현상에 비해 가장 높은 치사율을 보이는 것이 안개이다.
안개가 만들어지는 원리
안개의 정의
안개란 아주 작은 다수의 물방울들이 대기 중에 떠있는 현상으로, 수평시정이 1km 이하일 때를 말한다. 구름과 안개의 차이는 그 밑 부분이 지면과 접하고 있는가 또는 떨어져 있는가에 따라 결정한다. 밑부분이 지면과 접하여 있으면 안개(fog), 떨어져 있으면 구름(cloud)이라고 한다. 안개 속에서의 대기는 습하고 차갑게 느껴지며, 상대습도는 100%에 가깝다. 대체로 백색이지만, 공업지대에서는 연기와 먼지로 인해 회색이나 황색을 띠게 된다. 공업지대 등에서 안개와 연기가 섞인 것을 스모그(smog)라고 한다. 안개가 낮고 연직방향으로 엷어서, 하늘이 들여다보이는 것을 낮은안개(shallow fog)라고 하고, 눈높이의 수평시정은 1km 이상이 되지만, 지면부근에 낮게 깔린 안개를 땅안개(ground fog)라고 부른다.
중국 베이징의 스모그<출처 : (cc) Brian Jeffery Beggerly / Kevin Dooley>
안개가 만들어지려면?
안개는 대기 중의 수증기가 응결하여 생성된 것이므로, 응결이 일어나려면 다음과 같은 조건이 되어야 한다. 대기 중에 수증기가 다량으로 함유되어 있어야 하고, 공기가 이슬점온도 이하로 냉각되어야 하며, 대기 중에 응결을 촉진시키는 흡습성의 미립자, 즉 응결핵이 많이 떠 있어야 하고 대기 중으로 외부에서 많은 수증기가 공급되어야 한다.
안개를 구성하는 물방울을 초고속 카메라로 잡은 사진.
대기 중에 수증기가 다량으로 함유되어있다 하더라도, 공기의 온도가 이슬점온도 이하로 내려가지 않으면 응결이 일어나지 않는다. 그러나 온도는 내려가지 않아도 외부로부터 계속 수증기가 공급되면, 포화에 달하여 응결이 일어나며 또한 기압이 점점 내려가도 응결은 일어난다. 현재 함유되어 있는 수증기량을 증가시킬 수 있을 만큼 외부로부터 수증기의 공급이 없다고 해도, 기온이 이슬점온도 이하로 냉각되면 포화에 달하여 응결이 일어나지만, 다량의 수증기가 함유되어 있지 않으면 큰 안개는 발생하지 않는다. 그리고 다량의 수증기를 함유하고 이슬점온도 이하로 공기가 냉각된다고 해도, 응결을 촉진하는 응결핵이 없으면 응결은 일어나기 어렵다. 이와 같이 대기 중의 수증기는 미립자를 중심핵으로 하여 그 표면에 응결을 하는 것이다.
응결핵으로는 해면에서 대기 중으로 날아온 염분을 띤 작은 결정이나, 굴뚝에서 나오는 연기의 입자 등 흡습성의 미립자가 가장 좋은 응결핵이다. 이 밖에도 풍향‧풍속이나 기온의 역전도 중요하다. 특별한 경우를 제외하면, 바람이 약하고 상공에 기온의 역전이 있으면 안개발생에 유리하다. 그러나 상공에 기온의 역전이 있어도 바람이 강하면, 상하의 혼합으로 지표면 부근은 안개가 생기지 않고 낮은 구름만 만든다. 짙은 안개는 습도‧온도‧바람 및 응결핵의 종류나 양 등에 의하여 결정된다. 공장지대는 응결핵이 많으므로 습도가 80% 정도만 되어도 안개가 발생하지만, 일반적으로는 97% 이상의 습도에서 발생한다.
안개가 걷히려면?
안개는 지표면이 따뜻해져서, 지표 부근의 역전이 해소되면 소산된다. 지표 부근의 바람이 강하게 불면, 난류에 의한 연직방향의 혼합이 증가되어 역전이 해소되므로, 안개는 걷힌다. 또 경사면을 따라서 하강하면, 공기덩이의 온도는 단열적으로 상승하므로 안개입자들은 증발하여 소산된다. 차고 밀도가 큰 공기가 안개가 낀 구역으로 들어오면, 안개는 상공으로 올라가거나 증발하여 소산된다.
안개는 어떻게 구분하는가?
안개는 만들어지는 원인에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 먼저 공기의 냉각으로 발생하는 안개가 있다. 복사안개의 종류로 가장 대표적인 것이 내륙지방에 아침에 자주 끼는 안개로 땅안개(ground fog)다. 지표면의 야간 복사냉각으로 만들어지는데 상대습도가 높고, 야간에 맑으며 대기가 안정할 때 끼는 안개로 주로 가을이나 봄에 자주 끼는 안개다.
땅안개. <출처 : (cc) Ian W. Fieggen>
두 번째가 공기가 이동해와 끼는 안개로 이류안개(advection fog)가 있다. 대표적인 것이 바다안개(sea fog)로 차가운 바다 위를 따뜻한 공기가 이동해 와 냉각되면서 만들어지는 안개로 바다와 공기의 기온차이가 클수록 많이 발생한다. 우리나라 해상에서는 6월부터 7월 사이에 서해상에서 자주 발생한다. 이류안개 중에 연안안개(coastal fog)도 있다. 연안지방에 발생하는 안개를 말한다. 수면 위의 습하고 따뜻한 공기가 연안의 찬 지면 위로 흘러갈 경우나, 지면 위의 따뜻한 공기가 찬 수면 위로 흘러갈 경우 또는 찬 해면 위에 발생한 바다안개가 침입할 경우 등에 나타나는 이류안개와 차고 안정된 공기가 비교적 따듯한 수면 위로 이동했을 때, 수면의 증발에 의하여 수증기의 공급을 받아서 발생하는 증발안개 두 가지로 나눈다. 연안안개의 발생이나 소산, 이동은 해륙풍과 밀접한 관계가 있다.
바다 안개 <출처 : 기상청 기상사진전>
세 번째가 이류복사안개(advection radiation fog)다. 해상에서 해안에 인접한 육상에 이동해온 온난습윤한 공기가 야간에 복사냉각 되어 만들어진다. 고기압 가장자리에서 바람이 약할 때, 해상의 수증기가 연안으로 침투한 후 복사냉각에 의해 안개가 일어난다.
바다 안개가 해안으로 밀려들고 있다. <출처 : 기상청 기상사진전>
네 번째가 활승안개(upslope fog)다. 습윤하고 안정한 공기가 경사진 지형을 상승할 때, 건조단열적으로 냉각되어 형성된다. 경사면을 따라 상승하는 바람이 멎으면 활승안개는 소산된다. 복사안개와 달리 흐린 날씨에서도 형성되고, 매우 짙으며 높은 고도까지 발생한다. 일본의 후지산에 낮에 자주 발생하는 안개의 형태로 우리나라에서는 비가 내리다가 그칠 경우 산중턱에서 산을 향해 올라가는 안개가 좋은 예이다.
물안개가 산중턱을 넘어가고 있다. <출처 : 기상청 기상사진전>
다섯 번째가 수증기의 증발로 발생하는 안개가 있다. 대표적인 안개로 김안개(steam fog)가 있는데 이것은 한랭한 공기가 상대적으로 높은 온도의 수면상을 이류할 때, 수면으로부터의 수증기 증발로 포화되면 발생한다. 겨울철 서해상에서 추운 공기가 내려올 때 서해 바다와의 온도 차이로 발생하는 안개의 형태가 대표적이다.
호수 위에서 물안개가 피어 오르고 있다. <출처 : 기상청 기상사진전>
마지막으로 얼음안개(Ice fog)가 있다. 대기 중에 무수히 많은 미세한 빙정들이 떠다니는 현상으로 수평시정이 1km 미만일 때를 말한다. 얼음안개는 대단히 저온이고, 바람이 없을 때 발생한다. 겨울에 북부산악지대에서 관측될 때가 있으며, 태양을 향한 방향의 시정이 대단히 나쁘다.
오스트리아 겨울의 얼음안개 <출처 : (cc) böhringer friedrich at Wikimedia.org>
박무와 연무
마지막으로 안개라 부르지는 않지만 안개의 성질을 가지고 있는 것이 있다. 바로 박무와 연무다. 안개, 박무, 연무는 시정을 악화시킨다는 점에서 공통점을 지닌다. 수평시정이 1km 미만이면 '안개', 그 이상이면 '박무'와 '연무'로 구분하며 각각의 기상현상을 다음과 같은 아이콘으로 표현한다.
주로 어떤 입자로 인해 기상현상이 나타나는 지에 따라서도 나누기도 한다. 안개와 박무는 물 현상, 연무는 먼지 현상이라는 점에서 차이가 있다. 따라서 상대습도 75% 이상, 시정 1km 미만이면 안개로 정의 내리며 박무는 안개와 상대습도 기준은 같지만 시정이 1km 이상 10km 미만일 때를 가리킨다.
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박무. 옅은 안개다. 물현상이다. <출처 : (cc) Saperaud at Wikimedia.org> |
연무. 미세한 먼지로 생기는 현상이다. |
이에 반해 연무는 상대습도 75% 미만으로 습기나 먼지 등으로 시야가 확보되지 않는 기상 현상이며 시정은 1~10km로 박무와 같다. 연무는 대개 습도가 낮으면서 대기 중 연기·먼지 등 건조하고 미세한 입자가 떠 있어 육안으로 보이지 않는 경우가 많다. 화산의 분출물이나 바람에 날린 먼지·황사 등 천연 먼지가 공기와 섞이면서 발생하기도 한다. 도시나 공업 지대 등에서는 공장이나 주택 등으로부터 나오는 연기나 자동차의 배기가스 등 인간 활동에 따라 발생하는 인공 오염 물질을 포함하는 경우가 많다. 특히 연무를 구성하는 입자들은 1㎛(마이크로미터=m의 백만분의 1) 이하로 최대 18㎛인 황사보다 훨씬 작아 폐의 가장 깊은 곳까지 침투해 건강에 더 위험한 기상이다. 연무는 일 년 내내 일어날 수 있다. 따라서 수증기로 인해 봄, 가을, 일교차가 심할 때 나타나는 안개로 착각하면 안 된다.
글
반기성/케이웨더 기후산업연구소장
호칭·직책
연세대 천문기상학과 및 대학원 졸업하고, 공군기상전대장과 한국기상학회 부회장을 역임했다. 현재 케이웨더 기후산업연구소장이며, 연세대 지구환경연구소 전문연구원으로 연세대 대기과학과에서 강의를 하고 있다. 저서로는[워렌버핏이 날씨시장으로 온 까닭은?], [날씨가 바꾼 서프라이징 세계사]등 14권이 있다.
원본 위치 <http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=116&contents_id=40631&leafId=652>
대기화학
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대 기 화 학 Report |
▲ 주 제 : Stratospheric Ozone
▲ 제출자 : 김진우 (9359012)
▲ 담당교수: 이 강 웅 교수님
1. 오존 및 성층권
오존은 산소원자 3개가 결합되어 있는 물질을 말하는데, 우리는 오존에
관하여 이야기할 때 종종 혼란을 겪게 된다. 이것은 오존에는 대류권 오존과
성층권 오존이 있기 때문이다.
성층권 오존은 지상 10～40km 사이에 존재하며, 태양복사의 자외선을 흡수
하여 성층권의 온도를 증가시킬 뿐만 아니라 자외선이 인체에 피부암, 백내장
등을 유발하는 것을 방지함으로써 생물체의 생활환경 조성에 큰 역할을 하고
있다.
지상으로부터 약 13-50 km 사이의 대기인 성층권의 오존은 태양광선 중
해로운 자외선(UV)으로부터 지구상의 생명체를 보호하는 얇은 보호막 역할을 한다. 그러나 1980년대에 들어서 과학자들은 성층권 오존이 감소되고 있다는
증거를 포착했다. 오존의 감소는 지표면에 도달하는 해로운 자외선(UV-B)을 증가시킬 것이며,인체가 자외선에 많이 노출되면 결과적으로 피부암, 백내장,
면역 저하와 같이 건강에 나쁜 영향을 받게 된다.
오존은 지상 20～30 km의 성층권에 집중 분포되어 태양의 자외선을 흡수하는
기체이다. 공기 중에 풍부한 산소 분자(O2)가 태양의 자외선을 만나면 두개의
산소원자(O)로 분리되고,다시 이 산소원자(O)가 다른 산소분자(O2)와
결합하여오존(O3)이 생성된다.
또한 오존은 자외선을 흡수해서 분리되어 파괴되기도 한다. 이러한 방법으로,
태양의 자외선은 성층권 내에서 오존층의 균형을 자연적으로 유지시켜 주고,
또 오존은 태양의 해로운 자외선으로부터 지구상의 생명체들을 보호하게
되는 것이다.
오존은 Hartly band, Huggins band, Chappuis band라 불리는 3개의
흡수대를 갖고 있는데 Hartly band는 2200 ～ 3200Å, Huggins band는
3000～3450Å, Chappuis band는 4400～7500Å에 존재하고 있다.
이중 가장 강한 흡수대는 Hartly band인데 2600Å부근의 태양복사는 오존
0.1mm층을 통과할 때 그 세기가 약 1/3로 감소한다. 이와같이 오존층의
주 역할은 성층권 가열이다. 대기중에 오존이 존재함으로써 대류권에서 고도에
따라 감소하던 기온은 약 12km에서부터 고도에 따라 상승하게 된다.
이와같이, 기온이 역전하는 곳을 대류권계면이라 하며, 이 이하의 대류권에서
오존에 의한 기온상승의 역할은 거의 없다.
성층권 오존층의 분포는 광화학 반응이외에 대기복사와 바람에 의한 물질이동이 복잡하게 얽혀서 결정되며 따라서 이의 분포를 연구하거나 예측하기 위해서는 위의 모든 과정을 모두 표현하는 대기모형을 이용하여야 한다. 과거에 가장 많이 사용되어
온 모형은 수직 방향만을 고려한 1차원 모형이었고 1980년대 중반부터는 수직측
이외에 동서 방향을 평균한 2차원 모형을 많이 이용하고 있다. 모든 물리 화학적
과정과 유체역학적인 물질 이동이 표현된 3차원모형은 컴퓨터의 계산능력 부족으로
현재는 불가능하다. 현재 과학계에서 많이 하고 있는 작업은 기존의 GCM 이나
관측된 자료를 이용하여 (off-linemethod) 복사, 화학반응을 일으키며 이류시키는
방법이다. 아직은 그 결과가 아주 만족스럽지는 않으나 대기과학 분야에서 가장 빨리
발달하는 분야중의 하나이다. 성층권을 나타내는 대기 모형의 여러 점들 중에서
중요하면서도 잘 알려지지 않은 분야는 대류권과 성층권사이의 물질이동이다.
최근에는 대류권계면을 어떻게 정의해야할지 또한 무엇에 의해 결정되는지 연구가 많이 이루어지고 있다. 대류권계면의 고도는 적도지방의 대류에 의해서 결정된다고 생각되었는데 이 점은 틀린 것으로 판명되었고 대류권에서 성층권으로 전파되어 가는
파동들에 의한 펌핑작용이 중요하다고 믿어진다.
이러한 대기모형은 오존의 변화가 어떻게 결정되는지 또한 앞으로 수 십년 후에는 어떻게 바뀔지 예측하는데 이용된다. 또한 CFC의 대체물질을 개발하는데도 사용된다.
화학약품을 만드는 기업에서는 완성품으로 만들어 낸 화학물질이 상층권에서 오존에 어떤 영향을 줄지 미리 알아야 한다. 실험으로 성층권상태를 만들어 알려져 있는 모든
화학반응을 실험해 볼 수 없기 때문에 모형내에서 결과를 모사하는 것이 필수적이다. 초음속 여객기를 설계하는데도 역시 모형의 예측이 중요하다. 현재 운항되고 있는
2. 오존층의 생성 이론
성층권에서의 오존은 생성과 파괴에 의하여 평형을 이룬다.
오존은 주로 다음 식에 의하여 지상 30km이상에서 2420Å이하의 자외선에
의하여 산소 분자가 산소 원자로 해리되는 반응에 의하여 시작된다.
O2 ＋ hv → O + O
이때 생성된 산소 원자는 다음식에서 보는 바와 같이 산소 분자와 급속히
반응하여 오존을 생성하게 된다.
O + O2 ＋ M → O3 + M
이는 hartle band에서 자외선을 흡수하여 다음식과 같이 광해리된다.
O3 ＋ hv → O2 + O
그러나 이렇게 생성된 산소 원자는 급속히 산소 분자와 결합하여 오존을
형성하게 되므로, 실질적으로 오존의 파괴라 볼수 없다.
위의 식의 반응에 의하여 생물에 해로운 자외선이 흡수될 뿐아니라 성층권의
기온이 상승하게 된다.
생성된 오존은 식(1) 과 같이 산소 원자와의 결합에 의하여 파괴되며, 일부
산소원자는 식(2)와 같이 결합하여 산소 분자로 변환되기도 하지만, 성층권내
산소 분자의 농도는 희박하므로 이 반응은 생략되기도 한다.
식(1) : O +O3 → O2 + O2
식(2) : O + O → O2
위의 이론들은 Chapman에 의하여 제시된 이론으로, 이 이론에 의하면
태양복사가 보다 직각으로 들어오는 적도의 오존 농도가 극지방보다 높아야 하고
여름의 농도가 최대가 되어야 한다. 그러나 실제 관측결과 오존의 농도는 위도가
높아질수록 증가하는 경향을 보이고 있다. 계절적으로도 가을에 최소가 된 후
봄에 최대 농도를 보이고 있는 것으로 나타났다.
따라서, 고전이론에 다음과 같은 촉매 반응들이 추가되었다.
수소원자, 하이드록실기(OH), 하이드로페록실기(HO2)가 촉매로서 작용하는
반응은 다음과 같고 이 결과는 식(1) 과 같다.
O + HO → OH + O2
Oh + O3 → HO2 + O2
O + O3 → O2 + O2 (net)
자연적으로 존재하는 수증기 및 메탄도 오존의 광해리에 의해 발생된 여기된
산소 원자와 결합하여 다음 식들과 같이 반응한다.
O(D) + H2O → 2OH
O(D) + CH4 → CH3 + OH
NO 와 NO2를 포함하는 촉매 반응도 오존을 파괴하는 과정으로 알려져 있는데
이 반응은 다음과 같으며 그 결과도 위의 식(1)과 같다.
O + NO2 → NO + O2
NO+O3 → NO2+ O2
O+O3 → O2+ O2 (net)
◎오존 생성
1) 질소산화물(NOX), 탄화수소(HC), 메탄(CH4), 일산화탄소(CO) 등과 같은
대기오염물질들이 태양빛에 의해 광화학 반응을 일으켜 오존이 생성된다.
2) 대기오염물질 중 질소산화물은 오존 생성의 전구물질이며, 주로 자동차 배기가스
에서 많이 배출된다.
3) 대기중으로 배출된 자동차 배기가스는 연소되어 대부분 일산화질소(NO)로
전환되고, 이 일산화질소는 공기중의 산소와 결합하여 이산화질소(NO2)로 된다.
4) 이산화질소는 태양광선(특히 자외선)에 의해 광분해되어 산소원자(O)와
일산화질소 (NO)로 분리(해리)된다.
5) 만들어진 산소원자는 대기중에 자연상태로 존재하는 산소분자(O2)와 결합하여
오존을 생성시킨다.
6) 대기중에 존재하는 반응성 탄화수소, 휘발성 유기물, 메탄, 일산화탄소 그리고
자유기들이 오존 형성에 중요한 매개역할을 한다.
7) 이러한 광분해가 일어나는 데는 태양광선의 세기가 중요한 인자로 작용하기
때문에 하루중 태양광선의 세기나 계절에 따른 차이가 오존의 생성에 중요하다.
발생원
1) 오존 생성에 중요한 역할을 하는 대기오염물질 중 질소산화물,탄화수소,일산화탄소,
메탄들은 주로 자동차 배기가스로부터 배출된다.
2) 또한 오존 형성에 촉매역할을 하는 휘발성 유기물은 석유화학 정제공장,
석유저장고, 주유소 등으로부터 주로 배출된다.
3. 몬트리올 의정서
매년 9월 16일은 오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의 정서의 서명을 기념하기 위해 유엔총회 결의 49/114에 의해 지정된 국제 오존층 보호의 날이다.
1. 몬트리올 의정서의 주요목적은 태양으로부터 방출되는 유해 자외선을 흡수하고
지상 생물체를 보호하는 지상 10 ~50Km에 위치하고 있는 성층권의 얇은
오존층을 보호하기 위한 것이다.
2. 1970년대 초에 과학자들은 인간이 만든 일부 화학 물질의 배출이 오존층을
파괴할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 물질의 대부분은 냉장고, 에어콘,
소화기, 기기세정제, 발포제, 토양훈증제 등에 사용되는 CFCs, halons, HCFCs,
methyl bromide이다. 지표면에 도달하는 자외선의 양이 많아지면 피부암, 백내장의
증가, 동․식물의 생산성 감소, 대기질 악화, 플라스틱 손상 및 기후에 영향을
미친다.
3. 대기관측을 통해 지구의 중․고위도에서 10년에 약5% 정도의 비율로 오존이
파괴되고 있다는 것이 증명되었으며, "오존 홀"이 매년 남극 상공에 나타나고
있다.
4. 이러한 여러 가지 결과에 따라, UNEP는 1976년에 과학적인 평가를 시작하였으며,
그 결과가 확실해 짐에 따라 오존층 보호를 위한 정부간 협상을 시작하였다.
그 결과, 세계 각국은 1985년에 오존층 보호를 위한 비엔나 협약, 1987.9.16일에
오존층 파괴 물질에 관한 몬트리올 의정서에 합의하였다.
5. 비엔나 협약은 오존층 보호를 위한 일반적인 책임을 규정하고 있고, 4차례 개정으
로 강화된 몬트리올 의정서는 모든 당사국이 주어진 일정에 따라 오존 파괴 물질을
단계적으로 제거토록 하고 있다.
6. 개발도상국은 10년의 유예기간을 받았다. 1991년에 의정서 당사국들은 개도국의
비용 부담을 지원하고 대체물질 및 기술이전을 촉진하기 위하여, 선진국의 공여로
다자간기금(Multilateral Fund)를 설립하였다.
7. 지구차원의 노력에 있어서 행동보다 말이 앞선분야가 일부 있었다. 다행히 오존
파괴의 경우에 있어서, 지구사회는 관심에서 토론으로, 토론에서 협정으로,
협정에서 실천으로 놀랄만한 속도로 움직였다.
8. 의정서의 이행결과 전체 CFCs 소비가 1986년이후 80%이상 줄어둘었다.
CFCs, carbon tetrachloride, methyl, chloroform 및 HBFCs는 당사국들에 의해
승인된 필수 사용분 약15,000의 소비를 제외하고, 1996년 선진국은 완전히
사용을 중지하였다.
9. 대기 과학자들은 이러한 오존층 파괴 물질이 대기중에서 많이 줄었다는 사실을
확인하였다. 그들은 모든 국가가 몬트리올 의정서를 완전히 이행한다면,
수년 내에 오존층 회복이 시작될 것이며, 21세기 중반에는 완전히 회복될
것이라고 예측하고 있다.
10. CFCs의 불법 교역등 아직까지 여러 문제점과 해결해야 할 여러가지 사항이
남아 있다. 의정서 당사국들은 이러한 문제점에 대해 큰 관심을 가지고 있으며,
각 당사국이 오존층을 파괴하는 CFCs 및 기타 화학 물질의 수입 또는 수출을
위한 허가제도(licencing system)를 마련할 것을 결정하였다.
11. 지정학적, 경제적 변화는 1989년 이후 구 소련 및 동유럽의 체제에 영향을
미쳤다. 그 결과, 1995년 러시아 연방과 몇몇 다른 국가들은 오존층 파괴
물질의 단계적 감축 일정에 따를 수 없음을 인정하였다. 4가지 분야 지구환경
문제를 다루기 위하여 1991년에 시작된 지구 환경 금융(GEF)은 2000년까지
이들 국가에 있어서 CFCs의 단계적 삭감을 위해 120백만달러 지원을
승인하였다.
12. Methyl bromide는 토양, 구조물 및 저장품의 훈증을 위해 사용되는 오존
파괴물질이며, 대부분은 일부 국가의 고부가 이 물질의 다른 독성 때문에 사용을
금지하였다. 몬트리올 의정서 당사국들은 선진국에 대해서는 2005년까지,
개도국에 대해서는 2015년까지의 단계적 감축일정에 합의하였다.
메틸브로마이드의 소비가 생산자들의 압력으로 현재 보다 더 많은 국가에서
더 많이 사용 될 위험이 있다.
각국 정부가 해결해야 할것은 시기 적절하게 이것의 사용을 중지하는 것이다.
메틸브로마이드의 많은 대체 물질이 개발되고 있으며, 다자간기금은 개도국에서
이러한 대체 물질을 증명하기 위한 30백만달러의 프로그램을 승인하였다.
13. 몬트리올 의정서는 개도국의 대체 물질 개발 또는 도입을 위한 시간이
필요한점을 인정하여 개도국에 대한 유예기간을 허락하였다. 개도국은 1999,
7. 1일부터 관리수단을 이행하고, 일정에 따라 그들의 완전한 단계적 감축을
이행하게 될 것이다. 이것은 다음 10년을 위한 아주 중요한 과제이다.
14. 금년 오존층 보호의 날은 오존에 안전한 상품, 소비자 활동, 불법교역,
개도국에서 1999년에 소비동결, 소규보 기업의 인식 증진, 메틸브로마이드 대체
등과 같은 오존층 보호를 위한 추가적인 실천사항과 각국과 관련된 주제에 초점을
맞추었다.
15. 기업 및 산업체는 환경적으로, 사회적으로 책임있는 기업가 정신과 관련하여
최적관행을 증진하고 전파하는데 도움이 될 수 있는 자발적 지침 및 행동 규역의
개발, 이행과 기존의 지침이나 규약들의 추가적 개발을 촉진해야 한다.
그러한 규약이 효과적이기 위해서는 기업이나 산업체 스스로에 의해 개발,
이행되어져야 한다. 그들의 이해 당사자와의 신뢰는 그러한 규약이 평소와는 다른 적극적 활동을 공식화하는 것을 필요로 한다. 그러므로, 모니터링과 공공 보고
(public reporting)에 있어서 중요한 것은 투명성이다.
17. 여러가지 가운데 다음 활동들은 1999년에 소비 동결을 달성하기 위하
여 개도국에 의해 이행되어 왔다.
(가) 환경부 또는 오존관련 문제들을 담당하고 있는 기관으로부터 소비자
단체, 산업계 등에 동결 목표에 관한 메지지 전파.
(나) 산업체 지원 : 예를들어, UNEP/IE의 기술서 및 기술.경제 평가 패널
보고서 제공 등.
(다) 산업체, 기업 등과 다자기금에 의해 재정지원된 사업의 이행 감시.
(라) 동결목표 지원을 위한 다국간 협력 촉진.
18. 다음 활동들은 모든 국가에 의해 이행되고 있다.
(가) 오존파괴 물질의 수입 및 수출을 위한 허가제도 마련.
(나) CFC를 함유한 MDI의 효율적 대체에 있어서 산업체의 참여 증진.
(다) 개도국의 가정의 기본적인 수요를 제외하고, 순수 CFCs의 시장배치
나 판매 금지.
(라) 런던, 코펜하겐 및 몬트리올 개정서의 비준.
19. 몬트리올 의정서의 그간 논의경과는 UNEP의 후원하에 정부.과학자.기술전문가
와 비정부 기구간 국제협력의 성공사례가 되었다. 또한, 그것은 국제환경문제의
해결방법을 제시하는 좋은 사례가 되고 있다.
4.오존층의 파괴 현상과 오존 홀
1989년 3월 전체 지구규모의 오존 농도를 평가하는 국제회의에서, 미국
항공 우주국은 1969년부터 1986년까지 오존 농도를 평가하는 국제회의에서
미항공우주국은 북반구의 연 평균 오존 감소량은 1.7～3.0%라고 보고하였다.
겨울철의 감소량은 2.3～6.2%로 연평균보다 훨씬 더 감소한 것으로 나타났고
여름철의 감소량은 연평균보다 적은 것으로 나타났다.
오존층의 파괴는 남극상공의 봄철에 발견되었으나 그 후의 관측에 의하면 다른
계절에도 일어나며 북반구에서도 오존의 파괴가 관측되고 있다. 남극상공에서의
파괴는 극성층운의 표면에서 일어나는 heterogeneous reaction이 가장 중요한
기작이라는 것이 정설로 되어 있으나 북반구 특히 여름철에 나타나는 오존파괴
현상에 대해서는 아직 모르는 점이 많이 있다. 1992-3 여름에 오존의 농도가 많이
내려간 것은 1991년에 분화한 파나투보 화산에서 나온 아황산가스가 성층권에
유입되어 황산 에어로솔이 된 후 극성층운처럼 heterogeneous reaction에 기여한
것으로 추정하나 자세한 화학반응은 아직 밝혀지지 않고 있다.
북반구에는 인류의 대부분이 살고 있으며 특히 북유럽과 캐나다에는 고위도
지방에도 많이 살고 있다. 감소되는 오존에 의하여 고위도 지방에 사는 사람들의
피부암의 증가가 우려되며 식물 또는 해양표면의 플랑크톤에 대한 영향도 우려되고 있다.
이러한 오존 농도의 감소원인은 OH기 및 NO를 발생시키는 초음속 비행기에
의한 것으로 추정되었으나 SST에 의한 영향이 수%이하라는 것이 밝혀진 후,
로랜드와 몰리나에 의하여 1975년 Cl과 브롬원자(Br), 그리고 그들의 산화물
(ClO,BrO)이 촉매로 작용하는 반응은 다음과 같다.
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2
Br + O3 → BrO + O2
BrO + O → Br + O2
4.1 파괴 인자 (1)
위의 Cl 및 ClO의 공급원은 프레온인 것으로 알려져있다.
프레온은 C와 F화합물인 Chlorofluorocarbon의 총칭으로서, 1931년 미국의
Dupont사에 의해 처음 공업적으로 생산되기 시작하였으며, 열적, 화학적으로
안정된 화합물로서 불연성, 높은 분산성, 무독, 무취한 특성을 갖고 있으므로
냉장고, 에어컨 등의 냉매, 반도체 등 전자제품의 세척제, 단열제로써 널리
사용되고 있다.
프레온은 대류권 및 성층권 하부에서 불활성기체로서, 서서히 성층권으로
상승하여 지상 25～50km까지 도달한 다음 파장 2000Å근처의 자외선에 의하여
광해리되어 Cl 원자를 생성하게 된다.
또 프레온의 대기중 수명은 60명(CFC-11),110년(CFC-12)으로서 극히
길므로 이들이 성층권에 계속 축적하게 된다. 프레온의 광해리에 의한 Cl의
생성은 다음과 같다.
(CFC-11): CFCL2 → Cl + CFCl2
(CFC-12): CF2CL3 → Cl + CF2Cl2
(CFC-113): CFCL3CF2CL → Cl + CFClCF2Cl
4.2 파괴인자 (2)
브롬 및 그 산화물의 공급원은 소방설비에 사용되는 할론이라는소화제이다.
할론가스로부터 자외선 분해에 의하여 브롬이 생성되는데 그 반응은 다음과
같다.
(Halon 1301) : CF3Br →Br + CF3
5. 오존홀
정기적으로 성층권에서 오존농도가 감소하리라는 예측이 여러 학자들에 의하여
제기 되었지만 오존 농도의 감소에 대한 극적인 현상이 남극에서 발견되었다.
남극의 경우, 오존의 농도가 극히 많이 감소하여 대기에 구멍이 뚫린 것이
보이므로, 이것을 오존홀이라고 한다.
1982년 일본의 쇼와기지 관측대원들은 10월-11월에 걸쳐 약 100돕슨단위의
오존량이 감소하고 동시에 지상 15km-16km 상공의 기온이 5℃-10℃
감소하였음을 발견하고 1984년 추바쮜 시게루가 국제오존심포지엄에서 처음 발표하였으나, 관측기기의 이상으로 취급되어 큰 관심을 끌지 못하였다.
그러나 그이후의 여러 관측결과의 종합으로 남극의 오존량이 매년 봄 급격히
감소하고 있으며 이것은 남반구의 프레온의 증가가 밀접한 관계가 있다고
연구되었다.
그 기작은 해가 전혀 뜨지 않는 극야라 불리는 기간에 남극상공의 기온은
계속 감소하여 -78도이하가 되면 극히 작은 미립자(극성층권구름)가 발생하여
이 미립자 표면에서 프레온이 분해되어 생긴 염소 화합물이 염소를 방출하기
쉬운 상태로 변하게 된다. 봄이 되어 극야가 끝나면 햇빛에 의하여 염소원작
튀어나와 오존을 파괴하게 된다.
다른 중요한 이유중의 하나는 남극 상공의 성층권에서 다른 지역과의 공기의
교환이 별로 일어나지 않는다는 것이다.
따라서 오존을 파괴하는 물질이 남극상공에 계속 머물게 되며 오존 농도가
낮은 남극 상공의 공기도 다른 지역으로 운반되지 않으므로 남극의 오존홀이 발생하게된다.
Cl+O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2
그러나 하부 성층권에서는 다음과 같은 반응이 일어나는 것으로 설명된다.
ClO +ClO + M → Cl2O2 + M
Cl2O2 → Cl + ClOO
ClOO +M → Cl +O2 + M
즉, 봄에 기온이 상승하면서, 미립자의 표면에서 방출된 염소원자는 반응에
의하여 오존분해가 일어나면 대기중에는 일산화일염소(ClO)의 농도가 높아지므로
반응이 연속적으로 일어나면서 이산화이염소와 이산화염소를 거쳐 다시 염소
원자가 재생된다. 재생된 염소원자는 반응에 의하여 다시 오존을 분해하는
과정을 반복하게 된다. 염소원자의 재생 기작에는 다음 과 같은 반응도
부분적으로 일어나는 것으로 알려져 있다.
6. 오존의 영향
오존은 산화제이자 호흡기에 대해서는 강력한 자극원으로 작용하기 때문에 오존에 노출되었을 때 일차적으로 영향을 받는 기관이 호흡기이며, 오존에 의한 영향이 가장
문제가 되는 기관도 호흡기이다. 대기중의 오존의 농도는 큰 변화없이 일정하게
유지되는 것이 아니라 광화학반응이 일어나기 좋은 조건이 되었을 때 다량의 오존이 생성되어 고농도로 수시간 유지되다가 다른 물질로 분해된다. 따라서 사람에게는 단기간 동안 고농도의 오존에 노출되었을때 생길 수 있는 급성 영향이 중요하다. 일반적으로 1~2시간 동안 고농도의 오존을 흡입하게되면 호흡기에서 여러가지 변화와 증상들이 유발되는데 이들이 완전히 가라앉아 정상을 되찾는 데에는 수 일의 시간이 소요된다.
오존에 노출되었을 때 생기는 급성증상들은 기침, 숨참, 숨을 깊이 들이쉬었을 때 느껴지는 통증 등이다. 이러한 증상들에 뒤이어 폐기능상의 지표에도 변화가 온다.
고농도의 오존에 노출된 사람들은 일반적으로 노력성 폐활량(사람이 의식적으로 최대한 들이쉴 수 있는 흡기량), 일초율(1초간 내쉴 수 있는 최대호기량 노력성
폐활량의 비율) 등이 감소한다. 고농도의 오존에 노출되었을 경우에는 숨을 얕게 쉬게
되고, 그 결과 부족하게 되는 산소를 보충하기 위해서 1분간의 호흡수가 많아진다. 오존은 호흡기 가운데서도 주로 소기관지에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
오존과 만성호흡기 질환
오존과 호흡기질환의 관계를 살펴보면 현재로서는 오존이 만성 호흡기 질환의 직접적인 원인이 된다고 보기는 어렵다. 그러나 이미 만성호흡기질환이 있는 환자들에게는 대기중의 오존이 증상을 유발시키거나 악화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 만성호흡기질환 가운데 일시적인 자극에 의해 심한 증상이 나타나는 천식이 가장 문제가 된다.
오존과 급성호흡기 질환
오존의 최고농도와 급성적으로 생기는 인후염, 기관지염, 상기도감염 등과의 사이에 의미있는 상관관계가 성립되는 것으로 알려져 있다.
오존과 암발생
오존에 발암성이 있는가의 여부는 아직 실험적으로 증명되지 않았다. 또 역학조사에서도 오존의 영향만을 따로 분리해내기 어렵기 때문에 오존과 암발생과의 관계를 직접적으로 유추해내기는 힘들다. 그러나 일반적으로 보아 대기오염이 심한 지역에서 폐암의 발병율이 높아진다는 것이 역학적인 연구로 입증되고 있다.
오존에 의한 건강상의 피해를 최소화할 수 있는 방안
오존은 다른 오염물질과는 달리 사람들의 활동으로 만들어진 오존 생성의 전구물질들이 이차적으로 반응을 일으켜 만들어지는 물질이므로 직접적으로 그 배출을 규제하는 데에는 여러가지 어려움이 뒤따른다. 그런데 오존생성 전구물질은 주로 자동차의 배기가스에서 나오므로 이에 대한 관리를 통하여 어느 정도 오존의 생성을 억제시킬 수 있으며, 특히 오존 농도가 높아 오존경보가 내려진 지역에는 자동차의 출입을 통제시켜 해당 지역의 오존 농도가 더이상 높아지지 않게 할 필요가 있다. 또한 발생차원의 관리와는 별도로 이미 오존이 발생하여 대기 중에 고농도로 존재할 때 이에 대비하는 것 또한 중요하다. 이를 위해서는 다음과 같은 사항을 주의하여야 할 필요가 있다.
(1)자극에 민감한 호흡기 질환자나 노약자들은 대기 중 오존의 농도가 높은 상황에 노출 되지 않도록 주의해야 한다.
일반적으로 오존은 태양빛이 강하고, 공기의 이동이 적을때 많이 발생하므로 여름철이나 정오를 전후하여 태양빛이 강할 때에 이러한 사람들은 외출을 삼가는 것이
좋다. 특히 오존 경보가 내려진 상황에서는 실외활동을 피해야 한다.
(2)비타민 C와 E에는 오존에 자극된 폐에서 일어나는 염증반응을 약화시키는 성분이
있으므로 이들 비타민을 충분히 섭취함으로써 오존에 의한 조직 손상을 어느 정도
막을 수 있다. 비타민의 예방효과는 성인보다는 폐의 발육이 진행중인 어린이에게서
더욱 효과적인 것으로 알려져 있다.
미국 버클리대학 분자및 세포물리학과 젠스 티엘 교수팀은 최근 미국 태양차단학회에 대기중 오존농도가 높아지면 피부의 가장 바깥층(表皮)의 비타민E 함량이 줄어들어 가려움증.염증등 각종 피부병과 함께 피부노화가 촉진된다는 연구결과를 발표했다.
티엘 교수팀에 따르면 고농도 오존에 2시간 노출될 경우 표피의 비타민E 농도는 25% 줄어들고 6일 후에는 75%나 소실되는 것을 밝혀냈다는 것이다.
이보다 낮은 농도라도 장기간 오존에 노출되면 항(抗)산화기능을 지닌 비타민E가 고갈될 수 있으며 이 경우 피부의 지방세포가 파괴되거나 산화돼 피부병과 피부노화가 유발된다는설명이다.
따라서 연구팀은 오존주의보가 내려지면 땅콩.호두.잣.옥수수.녹색 채소등
비타민E가 많이 함유된 식품을 충분히 섭취하는 것이 피부노화등을 방지하는데
도움이 된다고 주장했다.
땅위에 있는 다른 생물은 어떻게 될 것인가?
고등 동식물에는 스스로 보호하는 털이라든가 깃털,비늘,껍질,살갗등이 있다.
그러나 흙속이나 바다 제일 윗부분에 있는 미생물은 그렇게 되어 있지 않다.
이들은 4억년전 오존층이 생겨나기 전이나 마찬가지로 강한 햇살에 모두 죽을 것이다.
그리고 이러한 미생물들이 죽으면 거기에 의존해서 살아가는 생물들도 해로운 영향을 받을 것이 뻔하다. 간단하게 말하면 생명의 가장 기본적인 짜임새가 뒤흔들리게 되는 것이다.
7. 오존에 대한 활동들
산업 혁명 이후로 인류는 빠른 속도로 여러분야에 걸쳐서 환경을 변화시키고 있다.
인류 활동에 의해서 야기되는 여러 환경변화에 여러가지가 있는데 가장 심각한 것들 중의 하나가 성층권에 있는 오존층의 파괴이다. 성층권에는 고도 약 35km 근처에 오존층이 존재하고 있으며 이 오존층이 태양에서 오는 자외선을 흡수함에 따라 지구의 표면에 생물이 존재할 수 있다. 이렇게 중요한 오존의 파괴가 발견된 것은 불과 11년
전의 일이다.
그 발견도 인공위성에 탑재되어 있는 관측기기에 의한 것이 아니라 비교적 오래된 기술인 지면관측을 통해서 이루어졌다. 성층권의 오존파괴가 주로 남극 상공에서
일어나며 그 시기도 남반구의 봄인 10월에 한정 되어 있다는 사실을 감안하더라도 1950년대 후반부터 뚜렷이 나타나는 오존의 감소를 미리 발견하지 못했다는 것은 인류가 우리의 환경에 큰 관심을 기울이지 않았다는 하나의 증거가 된다.
과학자들이 오존의 파괴를 미리 예측하지 못했던 것은 아니다. 1930년에 Chapman에 의해 오존의 생성 및 파괴 기작에 대한 이론을 제시한 후 이론에 비해 관측되는 오존이 많다는 것이 계속 지적되어 왔다. 이를 설명하기 위하여 Crutzen은 1950년대 말 촉매반응에 의하여 오존이 파괴될 수 있다는 것을 보였고 몇 년후 Motina와 Rowland는 이러한 촉매로 CFC에 의하여 공급되는 염소가 중요한 역할을 할 수 있다고 주장하였다. 비록 이러한 주장들이 관측에 의해서 증명된 사실은 아니나 이론적인 타당성이 충분하였으므로 미국에서는 오존의 파괴가 발견되기 전에 자국내에서 CFC를 에어로솔 스프레이에 사용하는 것을 금지시켰다. 오존 파괴에 대한 과학자들의 예측이 있었고 그러한 현상이 계속되었음에도 불구하고 발견에 20년 이상 걸렸다는 것은 인류가 환경문제가 경제와 연관되어있을 때는 미온적으로 대처한다는 것을 보여준다. 오존층의 파괴가 CFC에 의한 촉매반응에 의한 것이라는 것이 확인되었고 위의 세 과학자들은 1995년에 노벨 화학상을 수상하였다.
오존층의 파괴가 밝혀진 이후로 과학계에서는 자성의 소리가 높아졌다. 로케트와 인공위성의 기술이 발달한 이후로 1960년대부터 금성, 화성, 목성 등을 탐사하기 위하여 30여 차례에 걸쳐 우주선을 발사한데 비하여 우리가 살고 있는 지구대기를 탐사하는 인공위성은 불과 수 차례 발사되었다. 1980년대 후반부터 지구를 집중적으로 탐사하려는 새로운 노력이 시작되었고(Mission to Planet Earth) 그 노력의 시작으로 1991년 미국에서 Upper Atmosphere Research Satellite가 발사되었다.
<별첨 1>
1. Internet Sites related with my report
(1) http://www.pr.erau.edu/~meteo/as201/class/ozone/sld001.htm
(2) http://www.ozone.sph.unc.edu/atmchemunc/harveys_lib/presentations.lab
(3) http://www.egs.uct.ac.za/engeo/faq/ozone-depletion/intro/faq-doc-8.html
2. the other sites about Stratospheric Ozone
(1) http://www.al.noaa.gov/ (The NOAA Aeronomy Lab)
(2) http://www.epa.gov /docs/ozone/index.html (The EPA)
(3) http://www.ciesin.org/TG/OZ/oz-home.html
(4) http://www.acd.ucar.edu/gpdf/ozone/index.html
(5) http://ellesmere.ccm.emr.ca/ogd/ozone/english/html/menu.html
<별첨 2>
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Vortex
화면 캡처: 2013-02-27 오전 8:41
최소감지농도
주요 화학물질의 최소감지농도
|
화학물질명 |
농도(단위 : ppm) |
화학물질명 |
농도(단위 : ppm) |
|
Ammonia |
0.1 |
Formaldehyde |
0.50 |
|
Methyl mercaptane |
0.0001 |
Acrolein |
0.0085 |
|
Hydrogen sulfide |
0.0005 |
Acrylonitrile |
8.8 |
|
Dimethyl sulfide |
0.0001 |
Methanol |
0.52 |
|
Dimethyl disulfide |
0.0003 |
Dimethylamine |
0.033 |
|
Trimethylamine |
0.0001 |
Methylamine |
0.035 |
|
Acetaldehyde |
0.002 |
Acetic acid |
0.0057 |
|
Propionaldehyde |
0.002 |
Benzene |
2.7 |
|
n-Butyraldehyde |
0.0003 |
Phenol |
0.00028 |
|
i-Butyraldehyde |
0.0009 |
Carbon disulfide |
0.21 |
|
n-Valeraldehyde |
0.0007 |
Pyridine |
0.063 |
|
i-Valeraldehyde |
0.0002 |
Methyl alkyl sulfide |
0.00014 |
|
i-Butanol |
0.01 |
Carbon tetrachloride |
4.6 |
|
Ethyl acetate |
0.3 |
Chloroform |
3.8 |
|
Methyl isobutyl ketone |
0.2 |
Indole |
0.00030 |
|
Toluene |
0.9 |
Skatole |
0.0000056 |
|
Stylene |
0.03 |
Ethyl benzene |
0.17 |
|
o-Xylene |
0.38 |
1,3-Butadiene |
0.23 |
|
m-Xylene |
0.041 |
Diethyl sulfide |
0.000033 |
|
p-Xylene |
0.058 |
Ethanol |
0.094 |
|
Propionic acid |
0.002 |
Ethyl acryrate |
0.00026 |
|
n-Butyric acid |
0.00007 |
Ethyl mercaptan |
0.0000087 |
|
n-Valeric acid |
0.0001 |
Methyl ethyl ketone |
0.44 |
|
i-Valeric acid |
0.00005 |
Sulfur dioxide |
0.055 |
|
1,2,4-Trimethyl benzene |
0.12 |
Nitrogen dioxide |
0.12 |
|
1,3,5-Trimethyl benzene |
0.17 |
Methyl acetate |
1.7 |
|
Acetone |
42 |
Ethyl acetate |
0.87 |
|
Dichloromethane |
160 |
i-Butyl acetate |
0.0080 |
|
Trichloroethylene |
3.9 |
o-Cresol |
0.00010 |
|
Tetrachloroethylene |
0.77 |
m-Cresol |
0.000054 |
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황화수소
황화수소
(Hydrogen sulfide)
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수소 2원자와 황 1원자가 결합한 무색의 유독한 기체로 달걀 썩는 냄새가 특징적이다. 분석화학, 유기화합물 합성 시의 환원제로 많이 사용된다. 공기보다 약간 무겁기 때문에 환기가 잘 안되는 장소에서는 아래에 쌓이는 경향이 있다. 처음에는 냄새가 심하게 나서 지각할 수 있으나 후각 피로가 빠르게 나타나므로 가스가 누출된 곳에 있는 사람은 시간이 조금 지나면 위험 수준에 이를 때까지 이를 깨닫기 어려울 수 있다. 250 ppm 농도의 노출은 점막 자극, 결막염, 눈부심, 눈물흘림, 각막 혼탁, 비염, 기관지염, 청색증, 급성 폐 손상을 유발한다. 250~500 ppm 노출은 두통, 구역, 구토, 설사, 현기증, 건망증, 어지러움, 무호흡, 심계항진, 빈맥, 저혈압, 근육경련, 쇠약, 방향감각 상실, 혼수를 유발한다. 750~1,000 ppm 노출은 급작스러운 신체 허탈을 일으킨다. 더 높은 농도 노출은 호흡마비, 질식성 발작과 사망을 야기한다. 사망률은 약 6%이다. 치명적 노출의 특징은 빠른 허탈, 호흡억제, 진전, 시야흐림, 청색증, 발작, 빈맥이다.
용도
황화수소는 공업적으로 널리 사용된다. 황화수소는 농업, 양조, 무두질, 아교 제조, 고무 경화, 금속 회수 과정, 중수 생산, 기름과 가스 탐사와 정제, 레이온과 인조 실크 생산, 석판인쇄, 사진 제판, 모피 마감, 펠트 제작, 도살장, 비료 제조, 비트 설탕 제작, 분석화학, 염료 생산에서 사용된다.
독성자료
250 ppm 농도의 노출은 점막 자극, 결막염, 눈부심, 눈물흘림, 각막 혼탁, 비염, 기관지염, 청색증, 급성 폐 손상을 유발한다. 250~500 ppm 노출은 두통, 구역, 구토, 설사, 현기증, 건망증, 어지러움, 무호흡, 심계항진, 빈맥, 저혈압, 근육경련, 쇠약, 방향감각 상실, 혼수를 유발한다. 750~1,000 ppm 노출은 급작스러운 신체 허탈을 일으킨다. 더 높은 농도 노출은 호흡마비, 질식성 발작과 사망을 야기한다. 사망률은 약 6%이다. 치명적 노출의 특징은 빠른 허탈, 호흡억제, 진전, 시야흐림, 청색증, 발작, 빈맥이다.
주의사항
가연성 가스. 발화점이 낮다.
눈과 점막을 자극한다.
적절한 보호복을 착용한다. 양압자급식 호흡용보호구를 착용한다.
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국가위험물정보시스템 |
링크 없음 |
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화학물질정보검색시스템 |
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01
물질정보
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물질명 |
황화수소 (Hydrogen sulfide) |
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분자식 |
H2S |
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분자량 |
34.08 |
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일반명 |
황화수소(Hydrogen sulfide) |
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CAS No. |
7783-06-4 |
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독성물질등록번호 |
MX1225000 |
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유럽연합번호 |
231-977-3 |
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CCRIS번호 |
해당 자료 없음 |
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유전독성 번호 |
해당 자료 없음 |
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발암성번호 |
해당 자료 없음 |
1.1. 분류
기타
1.2. 유사명
Stink Damp
Sulfur Hydride
Sulfureted Hydrogen
02
용도
황화수소는 공업적으로 널리 사용된다. 황화수소는 농업 (주로 농업용 살균제로), 양조, 무두질, 아교 제조, 고무 경화, 금속 회수 과정, 중수 생산(핵 반응에서), 기름과 가스 탐사와 정제, 레이온과 인조 실크 생산, 석판인쇄, 사진 제판, 모피 마감, 펠트 제작, 도살장, 비료 제조, 비트 설탕 제작, 분석 화학, 염료 생산에서 사용된다 (Beck et al, 1981; Sittig, 1991).
03
독성정보
3.1 기전
1) 황화수소는 사이토크롬산화효소 a3에 결합하여 사이토크롬산화효소를 억제한다. 이것은 전자전달계와 호기성 대사를 방해하여 중추신경계의 세포에 무산소성 손상과 직접 손상을 초래한다. 혐기성 대사는 젖산 산증을 일으킨다 (Harbison, 1998).
2) 실험 동물에서 황화수소 노출은 뇌에서 신경 사이토크롬산화효소와 탄산탈수효소를 억제하고, 말단 내 미토콘드리아를 탈분극시키고, 산소 소비와 ATP 수치를 감소시킨다 (Nicholson et al, 1998). 중추신경계 세포의 호흡 효소를 억제하는 것이 해마(hippocampus)에서와 같이 황화수소가 뇌구조 변화를 일으키는 기전이 될 수 있다.
3) 황화수소 노출로 일시적으로 즉시 나타나는 어지러움, 조화운동불능, 급작스러운 신체허탈, 두통 증상은 뇌에 대한 직접 독성에 의한 것으로 보이며, 반면 다른 증상은 저산소증에 의한 것으로 보인다 (Milby & Baselt, 1999).
3.2 표적장기독성
3.2.1 신경독성
황화수소에 급성 노출된 인간에서 오심, 두통, 정신 착란, 무너진 균형, 기억력 쇠퇴, 신경행동학적 변화, 후각 마비, 의식 상실, 떨림 및 경련을 일으킨다. 피로, 기억력 쇠퇴, 현기증 및 흥분 증상은 만성적으로 황화수소에 노출된 노동자에서 관찰되었다 (DHHS/ATSDR 2006).
500 ppm에 22~35분 노출된 원숭이들이 무의식 상태가 되었다. 원숭이 현미경 검사결과 특히 소뇌운동신경세포 변화가 나타났다 (ACGIH 2010).
3.2.2 면역독성
1) 급성 독성
해당 자료 없음
2) 만성 독성
해당 자료 없음
3.2.3 유전독성
화학 작업자들에서 황화수소 노출은 염색체 이상 위험 증가와 관련이 있었다. 이들은 여러 화학물질에 동시다발로 노출되기 때문에 다른 인자들도 관련이 있을 수 있다.
황화수소 노출은 알려지지 않은 농도에서 랫드 골수 세포에 염색체 이상을 증가시켰다 (Vasileva, 1975).
3.2.4 생식독성/기형유발성
임신한 랫드가 100 ppm 황화수소에 매일 6시간씩 6~10일 임신기간 동안 노출되어 태자 안의 내용물을 철저히 관찰하였다. 배자/태자 발달에서 모체 독성 또는 악영향은 관찰되지 않았다 (ACGIH 2010).
3.2.5 신장독성
1) 급성 독성
급성 노출로 알부민뇨증, 원주뇨, 혈뇨가 드물게 나타날 수 있다 (ATSDR, 1998; Gosselin et al, 1984).
2) 만성 독성
해당 자료 없음
3.2.6 간독성
1) 급성 독성
해당 자료 없음
2) 만성 독성
해당 자료 없음
3.2.7 소화기계독성
1) 급성 독성
황화수소는 점막을 자극하며, 구역과 구토를 유발한다 (ATSDR, 1998; Audeau et al, 1985).
핀란드에서 크래프트(Kraft) 펄프 제조 과정에서 황화수소와 다른 황화합물이 발생하는 공장 지역 거주자들이 구역 증상을 호소했다 (Partti-Pellinen et al, 1996; Marttila et al, 1995).
2) 만성 독성
만성 노출은 체중감소와 급성 위연동 이상항진을 유발할 수 있다 (Lewis, 1996).
3.2.8 심혈관계독성
1) 급성 독성
중증 중독에서 저혈압이 발생할 수 있다 (Christia-Lotter et al, 2007; Gunn & Wong, 2001).
황화수소에 노출된 환자에서 혈압 상승이 보고되었다 (Yalamanchili & Smith, 2008; Gerasimon et al, 2007).
빈맥, 서맥, 심장 부정맥이 보고되었다 (Yalamanchili & Smith, 2008; Nikkanen & Burns, 2004). 빈맥은 중증 급성 노출 시 흔히 나타난다 (Christia-Lotter et al, 2007; Gerasimon et al, 2007). 심근이 영향을 받은 경우도 최소한 두 건이 보고되었으며, 그 중 한 사례에서 지속적인 심방세동이 나타났다 (Simson & Simpson, 1971). 이들은 저산소증과 젖산 산증이 발생한 심각한 노출에서 주로 나타난다.
33세 남성이 작업장에서 50~400 ppm의 황화수소에 노출된 후 감정적 행동 변화와 함께 심내막하경색증이 보고되었다 (Vathenen et al, 1988).
한 환자는 급성 황화수소 중독 2개월 후에 심근경색으로 사망했다 (Gregorakos et al, 1995).
22세 남성이 다량의 황화수소에 흡입 노출된 후 글래스고혼수척도 7, 지속적 발작, 심한 호흡곤란이 나타났다. 집중치료실에서 양측 동공축소, 빈맥, 저혈압, 38℃의 고열이 있었다. 실험실 검사에서 총 CPK는 증가했고, 트로포닌 수치는 정상으로 나타났다. 심전도와 초음파 결과 후외측 심근에 심한 운동감소증이 확인되었다. 집중치료실 입원 후 24시간 이내에 급성호흡부전과 심근괴사로 인한 중증의 혈역학 장애로 사망했다. 부검에서 뇌부종, 무산소성 뇌손상, 심장에 수축띠 없는 광범위한 호산성 괴사, 흡인성 폐렴이 발견되었다 (Christia-Lotter et al, 2007).
고농도 노출로 급작스런 심정지가 발생할 수 있다 (Tanaka et al, 1999).
2) 만성 독성
해당 자료 없음
3.2.9 피부독성
1) 급성 독성
피부노출은 특히 수분이 있는 부위에 심한 통증, 가려움, 화상, 홍반을 유발할 수 있다. 청색증이 나타날 수 있다.
액화된 물질이나 새어나온 압축가스에 직접 접촉은 수포성 손상을 유발할 수 있다 (AAR, 1996; Sittig, 1991).
2) 만성 독성
해당 자료 없음
3.2.10 눈,귀,호흡기계독성
고농도 황화수소가 있는 하수구에 들어갔던 3명의 남성이 의식을 잃고 사망하였다. 부검에서 모두 황화수소의 특이한 냄새가 있었고 청색증과 폐수종이 존재했다 (DHHS/ATSDR 2006).
3.2.11 기타
1) 생명 징후
급성 노출 후에 경련 환자에서 발현 징후로 발열이 나타날 수 있다 (Christia-Lotter et al, 2007; Gerasimon et al, 2007).
2) 산-염기
유의한 노출 후에 세포성 저산소증과 경련에 의해 이차적으로 일시적인 젖산 산증이 나타날 수 있다 (Gerasimon et al, 2007; Nelson & Robinson, 2002).
3.3 발암성
황화수소가 대기 중으로 분출되는 활동성 지열 지역인 뉴질랜드의 로토루아(Rotorua)에서 암 사망은 황화수소 노출 정도와 관련이 없었으며, 총 사망률 증가도 발견되지 않았다 (Bates et al, 1998; Bates et al, 1997).
3.3.1 발암성등급분류
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기관명 |
IARC |
NTP |
ACGIH |
OSHA |
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분류 |
Not Listed |
Not Listed |
Not Listed |
Not Listed |
3.3.2 돌연변이자료
황화수소의 증기에 노출되었을 때 세균에서 돌연변이를 유발하지 않았다. 다른 연구에서 대사적 활성화 없는 상태에서 살모넬라에 약하게 돌연변이를 유발했다는 보고가 있다 (Gocke et al, 1981).
3.4 독성수치
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종말점 |
동물종 |
투여경로 |
용량 |
독성효과 |
참고자료 |
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TDLo |
인간 |
경구 |
0.0811 mg/kg/7일 간헐적 |
혈액 - 메트헤모글로빈혈증-일산화탄소헤모글로빈 생화학 - 탈수소효소 |
혈액 - 메트헤모글로빈혈증-일산화탄소헤모글로빈 생화학 - 탈수소효소 |
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TCLo |
인간 |
흡입 |
1,400 mg/m3/1개월 |
폐, 흉곽, 호흡 - 기타 변화 |
"Vrednie chemichescie veshestva. Neorganicheskie soedinenia elementov V-VII groopp" ,1993 |
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LCLo |
인간 |
흡입 |
1,500 mg/m3 |
감각기관 및 특수감각 (코, 눈, 귀, 맛) - 후각 신경 변화 행동 - 전신 마취 폐, 흉곽, 호흡 - 급성 폐부종 |
"Vrednie chemichescie veshestva. Neorganicheskie soedinenia elementov V-VII groopp",1993 |
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LCLo |
남성 |
흡입 |
5,700 ㎍/kg |
행동 - 혼수 폐, 흉곽, 호흡 - 만성 폐 부종 |
Archives des Maladies Professionnelles de Medecine du Travail et de Securite Sociale,1983 |
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TDLo |
인간 |
경구 |
0.0811 mg/kg/7일 간헐적 |
혈액 - 메트헤모글로빈혈증-일산화탄소헤모글로빈 생화학 - 탈수소효소 |
혈액 - 메트헤모글로빈혈증-일산화탄소헤모글로빈 생화학 - 탈수소효소 |
04
동력학및대사정보
4.1 흡수
황화수소는 폐와 위장관에서 쉽게 흡수된다 (Sittig, 1991).
4.2 분포
흡수된 후에 황화수소는 혈액에 분포되어 뇌, 간, 신장, 췌장, 소장으로 들어간다(Nikkanen & Burns, 2004). 황화수소는 혈액 중에 일부는 H2S로, 일부는 이온형(HS- 와 S-2)으로 존재한다 (Ellenhorn, 1997).
4.3 대사
1) 황화수소는 헤모글로빈과 간 효소에 의해 부분적으로 산화된다 (Baselt & Cravey, 1995).
2) 황화수소는 산화되어 황산화, 메틸화, 금속 단백질과 결합(대부분의 중대한 독성 영향과 관련있음)한다 (Nikkanen & Burns, 2004).
3) 대사체는 치오설페이트(thiosulfate) 이다 (Baselt & Cravey, 1995)
4.4 배설
1) 황화수소는 더 적은 양의 황화물 형태로 소변으로 배설된다 (Ellenhorn, 1997; Sollmann, 1957).
2) 황화수소는 폐를 통해 미변환체인 H2S로 배설된다 (Baselt & Cravey, 1997).
05
응급치료정보
1) 흡입 노출
환자를 즉시 신선한 공기가 있는 곳으로 옮기고, 100% 산소를 투여한다.
자가 노출과 사망을 예방하기 위해 환자에게 자가호흡기를 부착한다.
발작 - 벤조디아제핀을 정맥주사로 투여한다; 디아제팜 (성인: 5~10 mg, 필요 시 매 10~15분마다 반복투여. 소아: 0.2~0.5 mg/kg, 필요 시 매 5분마다 반복투여) 또는 로라제팜 (성인: 2~4 mg; 소아: 0.05~0.1 mg/kg)
저혈압 - 등장수액을 10~20 ml/kg 주입한다. 저혈압이 지속되면 도파민(5~20 ㎍/kg/분) 또는 노르에피네프린(성인 0.5~1 ㎍/분으로 시작, 소아 0.1 ㎍/kg/분으로 시작)을 투여한다. 반응에 따라 용량을 적정한다.
아질산염 치료 - 아밀 아질산염 흡입과 아질산염 나트륨 정맥주사 (시안화물 해독키트에 포함)는 설프메트헤모글로빈(sulfmethemoglobin)을 형성하여 황화물이 조직에 결합하는 것을 막기 때문에 도움이 될 수 있다. 치오설페이트 나트륨은 사용하지 않는다. 아질산염 치료의 해독효과에 대해서는 논란이 있다. 노출 직후 도착한 심한 증상이 있는 환자에서 고려한다.
2) 피부 노출
오염된 의복을 벗기고 노출 부위를 비누와 물로 완전히 씻어낸다. 자극감이나 통증이 지속되면 의사의 진료를 받도록 한다.
06
(표준)관련규정
작업자 노출한계:
1) OSHA
PEL-TWA ppm: NA; PEL-TWA mg/㎥: NA; PEL-STEL ppm: NA; PEL-STEL mg/㎥: NA; PEL-C ppm: 20; PEL-C mg/㎥: NA; Skin Notation: N; Notes: PEAK = 50 ppm FOR A 10 MINUTE INTERVAL DURING AN 8-HOUR SHIFT
2) NIOSH
REL-TWA ppm: NA; REL-TWA mg/㎥: NA; REL-STEL ppm: NA; REL-STEL mg/㎥: NA; REL-C ppm: 10; REL-C mg/㎥: 15; Skin Notation: N; Notes: 10 MINUTE CEILING; IDLH ppm: 100; IDLH mg/㎥: NA; IDLH Notes: NA
3) ACGIH
TLV-TWA ppm: 10; TLV-TWA mg/㎥: NA; TLV-STEL ppm: 15; TLV-STEL mg/㎥: NA
4) DFG
MAK ppm: 5; MAK mg/㎥: 7.1; Peak limitation category: II(2); Pregnancy risk group: C
5) OEL-KOREA: TWA 10 ppm(14 mg/㎥), STEL 15 ppm(21 mg/㎥), 2006
07
물리화학적특성
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색상 |
무색 |
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냄새 |
심한 썩은 달걀 냄새(후각피로가 빠르게 일어나기 때문에, 지속적인 황화수소 존재를 경고해 주지 못함), 불쾌한 냄새 |
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끓는점 |
-60.33 ℃ |
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어는점 |
-85.56 ℃ |
|
녹는점 |
-85.49 ℃ |
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증기압 |
1.56X10+4 mmHg(25 ℃, 추정) |
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밀도 |
1.5392 g/L(0 ℃, 760 mmHg) |
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비중 |
1.19(공기=1, 가스) |
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용해도 |
물 - 물에 녹음 - 황화수소 수용액은 안정하지 않음; 산소를 흡수하여 황 원소를 형성하며, 이런 용액은 빠르게 혼탁해짐. 유기용매 - 녹음: 글리세롤, 알코올, 가솔린, 원유, 케로센(kerosene) |
출처: <http://www.nifds.go.kr/toxinfo/SearchUtil_getDetailChemTcd.action?hddnToxicCode=T5000000051>
대기오염의 원인과 영향
대기오염의 원인과 영향
대기오염의 원인 물질과 피해영향
대기오염물질은 예전에는 난방이나 취사를 목적으로 조금씩 때는 연료에서 나오는 것이 대부분이었다. 그러나 지금은 연료의 사용이 대규모화되었고, 산업시설에서도 잡다한 오염물질들이 발생하며, 자동차 배기가스에 의한 오염 배출량도 많아졌다. 뿐만 아니라 이렇게 배출된 오염물질들이 햇빛을 받고 광화학반응을 일으킨다든지, 비나 안개와 결합하여 산성비 혹은 산성안개를 만들어 2차오염 현상을 일으키기도 한다. 이러한 원인에 의하여 도시나 공업지역에서 나타나는 대표적인 오염물질들을 소개하면 다음과 같다.
1. 아황산가스
아황산 가스(SO4)는 석탄이나 석유 같은 화석연료에 함유되어있는 유황성분이 연소하면서 발생한다. 우리 나라에서는 가정용 무연탄과 공업용 연료용 및 대형건물 난방용의 석유에서 많이 발생하고 자동차 배기가스에서도 일부 배출된다.
아황산 가스는 생물체내에 흡수되면 물에 녹아 황산(H2SO4)이 되므로 피해를 입히게 된다. 아황산 가스는 호흡기 기관에 흡입되면 호흡기 세포를 파괴하든지 기능을 저해함으로 저항력을 약화시킨다.
2. 부유(浮遊)분진
부유 분진은 연료 중에 타지 않은 회분이 있어서 연소 후에 배기가스를 통하여 배출되기도 하고, 연료의 불완전 연소로 인하여 발생하기도 하며, 자동차의 배기가스나 산업공정으로 부터 발생하기도 한다. 그러나 우리 나라에서는 어디서 발생하는지 그 오염원을 추적하기 어려운 비산 분진이 대기중 부유분진의 대부분을 접한다.
분진은 아황산 가스와 더불어 상승작용을 하여 호흡기 질환에 영향을 미친다. 특히 자동차 배기가스나 연소과정에서 배출되는 미세 입자들이 주범이다. 이외에도 가시거리를 감소시킨다든지, 옷이나 건물에 때를 입힌다든지, 공기 중의 수증기를 흡수함으로 도시의 습도를 낮추는 등의 영향을 미친다. 건조물에 앉은 분진은 공기 중의 아황산 가스나 질소 산화물 같은 산성오염물질을 잘 흡수함으로 건조물을 빨리 상하게 한다.
3. 질소 산화물
질소 산화물은 연료 중의 질소성분이 타서 생기기도 하지만 대부분은 고온에서 연소할 때 공기 중의 질소가 산화하여 발생한다. 따라서 질소 산화물은 고온의 연소 공정을 가지고 있는 자동차, 발전소나 대규모 공장의 연소 시설 등에서 많이 발생한다.
배기가스에서 나오는 질소 산화물에는 산호질소(NO)와 이산화질소(NO2)가 있다. 질소 산화물은 물에 녹으면 질산(HNO3)이 된다. 따라서 그 피해는 아황산가스와 비슷하다. 단 특이한 점은 질소 산화물은 혈액 중의 헤모글로빈과 결합하여 메테모글로빈(methemoglobin)을 형성하기에 산소결핍증을 일으킬 수 있다는 점이다.
4. 일산화탄소
일산화탄소(CO)는 연료의 불완전연소로 인하여 발생한다. 따라서 효율이 낮은 소규모의 연소장치, 즉 가정에서 때는 무연탄과 자동차에서 많이 발생한다. 일산화탄소는 식물에는 피해가 없다. 그러나 인체나 동물에는 일산화탄소가 혈액 중의 헤모글로빈과 결합하여 카복시헤모그로빈을 형성하기 때문에 산소 결핍증을 일으킨다.
5. 탄화(炭化)수소
탄화수소(HC: hydro-carbons)는 연료의 불완전연소로 인하여 발생하는 주로 탄소와 수소로 된 화합물의 총칭이다. 주로 자동차 배기가스와 무연탄에서 많이 발생한다. 대기 중에 자연적으로 존재하는 메탄가스도 포함되는 데 무해하다. 그 피해 영향을 일률적으로 말할 수 없고 물질별로 그 피해 특성이 다르다. 에틸렌은 동물에는 피해가 없으나, 식물에 있어서는 꽃을 시들게 하고 잎과 열매에도 영향을 미친다. 자동차 배기가스에서 나오는 화합물들은 동식물에 피해를 입히는데 이들 중에는 벤조피렌을 비롯하여 발암물질도 많은 것으로 알려져 있다.
탄화수소가 대기오염에서 가지는 문제점은 이들이 햇빛을 받아서 광화학 반응을 일으켜 광화학 스모그를 만든다는 데 있다.
6.광화학 산화제(오존 등)
광분해의 결과로 생성된 물질들은 서로 혹은 다른 탄화수소들과 활발한 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 화합물들을 만들어낸다. 이 결과로 생겨난 물질들을 산화제라고 부른다. 산화제의 대표적인 물질로는 오존(O3), 알데히드, PAN(peroxyacylnitrate)과 PBN(peroxybenzoyl nitrate)을 비롯한 각종 화합물들 이다. 산화제는 햇빛이 강한 낮에 형성되었다가 밤이면 차차 없어진다.--산화제의 특징은 눈과 목을 따갑게 한다는데 있다. 0.1ppm이면 눈이 따가워 지고 0.3ppm에서는 코와 목이 따가움을 느낀다. 또 이런 오염수준이면 운동선수들이 실력을 제대로 발휘하기도 어렵다고도 알려져 있다. 산화제는 또 돌연변이를 일으키고 세포를 늙게 할뿐만 아니라 산화제는 다른 산과 마찬가지로 호흡기 질환을 일으키고 식물에 피해를 입히기도 한다.-
7. 기타 대기오염물질
이 밖의 오염물질들은 지역의 특성에 따라 중요성이 달라지는데 몇 가지 자주 거론이 되는 오염물질은 다음과 같다.
-불소- 알루미늄 제련, 화학비료공장 등에서 기체 혹은 입자 형태로 배출된다. 기체는 대단히 자극성이 강하여, 피부, 눈, 호흡기에 손상을 입히고 식물에도 예민하게 피해(잎 가장자리)를 입힌다. 입자 형태가 풀잎에 떨어졌을 때 이를 과다하게 먹은 가축들에게 불소병이 발견된다. 즉 이와 뼈에 반점이 생기며 우유생산이 줄고, 체중감소, 성장부진 등의 증상이 나타난다.
-납- 주로 자동차와 휘발유에 옥탄가를 높이기 위해 납 화합물을 첨가하는 데서 발생한다. 적혈구의 형성을 방해하며 체내에 과다하게 축적되어 납중독에 걸리면 복통,빈혈,신경염,뇌손상 등을 일으킨다.
-석면- 이를 취급하는 산업장에서 문제가 되는데 그 성분에 독성이 잇는 것이 아니라 바늘 같은 형태가 호흡기 내부의 세포를 자극, 극미량으로도 예민한 피해를 나타낼 수 있으며, 석면폐증에 걸리면 천식과 같은 호흡기 질환, 산소결핍증, 심장질환, 폐암 등이 나타난다.
산업시설에서는 이 밖에도 업종에 따라서 산과 알칼리, 중금속, 휘발성 탄화수소와 각종 유독성 물질이 발생할 수 있다. 소각장에서는 보통 연소과정에서 발생하는 오염 물질 외에도 특히 플라스틱류가 탈 때에는 염산과 각종 유독성 유기염소 화합물이 발생한다.(소각장 다이옥신 파동)
우리 나라는 이 중 가장 큰 피해를 입히는 물질을 환경기준물질로 정해 관리에 힘쓰고 있다. 대기환경기준은 대개 인체에의 피해영향을 고려하여 만들어진 기준이다. 그러므로 사람보다 대기오염에 더 예민한 농작물이나 산림을 보호한다든지, 혹은 보다 쾌적한 환경이 요구되는 관광 휴양지나 자연보호를 위한 지역에서는 이보다 더 나은 대기기준이 유지되어야 한다. 더욱이 우리 나라의 기준치는 워낙 오염도가 높아서 당분간 정해놓은 임시 목표치이지 건강보호와는 아무런 상관이 없는 수치이다.
대기오염의 변화양상
대기오염도는 매일 매일의 기상조건에 따라 변화가 심하다. 그러나 통계적으로 보면 대개 계절 그리고 하루 중의 시간대에 따라 일정한 양상을 보인다. 계절적으로 보면 우리 나라 대도시의 경우 겨울에 연료 많이 사용이 많고 기상조건에 오염물질이 잘 흩어지지도 않아 오염도가 가장 높다. 반면 여름에는 오염물질이 잘 흩어져 오염도가 가장 낮다. 그러나 요즈음 서울의 경우(인근도시를 포함해서) 는 자동차 배기가스의 증가로 인하여 여름에 오존 주의보가 발생하는 빈도가 높아지고 있다.
하루 중 오염도는 오전6-10시에 가장 높고 오후2-4시에 가장 낮다. 기온 분포를 보면 낮에 지표면이 더워지는데 더워진 공기는 고공으로 상승할 수 있어 오후에는 오염물질의 상하 혼합이 잘 이루어진다. 그러나 밤에는 지표가 빨리 식으면서 찬 공기가 지표면에 깔리게 되어 공기의 상하 유동이 어렵게 된다. 따라서 대기에 배출된 오염물질은 배출된 높이에서 아래위로 혼합이 되지 않은 채 가만히 떠 있던 오염물질이 지표로 확산되어 가라앉게 된다. 이 때 오염도가 가장 높아진다. 그러나 오존과 같은 산하제의 오염도는 위와 같은 양상을 따르지 않는다. 바람이 없고 햇빛이 강한 때인 봄과 여름의 낮에 가장 오염도가 높다.
대기오염의 지구적인 영향
1. 산성비로 인한 생태계파괴
산성비는 도시나 공장지대의 국지적 환경오염과는 달리 보다 광범위하게 생태계를 파괴시키고 있다. 빗물 자체가 수목과 농작물의 잎을 파괴할 뿐만 아니라 흙의 영향을 씻어가서 흙을 산성화시키고 척박하게 한다. 뿐만 아니라 산성화된 흙에서는 알루미늄 은 금속이 도성을 띠어 식물이 생존을 어렵게 만든다. 게다가 흙이 더 이상 알칼리성 광물질을 녹여 낼 것이 없게 되면 물 자체가 산성으로 변한다. 카나다와 스칸디나비아 제국에는 이미 수 천개의 호수들이 이 현상으로 물고기들이 살지 못한다. 깨끗한 담수가 없이는 육상 생태계가 받는 피해는 치명적이다.
2. 오존층의 파괴
상층권의 오존층은 지구의 생태계에 매우 중요한 역할을 한다. 그런데 성층권을 날아다니는 초음속 비행기에서 나오는 가스와 지상에서 내뿜는 각종 대기 오염물질들이 이를 파괴하고 있다. 예를 들면 일산화탄소, 할론, 염화 불화탄소(CFC) 등의 화학물질이다. 이 중에 CFC가 가장 심각한 파괴 물질이다.
인공위성으로부터의 탐사결과에 의하면 현재 남극의 오존층은 반이 파괴되었으며 칠레와 아르헨티나 남부의 상공은 1/4이 엷어졌다. 이것은 단지 1970년대 후반부터 지금까지의 짧은 기간에 일어난 일이다. 앞으로 우리가 전혀 대기오염물질을 방출하지 않는다고 해도 이미 대기 중에 방출해 놓은 오염물질 만으로도 오존층은 상당량이 더 파괴될 것으로 보인다.
3. 지구의 기후변화
지난 200년동안 화석연료의 사용이 증가함에 따라대기 중 이산화탄소의 농도도 급격히 증가하였다. 지구상 탄산가스의 주 저장고는 바다인데 바다가 흡수하는 속도보다 더 빠른 속도로 이산화탄소가 배출이 되고 있기 때문이다. 산업혁명 이전에 이산화탄소의 농도는 부피로 따져서 200내지 250ppm이었다. 그러던 것이 1870년만 해도 탄산가스의 농도는 285ppm이었다. 그러던 것이 지금은 345ppm이 되었다. 이산화탄소는 적외선을 흡수하기 때문에 지구의 기온을 높인다. 햇빛을 받고 더워진 지표가 재 방사하는 적외선을 이산화탄소가 차단하여 받기 때문에 마치 유리나 비닐로 덮은 온실처럼 작용한다. 19세기말에 아레니우스는 만약 탄산가스의 농도가 곱절이 된다면 지구의 기온은 평균 섭씨 5도가 오를 것이라고 했다. 이산화탄소가 지금과 같은 추세로 증가한다면 농도가 곱절이 되는 것은 시간문제다.
그리고 이산화탄소 이외에도 폐기물이 썩으면서 발생하는 메탄가스나 오존층의 파괴도 지구의 기온을 상승시키는 효과가 있는 것으로 보고 되고 있다. 기온이 상승하여 만약에 지구의 빙하가 다 녹는다면 지구의 해수면은60m나 올라가게 되어 세계 대부분의 농경지와 거주지는 바다에 잠기게되고, 그렇게 큰 기온의 변화가 생태계를 어떻게 파괴하게 될지는 참으로 예측하기 어렵다.
엘리뇨와 라니냐
활력충전 2016.01.25 19:36 Posted by 한국전력
2015년 가뭄으로 우리나라는 힘겨운 한 해를 보냈습니다. 우리나라뿐만 아니라 케냐, 중국, 미국 등 세계 곳곳에서 가뭄 현상을 겪었습니다. 이는 2015년 세계를 뜨겁게 만든 '엘리뇨'가 발생했기 때문입니다. 미국 국립해양대기청에 따르면 2015년 5월에는 세계 평균 기온 관측이 시작된 1880년 이후 엘리뇨지수가 사상 최고치를 기록했다고 합니다. 엘리뇨의 영향으로 농산물 가격 급등 등 여러 문제들이 야기되었습니다. 제가 살고 있는 대구는 12월에도 따뜻한 날의 최고기온은 10도를 기록하는 등 전년 보다 따뜻한 겨울이라는 느낌을 받고 있습니다.
하지만 2016년에는 엘리뇨의 반대현상인 '라니냐' 현상이 시작된다는 예측이 나오고 있습니다.
월스트리트저널은 인터넷판에서 '겨울이 오고 있다'는 기사로 라니냐에 대비해야 한다고 경고했습니다. 농산물시장에서는 엘리뇨보다 라니냐가 훨씬 더 큰 결과를 초래한다며 라니냐에 대비해야 한다고 목소리를 냈습니다.
그렇다면 엘리뇨와 라니냐는 어떤 원리로 이러한 현상들을 야기시키는 것일까요?
1. 엘리뇨
남미 페루 근처 해역은 난류보다는 한류의 흐름이 강한 지역으로 페루 한류가 흐르기 때문에 수온이 낮습니다. 하지만 이 지역에 북쪽으로부터 난류인 적도 해류가 강하게 밀고 들어와 해수 온도가 비정상적으로 높아지게 됩니다. 이처럼 동태평양의 수온이 비정상적으로 높아지는 현상을 '엘리뇨'라고 합니다. 엘리뇨로 인해 비정상적으로 높아진 수온은 기후에도 영향을 주게 됩니다.
따뜻해진 표층수가 연안풍에 의한 용승류를 억제하게 되어 표층수의 영양이 부족해져 연안 생태계가 평소처럼 풍부한 어족 자원을 유지할 수 없게 됩니다. 따라서 어획량이 감소하게 되고, 적도 반류에 의해 하강해야할 부근이 공기가 상승함으로써 이 지역 강우량이 몇 배로 늘어나 홍수가 발생하게 됩니다. 반대로 오스트레일리와 같은 태평양 서쪽지역은 가뭄이 발생하는 현상이 나타나게 됩니다.
2. 라니냐
반 엘리뇨라고도 하며 엘리뇨와 반대 개념으로 쉽게 이해할 수 있습니다. 주로 엘리뇨 현상의 전, 후에 발생하며 적도 무역풍의 세력이 강해져서 서태평양의 해수 온도는 상승하고 동태평양의 해수 온도가 낮아지는 현상입니다. 엘리뇨 현상과는 반대로 적도 무역풍의 힘이 강해지면서 서태평양의 온수층이 두꺼워지고 동태평양의 온수층은 얇아지게 됩니다. 따라서 동태평양 해수의 수온이 평년보다 낮아지는 현상이 5개월이상 지속됩니다. 라니냐 현상이 발생하면 인도네시아와 필리핀과 같은 동남아시아에서는 극심한 장마가 나타나고, 페루 등 남아메리카에서는 가뭄이, 북아메리카에서는 강추위가 나타납니다. 따라서 엘리뇨가 발생했을 때와 반대 기온 현상을 일으키게 됩니다.
라니냐가 발생하면 남미 대륙과 미국 곡창지대에 가뭄이 들고 동남아와 호주지역에선 사이클론이 많이 발생해 농작물 수확이 크게 줄어들게 됩니다. 그러면 콩과 옥수수, 밀, 설탕, 면화, 커피 같은 작물 가격이 껑충 뛰어오르게 되며 엘리뇨가 발생했을 때 타격을 받은 농산물로는 설탕, 팜유, 낙농제품 등이 꼽힙니다. 실제로 2010년 라니냐가 발생했을 때 시카고상품시장에서 설탕 가격은 67%, 콩은 39% 상승했으며 전반적인 농산물 가격이 21%나 올랐다고 합니다.
※ 사이클론이란?
인도양, 아라비아해, 벵골만에서 발생하는 열대 저기압입니다. 태풍, 허리케인처럼 열대저기압의 지방에 따른 이름으로서 1년에 평균 5~7회 발생하며 그 규모는 작은 편이지만, 방글라데시의 인구 밀집지역에 홍수를 일으켜 피해를 주고 있습니다.
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라니냐의 충격은 농산물 분야에 국한되지 않습니다. 라니냐가 발생하면 한국을 포함한 북태평양 지역 국가들에는 추운 겨울이 찾아오기 때문에 연료비 인상을 초래할 수 있습니다. 1998~2000년의 라니냐로 인해 미국과 캐나다에 예년보다 추운 겨울을 몰고와 천연가스 가격이 상승했던 적이 있고, 내년 상반기 인도네시아, 말레이시아의 팜오일과 인도의 유채생산이 저조할 것으로 예상되어 미국 중서부지역 오일시드(oil seed) 작황에 영향을 줄 라니냐가 겹친다면 식물성 식용유 가격이 뛰는 등 물가 상승률에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상되고 있습니다.
올해 슈퍼 엘리뇨가 지구촌 평균 기온을 3.6도 이상 상승시킨 것을 감안하면 내년 라니냐는 강한 추위를 몰고 올 것으로 예측되어 준비가 필요할 것으로 생각됩니다.
지구 온난화 현상 중 하나인 엘리뇨와 라니뇨 현상은 당장 피할 수는 없지만, 지금부터 다가올 미래를 위해서 지구 환경을 위해 더 적극적으로 나서야 할 때가 아닌가 하는 생각이 듭니다. 감사합니다!
엘리뇨
엘리뇨 현상
- 엘니뇨의 뜻
엘니뇨란 페루나 에콰도르 해안가의 어부들이 그들의 어업 활동과 관련하여 지역적으로 쓰던 용어로 스페인말로어린 남자아이 또는 어린 예수라는 뜻을 갖고 있다. - 엘니뇨 어원의 변천
동태평양의 남아메리카 근해의 해류를 엘니뇨라 하였으나 지금은 어류의 격감과 먹이 사슬의 파괴를 야기하고 주변 해역 생태계를 파괴하고 그 같은 기간 동안에 해안가에는 집중호우나 폭우를 그리고 내륙지방에는 심한 가뭄 을 일으키는 비 정상적인 현상이 엘니뇨를 일컫는 말로 변천되었다. - 엘니뇨의 정의
엘니뇨는 태평양상의 적도 해류와 기압의 진동에 기인한다. 적도 태평양의 해수면 온도가 평년보다 섭씨 0.5도 이상이 되는 상태가 6개월 이상 지속될 때를 엘니뇨라 한다. 또한 요즘 돌아올 겨울에 발생 여부를 놓고 또 한번 우리를 긴장시키는 라니냐(La Nina)는 반대로 적도 태평양 해수면 온도가 평년보다 0.5도 낮은 상태가 6개월 이상 지속될 때로 정의 한다. - 작용 기전
엘니뇨 기간 동안에는 적도 중앙 태평양의 수온이 약 2-10 도 정도 상승하며 이로 인해 적도 중앙태평양에 소나기 구름의 활동이 증가하고 구름에서 방출되는 열은 대기에 충격을 가하게 된다. 이 충격의 여파는 곧바로 미국이나 유럽, 인도, 중국 등의 지역에 연쇄적으로 전달되며 이로 인해 전 지구는 이상 기온과 이상 강수 현상에 시달리게 된다. 전형적인 엘니뇨인 경우 적도 태평양상에 이상 수온이 봄부터 나타나기 시작해서 이듬해 봄에서 여름까지 이어진다. 많은 이론이 있지만 현재까지 엘니뇨의 발생원인은 정확하게 규명되어 있지 못하다. 단지 이 현상은 단순한 대기나 해양 현상이 아니라 대기와 해양이 에너지 등의 교환을 통해 서로 불안정하게 상호 작용함으로써 나타난 자연 현상이라는 것은 알려져있다. -
엘니뇨의 형태
엘니뇨는 일반적으로 대단히 다양한 형태로 나타난다. 즉 적도 태평양 상에서 발생하는 엘니뇨들은 그 발달 강도나 진행해 나가는 양상과 형태, 그리고 시기 등이 모두 제각기 다르기 때문에 어느 해에 엘니뇨가 발생하였다 하더라도 세계의 기후에 미치는 영향도 제각기 다르다. 그러나 그럼에도 그 영향을 비교적 뚜렷하게 받는 지역들이 있는데 가령 서태평양에 있는 인도네시아, 말레이지아, 필리핀, 호주 같은 나라들은 극심한 가뭄을 겪고 동태평양에 있는 페루, 에쿠아도르, 칠레 같은 나라들은 예외 없이 홍수를 겪게 된다. 또한 미국과 유럽, 중국, 인도 등은 가뭄과 폭설과 혹한 그리고 집중호우 등으로 비교적 영향을 뚜렷하게 받는 지역으로 알려져 있다.
인간의 입장에서 보면 엘니뇨는 전세계에 기상 이변을 일으키는 주범으로 비난받지만, 자연의 입장에서 보면 엘니뇨는 괴물과 같은 현상이 아니라 적도에 뜨거워진 열을 다른 곳으로 전파하는 지극히 자연스러운 현상일 뿐이다.원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-33.htm>
전자장
32. 전자장 (電磁場)
가. 전자장의 특성
(1) 전자장 (Eelectromagnetic Fields : EMFs)은 전기장과 자기장의 합성어이며 송·배전선, 전기제품 등 전기를 사용하는 모든 것으로부터 발생됨.
(2) 전기장은 발생원으로부터 수직방향으로 직선형태로 발생되며 나무, 건물, 사람의 피부 등에 의하여 쉽게 제거되거나 약해짐
(3) 자기장은 발생원을 중심으로 원형으로 형성되는 특성을 가지며 어떤 물체나 재료 등에 의해 쉽게 제거 혹은 약해지지 않는 특성을 보임.
표 3.32.1 전기장과 자기장의 특성 비교
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구 분 |
전기장(Electric Fields) |
자기장(Magnetic Fields) |
|
발 생 원 |
전압(voltage)에 의해 발생 |
전류(current)에 의해 발생 |
|
측정단위 |
o단위길이당 전압 : V/m, kV/m (1kV=1000V) |
o가우스(G) 또는 테슬라(T) - Gauss(G) : 미국 등지에서 주로 사용 - Tesla(T) :유럽등지에서 주로 사용 o또는 단위 길이당 전류 : mA/m o1mG = 0.1 mT = 80mA/m |
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정 의 |
전기장 1 kV/m는 10cm떨어진 두 개의 평행금속판에 100volt가 인가될때의 전기장을 1 kV/m로 정의 |
자기장 1G는 500 A가 흐르는 전선으로부터 1 m 떨어진 지점에 형성된 자기장을 1G로 정의 |
|
차폐물질 |
나무나 건물같은 물체에 의해 쉽게 차폐되거나 약해짐 |
어떤 물체라도 쉽게 차폐시키거나 약화시키기 어려움 |
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거리감쇠 |
발생원으로부터 거리가 멀어질수록 급격히 감소함 |
|
나. 직류(DC : Direct Current)와 교류(AC : Alternating Current)
(1) 가정용 전기의 경우 1초에 60회 진동하는 60Hz의 주파수를 갖는 교류를 사용하며, 배터리의 경우 전류가 한쪽방향으로만 흐르는 직류를 사용함.
(2) 교류의 경우 사람에게 미약한 전류를 발생시킬 수 있는 자기장(magnetic fields)을 발생시킬 수 있으며 이것을 유도전류(induced currents)라고 함.
(3) 사람의 건강에 영향을 미칠 수 있다는 전자장(EMFs)에 관한 연구의 많은 부분이 이 교류에 의한 유도전류(AC-induced currents)에 관한 것이며 직류의 경우 대부분의 실제상황에서 유도전류를 야기하지 않는 것으로 알려져 있음.
다. 전자장 스펙트럼
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(1) 전자장 역시 일종의 주파수 특성을 갖는 파동의 형태를 지니고 있기 때문에 주파수 대역에 따른 분류가 가능하며 그림과 같이 전자장 스펙트럼(Electromagnetic Spectrum)으로 나타낼 수 있음. (2) 대략 1015 Hz를 중심으로 그것보다 높은 주파수 대역을 갖는 전리방사선(X-ray, Gamma ray, UV)과 그 이하의 비전리 방사선(DC, ELF, RF, Microwave등)으로 나누어짐. (3) 이러한 분류 기준은 세포중의 이온을 전리시킬 수 있는 정도의 에너지를 갖고 있느냐 혹은 갖고 있지 않느냐로서 정해짐. (4) 비전리방사선은 다시 열적효과를 갖는 microwave 대역과 그렇지 않은 낮은 주파수 대역으로 구별 될 수 있음. (5) 그간 많은 과학자들은 비전리 방사선, 특히 극저주파 대역 (ELF : Extremely Low Frequency)의 인체영향 등에 관하여는 그 자체가 갖는 에너지가 대단히 미미한 물리적 특성 때문에 인체 위해성의 유발 가능성에 대해 회의적이었으나, 최근의 역학조사에서 발암과 관련한 인체 위해 가능성에 대한 결과가 다수 보고되어 관심을 집중시키고 있음. 그림 3.32.1 전자장 스펙트럼
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라. 전자장의 인체 위해성 여부와 관련된 연구실태
(1) 전자장의 인체 위해성과 관련하여 전기를 사용하는 발생원으로부터 전기장과 자기장 공히 발생되어지기는 하나 최근 관련연구의 초점은 자기장의 잠재적 건강 영향으로 국한되어 지고 있음.
(2) 그 이유는 그간의 많은 역학조사의 결과에서 자기장만이 발암 위해성 증가 관계를 증명할 뿐 전기장의 경우는 인체 위해성 증가의 어떠한 증거도 보고되어 있지 않기 때문임.
(3) 전자장의 인체 위해성에 대한 논란 :
(가) 1979년 미국의 Denver지역을 중심으로 한 역학조사에서 '고압 송전선으로부터 발생되는 전자장의 노출이 발암의 가능성을 높인다'는 점을 지적하는 결과가 발표되면서 시작됨.
(나) 현재까지 많은 연구가 진행중이며 그 내용을 보면;
1) 임산부의 경우 기형아 출산, 유산, 사산 등이 보고됨.
2) 어린이의 경우는 전자장의 노출과 급성 및 만성백혈병간의 연관성 등이 보고됨.
3) 성인 남성의 경우 주로 급·만성 백혈병, 뇌종양, 유방암, 고환암 등과의 관련성이 보고됨.
4) 성인 여성의 경우도 유방암을 중심으로 다수의 논문들이 있음.
5) 최근의 한 연구에서는 봉재공의 경력을 가진 사람들과 알쯔하이머병간에 연관성이 있는 것으로 조사 보고되어 전자장의 폭로가 Ca++이온의 유출의 원인으로 지목되고 있음.
(다) 이같이 여러 형태의 가설과 그를 입증키 위한 실험실 연구를 포함하는 동물 및 인체실험이 수행되고 있으나 현재까지도 유·무해에 관한 과학적 증거를 수반하는 단정적인 결론은 아직 정리되어 있지 않음.
(라) 최근 전자장에 의한 인체영향을 지속적으로 관찰, 연구해온 미국 국립환경위생과학연구소(National Institute of Environmental Health Science : NIEHS)에서는 1998년9월, 현재까지 논란이 되어왔던 「약한 전자장에 장기간 노출될 때의 유해성」에 대해 「발암가능성이 있다(possibly carcinogenic)」고 견해를 도출하여 사회적 관심을 불러일으키고 있음.
(마) 이러한 공식적인 견해 표명은 그간의 실험 연구들의 결과들이 확실하게 전자장과 발암성의 관계를 과학적으로 설명해 주지 못하고 있다는 점에 대부분의 관련 과학자들의 의견이 모아졌던 상황에서 대단히 예상외의 결과로 보여짐.
마. 전자장에 관한 기준 또는 지침
(1) 미국 내 송전선에 대한 EMF 기준 및 지침
(가) 미국의 경우 60Hz EMF에 관한 연방 건강기준(federal health standards)은 없음.
(나) 다만 향후 송전선 건설 시 어느 한도의 EMF levels를 초과하지 않도록 하기 위해 6개 주(플로리다주, 미네소타주, 몬타나주, 뉴저지주, 뉴욕주, 오레곤주)에는 송전선에 대한 전기장 기준(electric field standards)을, 그리고 이중 2개 주(플로리다주, 뉴욕주)에는 송전선에 관한 자기장 기준(magnetic field standards)이 설정되어 있음.
(다) 여기서 위의 2개 주에 설정된 자기장 기준은 현존하는 송전선에서 최대의 전력부하가 걸렸을 때 발생되는 최대의 자기장 값을 기초로 설정된 것임.
표 3.32.2 미국 내 송전선에 대한 EMF 기준 및 지침
|
구 분 |
전기장(Electric Field) |
|
자기장(Magnetic Field) (최대부하시) |
|
|
|
On R.O.W. |
Edge R.O.W. |
On R.O.W. |
Edge R.O.W. |
|
플로리다주 |
8kV/m* |
2kV/m |
|
150 mG* (15?T) |
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|
10kV/m** |
|
|
200 mG** (20?T) |
|
|
|
|
|
250 mG*** (25?T) |
|
미네소타주 |
8kV/m |
|
|
|
|
몬타나주 |
7 kV/m+ |
1kV/m |
|
|
|
뉴져지주 |
|
3kV/m |
|
|
|
뉴욕주 |
11.8kV/m |
1.6kV/m |
|
200 mG (20?T) |
|
|
11kV/m++ |
|
|
|
|
|
7kV/m+ |
|
|
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오레곤주 |
9kV/m |
|
|
|
(출처 : DOE and NIEHS, 1995)
*For lines of 69∼230 kV.
** For 500 kV lines.
*** For 500 kV lines on certain existing R.O.W.
+ Maximum for highway crossings
++ Maximum for private road crossings
※ R.O.W(right of way) : 송전선을 건설, 조작 및 유지하기 위해 전기설비(utility)의 설치가 요구되는 지역에 대한 영구적인 점용권(permanent rights)을 의미
(2) 국제 비전리 방사선 보호위원회(IRPA/ICNIRP) 지침
(가) 국제 비전리 방사선 보호위원회에서는 1990년 다음 표 3.32.3과 같이 60Hz EMF 노출에 대한 지침(guidelines)을 제시한 바 있으며, 1997년에는 극저주파, 라디오파에 대해 전체 주파수별로 권고치를 다음 표 3.32.4 와 같이 새로이 지정.
표 3.32.3 국제 비전리 방사선 보호위원회(IRPA/ICNIRP) 지침 (1990)
|
구 분 (50/60Hz) |
전기장 (electric field) |
자기장 (magnetic field) |
|
o 직업성(Occupational:) |
|
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|
- 하루종일(Whole working day)노출 |
10 (kV/m) |
5,000mG(500μT) |
|
- 짧은기간(Short term)주)노출 |
30 (kV/m) |
50,000mG(5,000μT) |
|
- 팔 다리(For limbs)노출 |
- |
250,000mG(25,000μT) |
|
o 일반 대중(General public:) |
|
|
|
- 최대 24시간까지 노출 |
5 (kV/m) |
1,000mG(100μT) |
|
- 하루중 일부시간 노출 |
10 (kV/m) |
10,000mG(1,000μT) |
(출처 : DOE and NIEHS, 1995)
주) 1. 10∼30kV의 전기장에서 노출 시간에 따라 증폭되는 전기장의 세기는 전체 근로 시간을 통틀어 80kV를 초과해서는 않됨
2. 전신에 대한 하루중 최대 2시간까지 노출된 자기장 값은 5,000μT(50,000mG)를 초과하지 않아야 함
※ 국제 비전리 방사선 보호위원회(The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection : ICNIRP) 는 40개국의 방사선 방지분야 전문가 15,000명의 과학자에 의해 운영되는 기구임
표 3.32.4 국제 비전리 방사선 보호위원회(ICNIRP) 권고치(1997년)
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주파수대역 (Hz) |
전기장 (kV/m) |
|
자기장 (μT) |
|
비고 |
|
|
일반인 |
직업인 |
일반인 |
직업인 |
|
|
0∼1 |
- |
- |
40,000 |
200,000 |
|
|
1∼8 |
10 |
20 |
40,000/ f2 |
200,000/ f2 |
f in Hz |
|
8∼25 |
10 |
20 |
5,000/ f |
25,000/ f |
" |
|
25∼820 |
250/ f |
500/ f |
5,000/ f |
25,000/ f |
" |
(출처 : 한국전자파학회, 1999)
(나) 이 표 3.32.4에서 보면 우리나라에서 사용하는 전력주파수는 60Hz이므로 일반인의 경우 권고기준은 전기장이 4.16 kV/m, 자기장이 833mG (83.3μT)가 됨.
(다) 위에서 기술된 지침 또는 권고치 들은 신경자극(nerve stimulation)과 같은 이미 기정사실로 알려져 있는 EMF의 영향에 근본을 두고 있으며 대체로 직업환경 또는 거주환경 안에서 발견되는 EMF 수준보다는 매우 높은 수준임.
(라) 이것들은 암의 발병률을 증가시킨다는 최근의 역학 연구와 관련된 낮은 수준의 EMF 수준과 일치하지 않으며, 아울러 여기서 제시된 EMF 수준을 "안전" 과 "안전하지 않음"으로 구분하여 해석할 수는 없음. 그 이유는 EMF 노출정도에 대한 건강의 위해성이 어느 정도의 EMF수준에서 나타나는지 아직까지 정확히 규명되어있지 않기 때문임.
바. 전자파 인체권고기준의 국제적인 동향
(1) 일반 환경 중에서 일반 대중들의 전자장 노출에 대하여 정부기관에 의한 권고치 및 기준치의 제시보다는 국가 위원회 및 관련 학회 등에서 권고안 등을 제시하고 있음.
(2) 그 배경에는 현 단계에서 전자장 노출에 따른 건강 영향 등에 대한 과학적 증거의 부족과 제반 여건의 미성숙 등이 그 원인으로 보여짐.
(3) 기준설정을 위한 외국의 접근방법:
(가) 먼저 그 동안 수행되었던 연구 결과를 종합
(나) 해당 국내에 발생된 사례 연구 수행
(다) 확인된 과학적 정보에 근거한 현시점에서의 증거 및 결과를 대국민 홍보책자 또는 정부운영의 정보망에 게재하여 적극적인 홍보 및 계몽
(라) 그 후 사회·경제적 비용분석 결과를 종합한 권고안의 제시 혹은 기준치의 제시
(4) 우리나라의 경우 아직도 충분한 수준의 대국민 홍보 및 계몽이 미흡하고 사례 연구실적 역시 미미하므로 보다 신중한 검토가 요구됨.
참고문헌
1. 국립환경연구원, (1998), 송·배전선에서의 전자장 방출현황 조사연구
2. DOE and NIEHS, (1995), Questions and answers about electric and magnetic fields associated with the use of electric power
3. DOE and NIEHS, (1998), Assessment of health effects from exposure to power-line frequency electric and magnetic fields
4. 한국전자파학회, (1999), 전자기장노출에 대한 인체보호기준안에 관한 워크숍
작성자 : 소음진동과 환경연구관 김종민(공학석사)
원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-32.htm>
항공기 소음
31. 항공기소음
가. 항공기 소음의 특성
(1) 고주파음을 많이 포함하고, 일반적인 다른 소음원에 비하여 음향출력이 매우 큼
(2) 소음이 강한 지향성을 갖는 경우가 많음
(3) 공항주변이나 비행코스의 가까이에서는 간헐소음이 됨
(4) 특수한 성분의 음을 포함하는 경우가 있음
(5) 특수한 경우를 제외하면 소음원이 상공을 고속으로 이동하므로 피해지역이 광범위 함
(6) 공장소음의 음원차폐, 자동차·철도소음의 흡음판·차음벽 같은 소음대책이 곤란
나. 항공기 소음의 평가
(1) 국제민간항공기구(ICAO) : WECPNL 사용 제안
(가) 1971년에 공표한 Annex 16 Aircraft Noise중에서 다수의 항공기에 의해 장기간 노출된 소음의 척도로써 제안
(나) 항공기의 운항횟수, 운항시 소음도, 소음지속시간, 소음발생시간 등을 감안하여 계속되는 소음에 피해정도와 같은 단위로 환산한 것
(다) WECPNL(weighted equivalent continuous perceived noise level)
----- T0·N
WECPNL = EPNL + 10·log------------
24×60×60
EPNL: 1일중 각 항공기의 EPNL 피크치의 파워평균값
T0 : 평균지속시간 10초
N : 1일의 항공기 운항횟수( N = N1 + 3N2 + 10N3 )
N1 : 주간(07:00∼19:00)의 운항횟수, N2 : 저녁(19:00∼22:00)의 운항횟수
N3 : 야간(22:00∼익일07:00)의 운항횟수
(2) 한국, 일본, 중국 : WECPNL 사용
WECPNL = LA+10 ㆍlog N-27
LA: 1일간 항공기 통과시마다 측정된 소음도 최고치의 파워평균값
N : 1일간 항공기의 등가 통과횟수( N = N2 + 3N3+ 10(N1+N4) )
N1 : 00:00∼07:00시의 비행횟수, N2 : 07:00∼19:00시의 비행횟수
N3 : 19:00∼22:00시의 비행횟수, N4 : 22:00∼24:00시의 비행횟수
(3) 미국, 뉴질랜드 : Ldn(day-night sound level) 사용
등가소음레벨(Leq)에 야간(22:00∼익일 07:00)시간대에 10dB의 가중치를 둔 평가단위
(4) 독일 : 등가소음레벨(Leq) 사용
운항횟수, 시간대, 지속시간, 최고소음레벨을 고려한 항공기소음평가단위
(5) 프랑스 : N 사용
소음규제용(Isopsophique 지수 N)과 토지이용구분용(Psophique 지수 N)으로 구분하여 사용
다. 항공기 소음의 영향
(1) 항공기 소음은 고주파음을 많이 포함하고, 공항주변에서는 간헐소음인 경우가 많으며, 다른 소음에 비하여 매우 크므로 소음의 영향은 광범위하고, 다양하며, 극도로 복잡함
(2) 영향의 종류
(가) 생리의 영향 : 일시적 ; 놀람, 일시난청
지속적 ; 영구난청, 불면증 등.
※ 활주로와 유지시설의 바로 인근으로부터 떨어진 상태에서의 소음도나 소음지속 시간을 생각하면 항공기소음의 최고치도 일반적으로 확인할 수 있는 장기적 생리적 영향을 초래할 만큼 심하지는 않음
(나) 행태의 영향 : 대화, 공부, TV시청, 수면, 업무처리 등에 지장
(다) 주관적 영향 : 성가심, 불쾌, 불만, 혼란 등
(3) 항공기소음의 주거환경에 미치는 영향
표 3.31.1 항공기소음의 시끄러운 정도와 토지이용
|
소음도(WECPNL) |
시끄러운 정도 |
환 경 |
|
90 이상 80∼89 76∼79 71∼75 70 이하 |
대단히 시끄럽다 시끄럽다 약간 시끄럽다 별로 시끄럽지 않다 시끄럽지 않다 |
주거생활 곤란 주거용 건축 - 방음시설 설치 교육시설, 병원 - 방음시설 설치 주거에 지장이 없는 지역 주거 쾌적 지역 |
(자료 : 교통부, 1989)
라. 공항소음피해지역 지정 및 항공기소음 한도
표 3.31.2 한국의 국제공항 소음피해지역 지정 및 항공기소음 한도
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항공법 시행규칙 ('93.2.13) |
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소음진동규제법 시행규칙 ('94.11.21) |
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지역별 |
소음도(WECPNL) |
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대 책 |
지역별 |
소음도(WECPNL) |
|
소음피해 지역 |
1종구역 95이상 2종구역 90이상 95미만 |
|
이주 방음공사 |
공항주변 인근지역 |
90 이상 |
|
소음피해 예상지역 |
3종구역 |
가 : 85∼90 나 : 80∼85 |
1,2종 구역 방음공사 완료 후 방음공사 |
기타지역 |
80∼90 |
표 3.31.3 일본의 항공기소음 환경기준
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지 역 유 형 |
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기준치(WECPNL) |
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Ⅰ |
주거 전용지역 |
70 이하 |
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Ⅱ |
상기이외의 지역중 일상생활을 보전할 필요가 있는 지역 |
75 이하 |
(자료 : 한국공항공단, 1992)
마. 주요 국제공항 주변 항공기소음도 현황
표 3.31.4 국제공항 주변 항공기소음도 현황
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측정소명 공항 |
|
소 음 도(WECPNL) |
|
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'92 |
'93 |
'94 |
'95 |
'96 |
'97 |
'98 |
거리(㎞)* |
|
김포 |
소준부락 벌말부락 월정초교 서원아파트 금성공업사 오 곡 동 고척도서관 신 월 동 대장초교 덕원여중고 강서초교 |
86 86 71 75 78 80 75 88 71 67 - |
86 86 72 75 77 80 77 90 75 70 - |
86 86 72 73 78 80 75 90 74 71 - |
87 84 74 75 78 82 76 90 74 70 - |
87 81 74 79 77 82 76 90 76 69 - |
87 87 76 74 79 82 77 91 72 68 82 |
86 87 76 74 79 82 75 89 71 69 77 |
2.5 1 3.5 2.5 7 1 6.6 2.5 측방 1 측방1.5 3.4 |
|
김해 |
딴 치 중 덕 초 선 대 배영초교옆 염 막 중앙초교 하 리 |
86 79 75 79 78 82 - |
87 80 76 79 78 82 - |
84 80 74 80 79 81 - |
84 79 74 78 77 9 - |
83 79 72 77 77 79 - |
81 74 73 77 77 - 91 |
82 75 73 76 76 - 91 |
0.75 2 4 2 3.5 측방0.5 - |
|
제주 |
도 평 동 도두 1동 이호 2동 예 원 동 용담 3동 용담 2동 용담 1동 |
69 84 78 68 84 75 69 |
69 81 75 66 82 74 62 |
71 79 75 66 84 74 74 |
76 82 76 68 82 75 73 |
69 81 77 69 80 72 72 |
71 81 77 67 80 71 68 |
65 78 73 67 78 63 68 |
3 측방 1 1.3 7.5 0.5 1 1.8 |
|
측정소명 공 항 |
|
소 음 도(WECPNL) |
|
|
|
|
|
|
|
|
'98 |
|
|
'99 |
|
거리(㎞)* |
|
|
|
3/4 |
4/4 |
평균 |
1/4 |
2/4 |
|
|
광주 |
우산동 덕흥동 치평동 송대동 본덕동 신촌동 |
85 76 71 90 76 84 |
84 76 72 88 75 83 |
85 76 72 89 76 84 |
84 75 72 89 73 84 |
87 80 76 89 79 87 |
1.4, 좌측방 0.3 3.8, 좌측방 0.3 3, 우측방 0.9 1.5 3.7, 우측방 0.1 우측방 0.3 |
|
대구 |
지저동 복현2동 서변동 용계동 신평동 방촌동 |
78 79 78 79 84 70 |
81 82 76 78 83 71 |
80 81 77 79 84 71 |
80 82 74 79 84 71 |
81 84 78 81 86 73 |
0.6, 우측방 0.6 2.3, 좌측방 0.1 5.6, 우측방 0.3 2.4 좌측방 0.2 1.4, 측방 0.6 좌측방 1.2 |
*거리는 활주로 끝으로부터의 거리
(출처 : 환경부 홈페이지 게시, 1999)
바. 항공기소음 대책 체계
(1) 일반적 대책 체계
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항공기 소음 대책 |
음원대책 |
기재개량 |
엔진개량 |
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저소음엔진채택 |
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엔진개수 |
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대형화 |
|
B-747,L-1011,DC-10 |
|
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편수조정 |
|
|
비행편증가,대형화에 의한 삭감 등 |
|
|
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운항방식개량 |
운항규칙 |
|
편수규제 시간규제 경로지정 우선활주로 소음감시 |
|
|
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|
소음경감운항방식 |
|
(컷백방식 등) |
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주변대책 |
토지이용 |
입지규제-----------(입법조치) |
|
|
|
|
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|
계획적 토지이용 |
(주변정비계획<차단녹지공원,체육시설,유통단지,공장 등 배치,대체지조성 등의 계획수립 및 실시 |
|
|
|
|
보상 등 |
이전----(민가이전,토지매수) |
|
|
|
|
|
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방음----민가,학교,병원의 방음,공동이용시설 |
|
|
|
|
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|
손실보상----농경저해보상 |
|
|
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|
|
|
기타----TV조성,소음용전화설치등 |
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|
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|
공항대책 |
공항입지----(위치선정,활주로 방향 선정,비행경로선정 등 공항계획) |
|
|
|
|
|
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공항개량----(활주로연장방향변경,증성,이설,방음림,방음둑,방음벽 등) |
|
|
|
|
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|
공항이전 |
|
|
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그림 3.31.1 항공기소음의 대책체계
(자료 : 衛生工學ハンドブック 騷音·振動編, 1982)
(2) 법적 대책 체계
(가) 외국
표 3.31.5 일본, 미국, 독일의 항공기 소음 규제
|
국가별 |
관련법령 |
관련부서 |
대 책 내 용 |
|
일본 |
공해대책기본법 |
환경청 |
- 항공기소음 환경기준 제정 - 공항주변 항공기소음도 측정 |
|
|
공공용 비행장 주변의 항공기 소음 방지 등에 관한 법률 |
운수성 건설성 |
- 공항주변 소음피해지역 지정 - 피해지역별 규제기준 설정 - 항공기소음대책 수립·시행 (건축제한, 손실보상,이전보상 등) |
|
|
방위시설주변의 생활환경 정비에 관한 법률 |
방위청 |
- 군용공항주변 소음피해지역 지정 - 피해지역별 규제기준 설정 - 항공기소음대책 수립·시행 (건축방음공사,이전보상 등) |
|
미국 |
소음규제법 |
환 경 보호청 |
- 기준설정 - 공항주변 항공기소음도 측정 |
|
|
연방항공법 |
연 방 항공국 |
- 환경보호청과 협의하여 항공기소음측정 및 규제기준 설정 - 공항주변의 항공기소음대책 수립 |
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독일 |
항공기소음 방지에 관한 법률 |
환경부 |
- 규제기준 설정 |
|
|
|
교통부 |
- 항공기소음대책 수립·시행 (건축제한, 손실보상 등) |
(자료 : 환경부, 1995)
사. 문제점
(1) 소음방지대책 수립요청 대상공항 제한
환경부장관이 항공기소음 방지대책을 수립하도록 요청할 수 있는 대상공항은 국제공항이므로 기타 공항에서 소음문제 야기시 환경부가 대처하기 곤란
(2) 항공기소음 측정망 부족
현재 항공기 소음도 자동 측정망이 설치되어 있는 곳은 5개의 국제공항(김포, 김해, 제주, 광주, 대구)뿐이고, 기타 31개의 국내공항에는 미설치
(3) 군용비행장 소음대책 결여
군용비행장 주변에서 소음에 대한 민원이 많이 발생되고 있으나, 국제공항이 아닌 관계로 소음대책에서 제외됨
아. 대책
(1) 항공기소음 방지대책 수립요청 대상 공항의 확대
(2) 점차적으로 항공기 운항회수가 많은 국내공항에도 항공기 소음자동측정망 설치 운영
(3) 군용비행장주변지역에 대한 소음피해방지를 위한 제도적 장치 마련
(4) 항공기소음 조사연구 추진
참고문헌
1. 항공법 시행규칙 ('93.2.13).
2. 소음진동규제법 시행규칙 ('94.11.21).
3. 한국소음진동공학회, 소음·진동편람, 1995.
4. 衛生工學ハンドブック 騷音·振動編, 1982, 朝倉書店.
5. 한국공항공단, 1992, 항공기소음 방지대책에 관한 연구.
6. 환경부, 1995, 환경연감.
7. Dieter Gottlob, Regulations for Community Noise. Noise/News International. 1995.
8. 공군본부 법무감실, 각국의 항공기소음대책 관련법. 1992.
9. 교통개발연구소, 국내공항주변 항공기소음 방지대책 연구. 1992.
10. 국제공항관리공단, 해외연수결과보고(신동경 국제공항 항공기 소음대책). 1990.
작성자 : 소음진동과 공업연구관 강대준(공학박사)
원본 위치 <http://home.sunchon.ac.kr/~bioenvlab/data2/ham3/3-31.htm>
