대기화학

   

   

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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