황사(黃砂)

 

황사(黃砂)

1. 황사(黃砂)의 정의

황사현상은 봄철 중국대륙이 건조해지면서 고비사막, 타클라마칸사막 등 중국과 몽골의 삼가지대 및 황하 상류지대의 흙먼지가 강한 상층기류를 타고 3천 ~ 5천m 상공으로 올라가 초속 30m정도의 편서풍에 실려 우리나라에 날아오는 것이다.

황사 알갱이 크기는 10∼1000㎛(1㎛는 100만 분의1 )까지 다양하다. 1000㎛의 입자는 통칭 황사(sand)라고 하며, 10㎛의 입자는 황진(dust)으로 부른다.

우리나라에서는 황사 현상이 연간 2∼5일 정도이고 주로 4월에 관측되고 있으며,「아시아 먼지」라고 부르기도 한다.

최근 중국에서 공업화가 급진전됨에 따라 황사에 포함되어 우리나라에 도달하는 대기오염물질은 더욱 늘어날 전망이다. 중국 대기오염의 주범은 중국 에너지 사용량의 4분의 3을 차지하고 있는 석탄이다. 중국의 석탄 사용량은 20세기말까지 14억t에 달할 것으로 예상된다. 이로 인해 쓰촨성의 중경에서는 먹물처럼 검은 색을 띤 산성비가 내리고 있으며 세 사람 중 한 사람이 호흡기질환에 시달리고 있을 정도라고 한다. 또한 세계은행의 비공개 보고서는 1988년에 사망한 중국인 네 사람 중 한사람은 대기오염으로 인한 질병으로 사망하였다고 하여 충격을 준 바 있다.

이 때문에 중국에서 불어오는 대기오염물질을 규제하기 위해 동북아 환경협정이 우리나라와 중국, 일본 사이에 진행되고 있다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고 중국의 공업화는 계속될 것으로 예상돼 우리나라 대기질 관리의 주요 변수로 등장하고 있다.

  

2. 황사의 발원지 - 중국 사막지대

 

 

중국은 유라시아 대륙의 중부에 있어, 서고, 동저의 지형 특성을 갖으며, 다양한 기후가 존재한다. 자연지리면에서 동부 계절풍 지역, 서북 건조 지역과 한랭 지역의 3구역으로 구분되며, 각각 면적은 전국의 48%, 30%, 22%를 차지한다.

이 중 서북건조 지역이 황사의 발원지로 불려지고 있다. 중국의 서북 건조 지역은 유라시아 대륙의 중심부이다. 해양과 멀리 떨어져 있어 건조하며 강수량이 적다. 이 지역의 연평균 강수량은 보통 400㎜이하이고 중국의 사막 대부분이 이곳에 위치한다.

타클라마칸사막은 타림분지의 중서부에 있으며, 중국 최대의 사막이다. 동서로 약 1000km, 남북으로 400km의 폭으로 면적이 330,000km2 이나 되고, 중국 사막 총 면적의 52%를 차지한다.

타클라마칸사막의 동북 방향에 고비사막이 있다. 이것도 중국의 최고 건조 지역 중 하나로 동서로 250km, 남북으로 100km로 면적이 60,000km에 가깝다. 해발고도는 1000∼1500m이나 지표면은 고비 구릉이 많고, 모래 언덕이 있다. 이곳의 기후는 연 강수량이 30㎜ 밖에 안되고, 바람은 강하다.

바다인쟈란사막은 중국에서 세 번째로 큰 사막으로 내몽고 자치구의 서쪽에 있다. 면적은 44,300km2, 해발고도는 1300∼1800m 이다. 기후는 물론 건조하며 연 강수량도 50∼150㎜ 밖에 안된다. 유동 모래언덕이 총면적의 80% 이상을 차지한다. 모래언덕의 고도는 보통 200∼300m 이나 400m에 달하는 것도 있다. 중국에서 가장 높은 모래언덕이 있는 사막이다.

중국에서 네 번째로 큰 텐켈사막은 내몽고 서남부에 있다. 면적은 40,000km2, 해발고도는 1400∼1600m이다. 모래언덕의 면적이 총 면적의 70% 이상을 차지하고, 보통 동남쪽으로 이동한다.

이상이 중국에 있는 황사와 관련이 있는 건조 지대의 특징이며 거의 대부분의 황사가 이곳 건조 사막을 기원으로 한다. 황사 배출원의 거동 배분을 보면, 발원지에서 배출되는 황사량을 100%라 할 때, 보통

ㅇ 30%가 발원지에서 재 침적되고,

ㅇ 20%는 주변 지역으로 수송되며,

ㅇ 50%는 장거리 수송되어 한국, 일본, 태평양 등에 침적된다.

3. 황사의 원인 - 중국의 토양 침식

황하 중류의 표토 유실은 놀랄 정도이다. 매년 황하에 들어오는 진흙, 모래가 16~20 억톤이나 되어 비옥한 땅이 쓸려가고 식물이 성장할 지표층이 파괴되고, 농업 생산의 피해는 물론 식생이 파괴된 후 황하 중류는 황막하게 되어, 하류는 진흙, 모래 퇴적에 의한 수해를 보게 된다. 중국 전체 땅에서 1950年대부터 1970年대 말에 걸쳐 산림감소, 표토유실과 모래 이동 등으로 사막화된 토지가 1500 km2/年의 속도로 확대되어 오고 있다.

지금은 109,000 km2의 국토가 사막화되고, 이것은 중국 총 면적의 11.4%을 차지한다. 이 같은 환경 화의 대책으로서 이 지역에 방풍림, 전국의 녹화 (식수조림), 사막의 개조 등에 힘을 기울여 성과를 얻고 있다.

 

4. 황사의 특성

성분분석결과 주로 토양에서 발생한 성분들이 주를 이루었으며 입자크기가 큰 영역에 해당하는 부분이 평상시보다 상당히 크게 나타났다. 부유하는 먼지가 큰 영역에 해당하므로 인체 위해도 측면에서는 크게 우려할 정도는 아니지만 황사 발생기간 중에 장기간 이에 노출되는 것은 호흡기 장애나 눈 등에 영향을 줄 수 있으므로 장기간의 외출이나 야외활동은 삼가는 것이 바람직하다. 자연 상태에 많이 존재하는 철, 망간, 니켈 등이 평상시보다 높게 측정되었는바 이는 황사의 주성분이 토양 입자인 것을 보여주는 것이다.

일반적으로 황사시 시간 최고먼지오염도는 약 200∼500㎍/㎥ 이나 2000. 3. 23 발생한 황사는 대기 중 시간 최고먼지농도가 약 1,100㎍/㎥ 으로 연평균 먼지오염도(64㎍/㎥)의 17배 수준을 나타내기도 하였다.

입자크기분포를 분석한 결과 먼지입자가 2㎛이하에서는 농도변화가 거의 없으나 황사 발생시에는 입자의 크기가 2∼10㎛인 범위에서 입자개수농도가 평상시보다 높게 나타났다. 이는 자연현상에 의해 토양에서 비산된 큰 입자의 먼지가 외부로부터 유입되었다는 증거라고 할 수 있다

 

5. 황사가 미치는 영향

 

 

황사는 특히 급속한 공업화로 아황산가스 등 유해물질이 많이 배출되고 있는 중국을 경유하면서 오염물질이 섞여 건강에 적지 않은 영향을 미친다. 황사가 발생하면석영(실리콘), 카드뮴, 납, 알루미늄, 구리 등이 포함된 흙먼지가 대기를 황갈색으로 오염시켜 대기의 먼지량이 평균 4배나 증가한다.

이에 따라, 작은 황진이 사람의 호흡기관으로 깊숙이 침투해서 천식, 기관지염 등의 호흡기 질환을 일으키거나, 눈에 붙어 결막염, 안구건조증 등의 안질환을 유발한다. 심할 경우에는 항공기, 자동차, 전자장비 등 정밀기계에 장애를 일으키거나 태양 빛을 차단, 농작물이나 활엽수가 숨 쉬는 기공을 막아 성장을 방해하기도 한다.

황사는 모래성분인 규소가 대부분이나, 중국 도시나 공업지대 상공을 지나면서 황산염, 질산염 같은 중금속을 품는다. 따라서 황사 비는 염기성을 띤다. 이는 주로 산성인 국내 토양을 중화시켜주는 긍정적인 역할을 한다. 또 해양 플랑크톤에 무기염류를 제공, 생물학적 생산성을 증대시키기도 한다. 하지만 피해가 더 많다.

황사가 미치는 영향 및 중요성은 다음과 같다.

ㅇ태양 빛을 차단, 산란시킴(시정 악화)

ㅇ지구대기의 열 수지에 영향을 미침(복사열 흡수로 냉각 효과)

ㅇ구름 생성을 위한 응결핵 증가

ㅇ산성비의 중화, 산성 토양의 중화

ㅇ해양 프랭크톤에 무기염류 제공(생물학적 생산력 증대)

ㅇ토양 속 미생물에 의한 무기염 흡수 강화

ㅇ농작물, 활엽수의 기공 막아 생육에 장애 일으킴

ㅇ호흡기관으로 깊숙이 침투함

ㅇ안질환 유발

ㅇ빨래, 음식물 등에 침강, 부착

ㅇ항공기 엔진 손상 및 이착륙 시 시정악화로 인한 사고 발생 가능성 증가

ㅇ반도체 등 정밀 기계 손상 가능성 증가 위로

 

6. 황사의 환경 과학적 이익과 손해

앞에서 설명한 것과 같이 연간 약 2t/km2의 황사가 강하하고 이 황사는 표면에 흡착한

NO3, SO4를 운반한다. 마쯔오와 오오다에 의하면 공기 중에 1ppb의 초산 가스와 100Mh/m2의 황사 에어로졸이 존재 할 때, 1일 0.35㎍/m3의 초산이 흡착된다. 간단히 NO3로 환산하면, 모든 황사에 의해 연간 1×104t의 NO3가 흡착한다는 계산이 된다. 이것은 보통의 승용차 30만대가 50×100㎞ 주행시 발생하는 NO량에 상당한다. 그러나 황사는 앞에서 표시한 것처럼 CaCO3 등을 많이 하고 있기 때문에 전체적으로는 알칼리가 과잉이며, 이것이 지상에 강하한 후에도 산성의 오염물질 ( HNO3, H2SO4 등 )을 중화하여 육상의 강수의 산성화 방지에 도움을 주고 있다. 황사가 운반하는 과잉 알카리량을 연간 50㎏-CaCO3 /1km2에 상당하며, 이것은 약30㎏-HNO3/km2을 중화 할 수 있는 양이다. 이것은 일본에 오는 비가 운반하는 초산의 약 10%에 해당하며 그 차이를 계산하면 황사는 일본의 산성우의 영향을 약하게 하는 역할을 한다고 볼 수 있다.

 

7. 우리나라의 황사 발생 조건

발원지에서 먼저 먼지 배출량이 많아야 한다.

발원지에 강수량이 적고 증발이 잘 되며 풍속이 강한 기상조건(겨울과 봄)이 되고, 봄철 해빙기에 토양이 잘 부서져 부유하기 적당한 20㎛이하 크기의 먼지가 다량으로 배출(연 총배출량의 반 이상)되도록 지표면에 식물이 거의 없어야 한다.

발원지에서부터 황사가 이동해 올수 있도록 강한 편서풍이 불어야 한다.

발원지의 동쪽에 위치한 우리나라에까지 황사가 수송되기 위해서는 약 5.5km 고도의 편서풍 기류가 우리나라를 통과하여야 한다. 상공에 부유 중인 황사가 우리나라 지표면에 낙하하려면 적절한 기상 조건이 구비되어야 한다. 수송된 먼지가 우리나라 지표면에 낙하하기 좋은 기압배치는 고기압이 위치하여 하강 기류가 발생할 때이다. 위 세 가지 조건이 만족되면, 우리나라에 황사현상이 건조기인 봄철, 특히 4월에 발생한다.