환경과 물질순환

인류는 우주선을 타고 지구 외의 또 다른 행성을 탐색하며 생명체의 흔적을 찾아내는 첨단과학의 시대에 살고 있다. 지구의 긴 역사 중에서 지하자원을 이용하여 인간의 생활이 윤택해지고 편리한 여건을 제공하는 기술적 초석을 마련한 산업혁명이 시작된 기간은 지구 역사의 전체적 관점에서 보면 매우 미미한 점에 불과하다. 그러나 이 짧은 기간에 이루어진 인류의 급속한 발전에 의해서 오존층 파괴, 사막화, 산성비, 지구온난화, 엘니뇨, 라니냐 등의 이상기후 변화와 환경 호르몬 등 우리의 생명을 위협하고 있는 문제에 직면해 있다.

이 책은 우리가 현재 겪고 있는 지구규모의 환경문제들의 원인을 파악하고, 그 대책을 세우는 데 길잡이의 역할을 수행하고자 만들어졌다. 환경문제들은 다양한 요인들에 의해서 여러 생물체와 무기체에 영향을 주게 된다. 따라서 환경문제를 다루는 분야는 어떤 특정분야에만 관련되는 것은 아니다. 다양한 분야에서 수많은 지식을 동시에 필요로 하기 때문에 환경문제를 해결하는 데 모든 지구인들의 노력이 함께 요구된다.

지구에서 일어나는 환경문제들을 이해하는 데 이 책이 모든 것을 해결해 주리라는 기대는 환경의 다양성과 그 규모로 인해 불가능하다. 그러나 우리가 하나를 알면 열을 알 수 있듯이 기초적인 분야를 잘 숙지한다면, 좀더 어려운 응용분야를 접하게 되더라도 쉽게 이해할 수 있게 될 것이다. 따라서 이 책은 다양한 분야에 대한 기초적인 지식을 8장으로 나누어 단계적으로 서술하였다.

제1장에서는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 물과 모든 생명체의 주요 구성원소인 탄소, 질소, 인 등의 순환을 통해 환경문제의 원인을 논하였다. 제2장에서 제4장까지는 수계환경, 대기환경, 토양환경에 대한 기초지식에서부터 대상환경의 오염특성과 관리방안에 대하여 자세히 다루었다. 제5장에서는 생태계에 대한 전반적인 지식과 생태계 파괴현상에 대하여 논하였다. 제6장에서는 폐기물의 일반사항 및 처리방법에 대하여, 제7장에서는 유기염소계 살충제 및 유해중금속과 같은 독성물질에 대하여 서술하였다. 제8장에서는 에너지 이용현황과 문제점, 그리고 장래 대체 에너지에 대하여 논하였다.

이 책의 제목에서 알 수 있듯이 한정된 지면에 다양한 분야를 설명하다 보니 어려운 전공용어에 대한 설명이 부족하여 독자들이 이해하는 데 어려움을 느낄 수도 있을 것이다. 본래 환경분야는 응용학문에 속하기 때문에 물리, 화학, 생물학의 기초지식을 습득하지 않는 가운데 이 책을 읽다 보면 이해하기 난해한 부분이 일부 있을 것으로 판단되므로 시중에 나와 있는 많은 참고서적과 인터넷에서 이를 해결하길 바란다. 이와 같은 애로사항을 저자들은 최대한 감안하여 되도록 쉽게 서술하려고 많은 노력을 했음에도 불구하고 특정부분에서는 상당한 지식이 없으면 이해할 수 없는 난해한 부분도 있는 것이 사실이다.

끝으로, 앞으로 보다 좋은 책으로 거듭나기 위해서 여러 문제들을 보충하고 수정해야 할 부분이 많을 것이기에 독자 여러분의 지적과 도움을 얻어 차후에 더욱 알찬 내용이 되도록 노력할 것이다. 독자 여러분의 건강과 행복에 이 책이 조금이나마 보탬이 되길 바라며, 책을 발간하여 주신 형설출판사 사장님과 편집부 여러분들께 감사드린다.



2012년 3월

저자 씀

제1장

지구의 물질순환



1.1 물의 순환 12

1.1.1. 지구의 물 분포ㆍ13 1.1.2 수자원의 종류ㆍ15

1.1.3 물의 특성ㆍ19 1.1.4 물의 순환ㆍ21

1.1.5 우리나라의 수자원 및 이용현황ㆍ23

1.2 탄소의 순환 26

1.2.1 탄소의 중요성ㆍ26 1.2.2 탄소의 분포ㆍ27

1.2.3 탄소의 순환ㆍ28

1.3 질소 순환 29

1.3.1 질소의 중요성ㆍ29 1.3.2 질소의 분포ㆍ30

1.3.3 질소의 순환ㆍ30

1.4 인 순환 34

1.4.1 인의 중요성ㆍ34 1.4.2 인의 분포ㆍ34

1.4.3 인의 순환ㆍ34



제2장

수계환경



2.1 수계환경 현황 38

2.1.1 수환경의 3대 요소ㆍ38 2.1.2 수환경의 구성요소별 역할ㆍ39

2.2 수질오염 42

2.2.1 수중오염물질의 종류ㆍ43

2.2.2 수질오염의 지표와 환경에 미치는 영향ㆍ44

2.3 수질관리 51

2.3.1 하천과 하구의 수질관리ㆍ51

2.3.2 용존산소의 수지(DO balance)ㆍ52

2.3.3 하천의 자정작용에 따른 상태변화ㆍ53

2.3.4 호소의 수질관리ㆍ55 2.3.5 우리나라의 수질관리ㆍ59

2.4 수처리 방법 62

2.4.1 먹는 물의 처리방법ㆍ62 2.4.2 하수의 처리방법ㆍ64



제3장

대기환경



3.1 대기의 생성 및 대기의 성분 68

3.1.1. 대기의 생성ㆍ68

3.1.2 대기의 성분 및 대기의 연직분포ㆍ69

3.2 대기오염 71

3.2.1 세계 각국의 대기오염 정의ㆍ71

3.2.2 대기오염 사건ㆍ72

3.2.3 대기환경기준ㆍ72

3.2.4 대기오염물질 농도표시ㆍ75

3.2.5 대기오염물질의 오염원(Source)ㆍ76

3.2.6 대기오염물질ㆍ77

3.3 실내공기오염 90

3.3.1 실내공기 오염물질의 발생원ㆍ93

3.4 악취오염 101

3.4.1 악취의 물리화학적 특성ㆍ102 3.4.2 악취의 발생원과 기준치ㆍ104

3.4.3 악취의 측정 및 분석ㆍ107 3.4.4 악취의 제어ㆍ109

3.5 주요 대기오염물질의 제어 110

3.5.1 질소산화물(NOx)의 제어ㆍ110

3.5.2 황산화물(SOx)ㆍ114

3.5.3 휘발성 유기화합물질(VOCs)ㆍ117

3.5.4 공기 중 오존(Ozon) 생성 방지ㆍ120

3.5.5 입자상 오염물질ㆍ121



제4장

토양환경



4.1 토양의 구성 및 생성과정 136

4.1.1 토양의 구성성분ㆍ137 4.1.2 풍화작용 및 층위의 분화ㆍ138

4.1.3 토양의 생성과정ㆍ140 4.1.4 토양 생성 인자ㆍ141

4.2 토양의 분류 144

4.2.1 토양의 3대 분류ㆍ144 4.2.2 세계의 주요 토양형ㆍ146

4.3 토양의 모암 및 광물 149

4.3.1 토양의 모암ㆍ150 4.3.2 토양광물ㆍ153

4.4 토양의 입경구분 및 성질 159

4.4.1 토양의 입경구분ㆍ160 4.4.2 토성ㆍ161

4.4.3 토양의 화학적 성질ㆍ162

4.5 토양중 원소의 화학변화 166

4.5.1 토양중의 원소ㆍ166 4.5.2 토양중 원소의 화학변화ㆍ167

4.6 토양과 환경과의 관계 174

4.6.1 식물 지지기능ㆍ175 4.6.2 식물의 영양공급 기능ㆍ175

4.6.3 화학변화의 장ㆍ175 4.6.4 오염물질의 정화 기능ㆍ175

4.6.5 환경조절기능ㆍ176

4.7 토양의 산성화 176

4.7.1 토양 산성화의 원인ㆍ177 4.7.2 토양의 완충능력ㆍ178

4.7.3 토양산성화에 따른 피해ㆍ179 4.7.4 토양산성화에 대한 대책ㆍ180

4.8 토양오염 182

4.8.1 중금속ㆍ182 4.8.2 농약ㆍ183

4.8.3 유류ㆍ184 4.8.4 다이옥신ㆍ184



제5장

생태학



5.1 생물과 생태계 192

5.1.1 생물적 요소ㆍ193 5.1.2 비생물적 요소ㆍ194

5.2 생태계의 주요 무생물적 구성요소와 영향 195

5.2.1 생태계의 제한요인ㆍ196 5.2.2 서식지와 생태계ㆍ198

5.2.3 생태계에서의 종의 역할ㆍ199 5.2.4 종들의 상호작용ㆍ202

5.3 생물다양성의 중요성 209

5.4 생태학적 천이과정 211

5.4.1 군집과 생태계의 환경 변화에 대한 반응 양상ㆍ211

5.5 인간에 의한 생태계파괴 214

5.5.1 인간의 자연환경 파괴 현상ㆍ214

5.5.2 단순 생태계로의 변화ㆍ216 5.5.3 해중의 저항력 증가ㆍ217

5.5.4 포식자 천적의 제거ㆍ217 5.5.5 외래종의 도입ㆍ219

5.5.6 과잉수확ㆍ220 5.5.7 물질 및 에너지 순환 교란ㆍ220

5.6 생태계를 고려한 지속 가능한 개발 및 사회의식 전환 222

5.6.1 지속 가능한 개발ㆍ222 5.6.2 지속 가능한 사회ㆍ223



제6장

인간과 폐기물



6.1 폐기물 일반사항 228

6.1.1 폐기물의 정의 및 분류ㆍ228

6.1.2 폐기물의 발생 및 관리체계ㆍ230

6.1.3 폐기물의 성상분석ㆍ233

6.1.4 폐기물 발생량의 조사방법ㆍ237

6.1.5 폐기물의 수집과 운반ㆍ238

6.1.6 폐기물관리법제의 발전과정ㆍ242

6.2 폐기물의 처리 243

6.2.1 폐기물의 처리현황ㆍ243 6.2.2 물질회수ㆍ244

6.2.3 유기성폐기물의 퇴비화ㆍ244 6.2.4 분뇨처리ㆍ248

6.2.5 폐기물의 소각ㆍ249

6.2.6 폐기물의 감량화와 재활용ㆍ250

6.3.7 음식물쓰레기의 감량화와 자원화ㆍ252

6.3 특정유해폐기물의 처리 253

6.3.1 특정유해폐기물의 정의ㆍ253

6.3.2 특정유해폐기물의 관리체계ㆍ254

6.3.3 특정유해폐기물의 처리ㆍ255

6.4 폐기물의 최종처분 258

6.4.1 폐기물의 매립ㆍ258

6.4.2 특정유해폐기물의 최종처분ㆍ263

6.5 방사성폐기물 266

6.5.1 방사성폐기물ㆍ266

6.5.2 방사성폐기물의 처리 및 처분ㆍ267



제7장

독성물질



7.1 유기염소계 살충제(Organochlorine pesticides) 273

7.1.1 유기염소계 살충제의 독성작용기작ㆍ276

7.1.2 유기염소계 살충제의 사용 및 잔류시 나타나는 문제점ㆍ276

7.1.3 생물농축에 영향을 미치는 인자ㆍ282

7.2 중금속 284

7.2.1 중금속의 배경농도ㆍ284 7.2.2 수은ㆍ285

7.2.3 카드뮴ㆍ289

7.3 납 296



제8장

인간과 에너지 문제



8.1 에너지의 형태 및 소비 304

8.2 화석연료와 환경오염 306

8.2.1 대기환경 오염ㆍ307 8.2.2 화석연료 사용과 온난화ㆍ309

8.2.3 산성강하물ㆍ309 8.2.4 수계환경에 대한 영향ㆍ310

8.3 원자력 에너지 312

8.4 대체에너지와 청정에너지 313

8.4.1 태양에너지ㆍ313 8.4.2 지열 에너지ㆍ317

8.4.3 풍력ㆍ318 8.4.4 해양에너지ㆍ319

8.4.5 연료전지ㆍ321 8.4.6 바이오매스ㆍ322

8.4.7 수소 에너지ㆍ324 8.4.8 폐기물ㆍ325

8.5 지속 가능한 에너지의 미래 325

오종민