제 4 주

지구환경문제

Global Environmental Issues

기후변화, 지구온난화, 오존층 파괴,

생물다양성, 사막화,

생활 속의 환경이슈

지구 생태계 40%밖에 안남아

인간에 의한 환경 파괴로 지구의 생명을 떠받치는 자연 생태기능의 3분의 2가 손상됐다고 전세계 과학자들이 경고했다.

습지와 숲,열대.아열대 초원,강의 하구등 공기와 물, 영양소를 재생ㆍ순환시키는 자연생태계가 돌이킬 수 없을 정도로 파괴되고있다고 지적했다.

자연생태계에서 일어나는 가루받이, 대기조절작용과 해양의 영양소 순환등의 작용을 1997년에 학자들이 경제가치로 환산한 결과 약 33조달러에 달하는 것으로 계산돼 이 해 전세계 총생산의 두배에 달했다.

이 보고서는 지난 60년간 경작지로 돌려진 땅이 18세기와 19세기를 합한 것 보다도 많아 현재 지구 육지면적의 24%가 경작되고 있고 호수와 강에서 끌어쓰는 물이 지난 40년간 두 배로 늘었다고 밝혔다.

보고서는 수산자원도 어류의 4분의 1이 남획되고 있으며 일부 어족은 산업화된 상업적 어획이 시작되기 전에 비해 어획량이 1%에도 못 미치고 있다고 밝혔다. 또한 조류의 12%, 포유류의 25%, 양서류의 30% 이상이 다음 세기 안에 멸종될 위기에 있다고 분석했다.

95개국 1천360명의 학자들이 참여해 완성한 밀레니엄 환경 평가 보고서

공간규모별 대기오염 현상

지구규모의 대기오염 문제 지구온난화, 오존층파괴 문제 등

지역적 규모의 대기오염문제 산성우문제, 황사문제 등

국지적 규모의 대기오염문제 도시대기오염문제, 산단지역 대기오염문제 등

미세환경의 공기오염문제 실내공기오염문제

지구환경문제의 상호연관성

대기(atmosphere)의 구조

1) 대류권 (troposphere) 지표 ~ 12 km 대기불안정

- 지구대기의 90%가 존재

- 대류권의 기온감률 0.65 ℃/100 m

- 구름, 강수현상은 대류작용 (convection)때문

- 대류권의 맨 아랫층이 생물권 (biosphere)

- 대류권하부 1~2 km의 층을

대기경계층 (atmospheric boundary layer) 또는

행성경계층 (planetary boundary layer)라 함

2) 성층권 (stratosphere) 12 km ~ 50 km 대기안정

- 오존층 (ozone layer) 15 ~ 35 km

파장 210~290 nm 자외선 흡수

3) 중간권 (mesosphere) 50 ~ 85 km

- 대류작용, 수증기 거의 없어 기상현상 없음

4) 열권 (thermosphere) 85 km 이상

* 1 DU (Dobson Unit): 지구 대기 중 오존총량을

0 ℃, 1 atm의 표준상태에서 두께로 환산했을 때

0.01 mm에 상당하는 양

참고로 지구전체 평균오존량은 300 DU이다.

http://cafe.naver.com/biomedi2009.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=1639

Climate change (기후변화)

Climate (기후): 수십년, 수백년의 통계적인 날씨 패턴 Meteorology (기상): 대기의 물리적 현상 Weather (날씨): 그날그날의 비, 구름, 바람, 기온 등 기상상태 Climate change (기후변화): 태양복사, 지구의 지각 및 화산활동, 인위적인 활동 등에 의한 대양과 대기의 에너지 순환에 따른 결과

• 지구온난화 : Global warming, Green house effect • 지구암화 : Global dimming • 해수면 상승: Sea level rise • 엘리뇨: El Nino • 라니냐: La Nina

Global warming (지구온난화)

Global warming (지구온난화): 온실가스가 대기 중에 부가적으로 축적되어 발생하는 지구의 온도증가 Green house effect (온실효과): 지구복사에너지가 대기를 빠져나가기 전에 흡수되어 기온이 상승하는 현상 지구온난화 기여도와 지구온난화 잠재력

지구온난화의 영향: 해수면 상승 기후변화 (홍수, 가뭄, 수자원부족, 사막화, 식생의 변화)

지구전체 연도별 탄소배출량 변화량

* Albedo : 어떤 표면에 의하여 반사되는 태양복사의 분율, 지구평균 알베도는 0.3

Global Warming Gas (지구온난화 기체)

Green House Gases (GHG, 온실가스) • H2O (water vapor, 수증기) • CO2 (carbon dioxide, 이산화탄소) 인위적으로 배출되는 전체 온실가스 양의 60% 차지 • CH4 (methane, 메탄) • N2O (nitrous oxide, 아산화질소) • SF6 (Sulfur hexafluoride, 육불화황) • O3 (ozone, 오존) • HCFCs (Hydrochlorofluorocarbons, 수화염화불화탄소) HFCs (Hydrofluorocarbons, 수화불화탄소) PFCs (Perfluorocarbons, 과불화탄소) CFCs (Chlorofluorocarbons = Freon, 염화불화탄소,)

Non-greenhouse gases • N2 (nitrogen, 질소) • O2 (oxygen, 산소) • Ar (Argon, 알곤)

지구규모의 이산화탄소 수지 모형도

Ice core data

지구전체 온실효과 기여도 산업혁명 전 과 현재의 온실가스 농도수준 비교

Global Warming Potential (GWP, 온실효과 잠재력)

연도별 수증기 변화량

• 약 100년 후 기온이 3oC 증가 예상

• 해수면은 평균 65 cm 상승 예상

• 수자원 고갈문제 – 건조지대 확산으로 음용수 확보에 어려움

• 삼림피해 – 병충해 등으로 전체 삼림면적의 1/3 정도 피해 예상

• 식량생산 감소 – 곡창지대의 침수로 식량 생산 감소, 기근 발생

• 건강문제 – 말라리아, 콜레라 등 전염병환자 증가

• 홍수 – 홍수, 태풍 등의 피해 지금의 2배 정도 증가

대기 중 CO2가 지금의 두 배가 될 경우의 예상

Global warming (지구온난화) 대책

에너지절약 (에너지효율화, 탄소시장, 배출권 거래)

신재생에너지 개발 (태양열, 지열, 조력, 파력, 풍력)

CO2 처리기술 개발 (해저, 지하에 저장, 약품 등의 원료로 전환)

숲의 보호, 나무 식생 (CO2 처리)

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change,

기후변화에 대한 정부간 패널기구)

전세계 2,000 여명의 과학자가 참여

-IPCC 1차 보고서(1990) 국제기후변화협약 (UNFCCC)설립에 기여

-IPCC 2차 보고서(1995) 기후변화를 과학적으로 기정사실화

-IPCC 3차 보고서(2001) 가난한 열대국가일수록 기후변화에 취약

Global warming (지구온난화) 대책 - 계속

기후변화협약 (UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change) -선진국의 책임 강조 (온실가스 배출의 역사적 책임, 기술, 재정능력) -개도국의 특수사정 배려 -기후변화 예측, 방지를 위한 예방적 조치 시행 -모든 국가의 지속가능한 성장의 보장 교토의정서 (Kyoto protocol, 1997) => 지금은 거의 유명무실해진 상태 -선진국 감축목표 설정 -공동이행제도 ( joint implementation) (선진국A가 선진국B에 투자하여 온실가스 감축분 A국 저감실적으로 인정)

-청정개발체제 (Clean Development Mechanism) (선진국A가 개도국B에 투자하여 온실가스 감축분 A국 저감실적으로 인정)

-배출권거래제 (Emission Trading) (온실가스 감축의무국에 배출쿼터를 부여한 후 국가간 배출쿼터 거래를 허용)

정상적인 오존층 (Ozone layer) 화학 반응식

Ozone formation (오존 생성)

heatMOMOO

OnmUVO

32

2 2240

Ozone formation (오존 분해)

23

23

2

320

OOO

OOnmUVO

Ozone layer depletion (오존층 파괴)

23

23

2OXOXO

OXOOX

X: 라디칼 (radical) OH, Cl, NO, Br 등

라디칼 (radical) 생성 원인물질: N2O, CH4, Cl 이나 Br 화합물

정상적인 오존층 (Ozone layer) 화학 반응식

오존층파괴 물질의 종류

물질명 화학식 ODP 대기 중 농도 (ppt)

평균수명

용도

CFC-11 CFCl3 1.0 270 60 세정제, 냉매, 발포제

CFC-12 CF2Cl2 1.0 460 120 발포제, 냉매, 분사제

CFC-113 C2F3Cl3 0.8 65 90 세정제, 냉매, 분사제

Halon-1211

CF2BrCl 3.0 2 15 소화제

Halon-1301

CF3Br 10.0 3 110 냉매, 소화제

HCFC-22 CHClF2 0.05 110 20 냉매, 발포제, 소화제

사염화탄소

CCl4 1.2 110 50 용제

메틸클로로포름

CH3CCl3 0.14 135 6.3 용제

HFC - 0.0 - - 냉매 (Freon 대체)

ODP: Ozone Depletion Potential (오존파괴잠재력)

[C-1][H+1][F]

CFC-11 CFC-12 CFC-113

3CFCl

22ClCF

332 ClFC

오존층파괴 증거

피부암 발생률 증가 백내장 질환 증가 식물생장 저해, 생산성 낮아짐 건물, 차량의 색상변화, 플라스틱 재질 부식 지표면 및 대류권의 온도상승 대도시의 지표면 광화학 스모그 발생횟수 증가

오존층파괴에 따른 영향

오존층 보호대책 (정책)

비엔나 협약 (Vienna Convention, 1985년 3월) 국제적 차원의 오존층 보호를 위한 기본골격 마련 몬트리올 의정서 (Montreal Protocol, 1987년 9월) 오존층 파괴물질의 생산 및 소비 삭감 CFCs 생산 및 소비량을 1989년부터 1986년 수준으로 동결 단계적으로 감축하여 2000년 이후 생산 및 사용금지 런던 회의 (1990년) 오존층 파괴가 가속화, 새로운 오존층파괴물질 발견되어 런던 회의에서 몬트리올 의정서 1차 개정함 코펜하겐 회의 (1992년 11월) 코펜하겐 회의에서 몬트리올 의정서 2차 개정함 CFCs 생산 및 소비 전면중지 시기를 1996년 (4년 단축) 규제물질을 추가하여 총 95종을 규제함

Desertification (사막화)

Desertification (사막화)의 정의 – UNEP ‘부적절한 인간활동에 기인하는 건조, 반건조, 건성 반습윤 지역에서 토지의 황폐현상’ Desertification (사막화)의 원인 기후변화 (가뭄) 13% 인간활동 (벌목, 방목, 경작 등) 87% 인도네시아, 브라질 Desertification (사막화)의 피해 건조지역 또는 반건조지역에서의 토지생산력 저하

(토양침식, 식생감소, 토양의 염류화, 수확량 감소)

Deforestation (숲황폐화)의 이유

• 벌목 (목재를 얻기 위해)

• 농장 건설 (화전, 火田)

• 방목용 목초지 건설

• 도시의 확장

• 태양열 발전소 건설

Deforestation (숲황폐화)

Loss of biodiversity (생물다양성감소)

biodiversity (생물다양성)의 유익 • 다양한 환경변화에 대처가능 • 안전한 생태계 구축가능 (다양한 소비자, 생산자, 분해자) • 인간에게 다양한 음식(건강), 원료, 레져, 환경정화(식물)

생물다양성 감소의 원인

• 기후변화 (기후변화속도에 생물이 적응하지 못해) • 숲파괴 (서식지의 감소) • 사막화 (서식지의 감소) • 농약의 사용 (곤충, 새 등의 멸종)

생물다양성을 위한 국제정책

• 생물다양성 협약 (Convention on Biological Diversity, 1992년) • 람사협약 (Ramsar Convention, 습지보호 협약, 1971년 2월) • 2014년 11월 우리나라 평창에서 국제회의