산성비란?

순수한 물은 중성으로 pH=7이다. 대기중에는 이산화탄소가 존재하므로 이산화탄소가 빗물에 녹아 약한 산성을 띤다. 따라서 pH=5.6은 자연 상태에서 빗물의 산성도, 즉 빗물의 산성 여부를 판단하는 기준이 된다. 일반적으로 빗물의 pH가 5.6미만인 경우를 산성비라고 한다.

산성비 문제는 우리나라 국민이 모두 인식하고 있는 대기오염의 영향중 대표적인 것이다. 20세기에 들어 서서 대기 화학과 분석 화학의 획기적인 발전의 결과로 빗물의 산성도를 pH로 표현하기 시작 하였으며, 1948년에 스웨덴의 Egner가 최초로 산성비 측정망을 설치하였다. 1961년 스웨덴의 Svante Oden은 지표수 측정망 을 운영하여 산성비의 원인이 대기오염물질의 장거리 이동임을 알아내고 빗물의 주요 이온과 산성도에 계절적 변화가 있음을 발표하였다. 그의 주장에 근거하여 스웨덴은 1972년 유엔 환경회의에서 산성비 에 대한 주장을 하였으며 그 이후로 산성비는 범지구적인 관심의 대상이 되는 용어로 부각되었다. 산성비 문제는 주로 지구환경 문제로 분류하고 있으나 엄격히 말하자면 지역 환경 문제이다. 산성비의 원인 물질로는 이산화황과 질소산화물을 들 수 있는데 이들 물질이 대기중에서 이동, 확산하면서 화학적, 물리적 변환을 일으켜 황산, 질산이 되어 빗물을 산화시킬 수 있는데 이를 산성비 현상이라고 한다. 산성비 현상은 배출원으로부터 수 천km 떨어진 곳에까지 미치는 것으로 알려져 있으며 따라서 산성비 문제는 다국간의 대기오염물질 장거리 이동이 문제가 된다. 특정 지역의 빗물의 산성도는 지역 오염과 대기 오염 물질의 장거리 이동이 복합적으로 나타난 결과이다. 산성비에 대한 피해에 대해서는 유럽과 북미 대륙 에서 보고된 바 있으며 그 동안 많은 국가들이 참여 하여 산성비의 영향을 밝히고 저감대책을 세우는 것을 목표로 한 많은 국제 공동연구와 국제 협약의 결과 로 대기오염물질 배출 저감을 목표로 하는 국제 협약이 체결된 바가 있다. 우리나라를 포함하는 동북아시아 지역의 대기오염 물질 배출량은 이미 앞서 언급한 서유럽과 북미대륙과 비슷한 수준에 이르렀으며 향후에는 세계 최대의 대기오염물질의 배출지역이 될 것 은 매우 명확한 사실이다. 따라서 동북아 지역의 산성비 피해를 방지하기 위해서 산성비를 장기적으로 감시하는 것이 중요하며, 산성비 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 산성비의 정의 pH 는 액체의 산도를 측정하는 측정치이다. 순수한 물은 그 속에 수소 이온 (H +)과 수산화 이온 (OH-)을 가지고 있다. 이들 이온 들의 총 개수는 순수한 물의 리터당 1014 g 원자들이다. 이들 원자들의 반이 수소이온(리터당 107 g 원자 ) 으로 양의 전하를 갖는다. 용액의 pH는 수소이온 농도의 음의 대수로 정의된다. 그러므로 만약 수소이온이 10-7 이라면 pH는 7이고 이것은 중성 상태에 대응한다. 만약 수소이온 농도가 10-6 이라면 pH는 6이 된다. pH의 차가 1이면 수소이온의 개수는 10배의 차이를 보인다. 산성비는 pH가 5.6미만인 비이다. 빗물의 산도는 여러 장소에서 상당히 다르게 나타난다. 고알카리 먼지가 존재하는 곳에서는 약 7의 중성이 나타 나기도 하나 보통은 6부근에 나타난다. 다른 액체들과 비교해 보면 식초는 약 2의 pH를 가지며, 건전지액 은 1의 pH를 가진다. 반면에 중탄산나트륨은 8이상의 pH를 나타내며 암모니아는 11의 pH를 갖는다.



산성비 생성메카니즘

CO 2에 의한 빗물의 pH
공기중의 CO2 농도는 0.035%이고, 수증기압은 25℃에서 0.0313 atm, CO2 의 Henry 상수는 3.38×10-2mol/Lㆍatm 이므로 공기중의 CO2 농도에 따른 부분압, Pco2는

Pco2 = (1,000atm-0.31atm)×3.5×10-4

= 3.39×10-4atm

그리고 〔CO2〕는

〔CO2〕= 3.38 × 10-2(mole/lㆍatm)×3.39×10-4(atm)

= 1.028×10-5M

그런데 CO2 가 물에 녹으면 다음 반응을 일으킨다.

CO2 + H2O ↔ H+ + HCO-3

그러므로 H+=HCO-3

H+=(1.1458× 10-5× 4.45× 10-7)1/2

H+=HCO-3=2.258×10-6

그러므로 pH=5.646 CO2는 물에 녹아서 약산성을 나타내므로 pH 5.67 이하의 강산성 물질이 녹아서 나타내는 경우를 산성비라 한다.



산성비의 원인물질

산성비를 분석하면 양이온으로서 H+, NH4+, Ca2+, Mg2+ 등이 있고, 음이온이로서 SO42-, NO-3, Cl- 등이 있다. 표에서 보는 바와 같이 SO42-, NO-3, Cl- 가 산성비에 대하여 큰 영향을 미치고 있는데 SO42-는 대기중에서 SO2가 산화한 것이고, NO-3는 NO, NO2가 산화한 것이다. Cl-는 염소 화합물의 연소 또는 대기중의 NaCl 입자가 SO42- 와 반응하여 생길 수 있다.

2NaCl+H2SO4 → 2HCl+Na2SO4

NaCl+HNO3 → HCl+NaNO3



산성비의 원인물질 및 변환

오염물인 SO2/SO3, NO2/HNO3 가 구름이나 물방울에 용해되어 황산 및 질산을 형성하는 습 성 강우의 원인물질은 SOX 가 84%, NOX 가 8%, Cl 이 8%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그중 가장 비율이 높은 SOX 는 주로 무연탄등 화석연료를 연소하여 발생하며 NOX는 주로 자동차의 매연이나 천연가스가 그 주된 발생원인이 되고 있다. Cl 은 자연 발 생원이며 그 비율도 강우의 산도에 크게 기여치 않은 것으로 알려져 있다. 문제는 인간 활 동의 영향에 의한 유황 산화물과 질소산화물이다. 이 산화물들이 산성우에 미치는 영향은 심각하여 강우의 산도가 생물들이 존재하기 힘든 3.0이하의 경우도 자주 출현하는 것으로 보고되고 있다.

1. 유황 산화물
대기중에 존재하는 유황화합물 SO2, H2S, SO3 등은 독성을 가지는 물질로 인체에 무척 해로운 것이지만 다행히 그 이동이 신속히 진행되며 제거 경로가 다양하여 대기 중에서의 빠른 감소를 보인다. 유황은 산화된 다음 H2SO4 또는 유황산화물 의 형태로 침강한다. 황화수소 H2S 는 산 소원자와 분자, 오존등에 의해 산화 된다.

O2에 의해

H2S + 1/2O2 → HS + OH → SO2 + H2O

H2S + O3 → SO2 + H2O 형성된 이산화황은 산소원자와 분자 및 오존과 결합하고 자외선 또는 분진입자가 그 촉매 작용을 하여 산화될 수 있다.

SO2 + 1/2O2 + M → SO3 + M

SO2 + O3 → SO3 + O2

분진입자가 촉매 작용을 하는 반응은 SO2 가 참여하는 기체상 반응에서 가장 중요한 과정 이며 형성된 SO3는 물과 반응하여 곧 황산 물방울을 형성한다.

SO3 + H2O → H2SO4

또 SO2가 물과 반응하면 아황산을 만들며 아황산도 급격히 산화하여 황산을 만든다.

SO2 + H2O → H2SO3

2H2SO3 + O2 → 2H2SO4

형성된 황산은 암모니아 또는 금속염 (해염핵의 NaCl)과 반응하여 황산화물(SOX)룰 형성 한다.

H2SO4 + NH2 → NH4HSO4

H2SO4 + NaCl → NaHSO4 + HCl 또 이산화황은 암모니아와 수분이 공급되면 급속히 반응하여 황산화물을 형성한다.

2SO2 + 2NH3 + 2H2O + O2 → 2NH4HSO4 반면에 황산은 암모니아 또는 금속염인 NaCl등과 결합하여 준성염을 생성하기도 하며 이산화황 역시 암모니아와 수분과의 반응에서 중성염을 생성하기도 한다.

H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4

H2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl

2SO2 + 4NH3 + 2H2O + O2 → 2(NH4)2SO4

이와같이 형성된 황산염은 빗물에 섞여서 강하하게 된다.


2. 질소 산화물
유황산화물과 더불어 산성비의 pH를 저하시키는 주요물질인 질소산화물 (NO/NO2)은 대류 권에서 매우 안정된 상태로 존재하며 대부분은 생물지화학적순환으로 자연 싱크에 의해 제 거된다. NO는 4∼6일 사이에 O2,O3에 의해 산화되어 NO2/NO의 비를 약 2.5정도로 유지 시킨다.

NO + O + M → NO2 + M

NO + O3 → NO2 + O2

이산화질소의 대기중 수명은 3일정도이며 NO2가 제거되는 과정은 가스상태로 직접 침강하 는 경우와 질산을 생성하는 경우로 나뉘어지며 그 양도 반반 정도이다.

2NO2 + H2O ↔ HNO3 + HNO2

3HNO2 → HNO3 + 2NO + H2O

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

질산도 농도는 희박하지만 암모니아 또는 금속염인 NaCl등과 결합하여 중성염을 생성하기 도 한다.

HNO2 + NH3 ↔ NH4NO3

HNO3 + NaCl → NaNO3+ HCl


3. 대기중의 유황의 순환과정
인위 기원의 오염물질중 에어로졸 입자에 포함되는 황산, 황산염은 주요한 구성물질의 하나 로 지금까지 많은 연구가 있었다. 특히 1970년대가 되면서 자연기원(생물기원)의 DMS(CH3SCH3), CS2, COS가 대기중에 방출되고 있다는 것이 밝혀지면서 종래 생물 기원 의 유황이 H2S에서만 생성된다는 관점에서 탈피하게 되었다. 전체유황화합물의 42%는 인간활동에 의한 것이고, 자연 기원으로 방출되는 해염입자의 S 또는 화산에서 방출되는 S 의 양은 전체의 30%이다. 생물기원중 DMS와 H2S는 그 방출량 이 많기 때문에 대류권, 특히 인위원에서의 입자상 S에 기여하는 정도가 크다는 것에서 그 중요성이 지적되고 있다. SO2의 발생원으로는 화석연료의 연소에 의한 것이 64%로 가장 많으며 SO2의 반 정도는 침적하고 나머지는 가스입자 변화과정에 의해서 황산, 황산염을 형성한다. DMS로부터의 입자 형성에서는 SO2로부터 형성되는 입자상 S가 해염 입자로서 방출괴는 양과 거의 같다. 이것은 인위기원의 SO2에 의해서 형성되는 입자상 S가 전체 입자상 S의 60%정도가 된다는 것을 의미한다. 해염입자로서 방출괴는 S는 MgSO4, Na2SO4, CaSO4 등의 염으로 존재하는 것이다. 따라서 산성 입자로서 존재하는 황산, 황산염은 SO2의 산화에 의한 것의 기여가 큰 것으로 생각된 다. 또 해염 입자, 토양 입자중의 S는 주로 1㎛ 미만의 반경 영역에 존재한다.


4. 대기중의 질소의 순환과정

석탄, 중유의 연소 그리고 자동차에 의한 가솔린 연소가 주된 발생원인 질소산화물은 유황 산화물과 함께 산성비의 pH를 저하시키는 주된 성분으로 대기중의 황산이온(SO4-2)과 질산 이온(NO3-)의 비율이 2 : 1 정도로 알려져 있다. 그러나 최근에는 자동차 등에 의한 가솔린 사용의 급증으로 질소 산화물의 발생이 늘어나고 있는 추세이며 특히 자동차의 가솔린 연소 효율을 높일수록 질소산화물의 발생율이 증가하는 특성 때문에 문제시 되고 있다.



우리나라 산성비의 특징

우리나라에 내리는 빗물은 외국에서의 산성비와 매우 다른 특징을 보이고 있다. 외국의 경우 비가 내리기 시작하는 초기 강우의 경우 pH가 낮고, 시간이 갈수록 즉 비가 계속 내릴 때 pH가 높아질 것으로 예상할 수 있다. 그러나 우리나라의 경우 초기 강우일 때 pH가 높으며, 비가 계속 내리면 pH가 낮아지거나 일정 수준 이 유지된다. 그 이유는 우리나라의 경우 초기 강우에 의해서 제거되기 쉬운 먼지가 대기중에 존재하다가 강우시 흡수되어 빗물을 중화시키기 때문이다. 우리나라의 강우는 양이온 성분 즉 NH4+, Ca+2, K+, Mg+2, Na+이 다량 함유되어 있고 이들 양이온 이 일반적으로 초기 강우를 증화시키는 역할을 한다. 서울의 경우 계절적 변화를 보면 가을, 겨울에 pH 가 4.8 부근으로 비교적 낮았고, 여름(5.5), 봄( 6.2) 이 상대적으로 높았다. 여름철의 pH가 높은 것은 여 름철에 강수량이 집증되고 강우 강도가 높아서 초기 강우의 pH가 낮으나 후속 강우의 pH는 5.6 근방을 보이기 때문이다. 봄철에는 강우 강도가 적고 가뭄에 의해서 토양 먼지와 장거리 이동하는 황사의 영향으 로 빗물중 양이온이 풍부하게 존재하기 때문이다.

빗물을 산성화시키는 주요 성분인 SO4-2, NO3-은 빗물의 pH( 또는 수소이온농도)와 상관관계가 있을 것 으로 추측되고 있다. 외국의 경우 SO4-2, NO3- 이온의 농도와 pH는 좋은 역상 관계를 보이는 반면 우리나라의 경우 이러한 상관관계가 거의 성립하지 않는 것으로 보고 되고 있다. 그 이유로는 빗물중에 양 이온 성분이 많아서 빗물을 중화시켜 주기 때문이다. 양이온의 농도는 경우에 따라 큰 차이를 보이고 있 으며 다량의 양이온이 존재할 때에는 알카리 비가 오기도 한다. Ca+2, K+이온의 근원은 토양입자로 알려져 있으며 NH4+이온의 경우 농업, 축산활동, 쓰레기 의 부패 과정에서 나오는 것으로 알려져 있다.

우리나라의 산성비 특성은 빗물을 중화해 주는 먼지 때문에 나타난다고 해도 과언이 아니다. 황사 현상이 있을 때에나 대기 중 먼지 성분이 다량 존재할 경우에는 pH 7 이상인 알카리 비가 내리기도 한다. 따라서 황사나 먼지 문제는 부유 분진의 관점에서 보면 문제점이지만 산성비의 관점에서 보면 중요한 화제의 공급처이기도 하다. 우리나라에 내리는 황사의 양은 pH 4.7의 비 1,300mm를 중화할 수 있는 양이라는 보고가 있었다. 여기서 우리가 알 수 있는 것은 우리나라의 경우 산성비 현상을 이해하는데 빗물의 pH는 좋은 척도 라고 볼 수 없다는 것이다. 빗물의 pH는 수소이온 농도와 다음과 같은 관계가 있다.

pH= -log10H+

그리고 빗물의 양이온 총량과 음이온 총량은 반드시 같아야하므로 H+는 다음과 같은 식으로 표현된다.

H+=2×SO4-2 + NO- + Cl- - 2×Ca+2 - Na+ - 2×Mg+2 - NH4+ - K+

위의 식으로 보면 수소이온 농도H+는 다른 양이온과 음이온의 차이이다. 빗물 중 양이온, 음이온 성분은 대기중 기체상, 입 자상 물질이 빗물에 영향을 주는 것이므로 대기 정책의 직접적인 결과로 볼 수 있다. 따라서 산성비 정책수립의 기반을 조성하기 위해서는 빗물의 pH 이외에도 다른 이온 성분의 농도를 장기적으로 측정하 는 것이 필요하며 산성비 정책의 변화에 따른 각 이 온 성분의 변화를 장기관측하는 것이 미래의 산성비 정책, 대기오염 저감 정책의 신뢰성을 높여 줄 수 있다. 또한 산성비 측정치 보고시 이온 농도가 많이 보고되고 있으나 산성비의 피해는 산성비의 순간 농도 보다 장기적으로 누적되어 낙하한 총량이 더욱 중요 하게 된다. 우리나라에서 산성비 정책을 세우는데 필요한 것은 우리나라에 떨어지는 산성 물질 강하 총량에 대한 전국적 규모의 연구이다. 우리나라와 같이 부유분진 이 산성도에 영향을 크게 미치는 나라에서는 pH보다는 H+, SO4-2 ,NO3-, Ca2+,K+, NH4+ 이온의 농도 및 그 총량이 더 의미가 있는 숫자가 된다.



산성비가 생태계에 미치는 영향

1. 육상 생태계
가. 직접적인 영향

산성비는 대기중의 오염물질, 황산과 질산을 포함하는데 이들은 식물체의 잎에 부착해 흡수 되거나 씻겨 내려간다. 식물체의 잎에 흡수될 경우 산이 가지고 있는 탈수성과 반응성에 의해 잎이 부식되는데 그 결과 식물의 잎이 하얗게 되고 구멍이 생기는 necrosis 와 엽록소가 파괴되어 잎이 누렇게 되어 조기 탈락하는 chrolosis가 일어난다. 즉 질산염이 잎에 흡수되 면 잎속의 K+ 와 H+ 이온이 질산염과 치환되어 잎속의 양분을 용탈시키고 식물체 잎의 양 분이 줄어 들면서 식물병과 해충에 대한 저항성이 작아져 나무나 식물체가 쉽게 병들고 죽 게 된다.

나. 간접적인 영향

산성물질이 토양 내에 축적되면 토양의 pH가 높아지게 되는데, 이는 토양의 산성화를 가져와 식물체의 생장과 미생물 활동에 영향을 주게 된다. 토양의 산성화는 토양내 양분 있는 양이온이 수소이온이나 알루미늄과 같은 중금속과 치환되어 용탈되고 토양내의 독성물질이 축적되어 식물체의 영양 결핍증을 가져 오기도 한다. 토양의 산성화는 토양 미생물의 활동을 방해해 토양내 낙엽이나 사체가 제대로 분해되지 않아 토양 소동물까지 영향을 받게 된다. 토양의 산성화는 식물체가 직접적으로 입는 피해보다 훨씬 더 심각한 피해를 가져오고 나아가 담수생태계에까지 영향을 주게 된다.


2. 담수 생태계

산성비의 피해는 토양과 호수의 산성화로 귀결되어진다. 각각에 대하여 간단히 소개하면 다 음과 같다. 호수의 산성화는 호수가 alkalinity를 잃을 때 일어난다. 자연의 맑은 물에서 대부분의 산중 화능력은 bicarbonate ion, HCO3-로 구성되어 있다. Carbonate alkalinity는 다음과 같이 정 의된다.

alkalinity= HCO3- + 2CO3-+ OH-- H+

황산과 같은 강산이 bicarbonate water에 들어갔을때 부가적인 수소이온은 bicarbonate ion 과 반응함으로써 중성화되어진다. 그래서 alkalinity는 부가된 강산의 양만큼 감소된다.

2H+ + SO42- + 2HCO3- = CO22H2O + SO42-

호수의 산중화능력은 pH의 큰 변화에 대해 완충시키는 역할을 갖고 있지만 하천에 완충이 온의 공급을 능가하는 수소이온의 공급이 주어졌을 때 산성화가 일어난다. 산도의 증가가 물고기에게 끼치는 영향은 산성비에 의해 토양으로부터 용해된 알루미늄에 일차적으로 책임이 있다. 알루미늄이온은 물고기의 아가미를 자극하여 보호점액을 만들게 하고 보호점액은 물고기가 질식할 때까지 아가미 filament의 부식과정에 착수하게 된다. 이 와 같은 방법에 의하여 산도 증가가 호수에서 물고기의 피해를 가져오게 된다. 산성물질의 침착이 토양에 끼치는 영향은 두가지 가설로 살펴볼 수 있다. 하나는 양이온 결 핍설로 산성물질( SO42-, NO3- )이 토양에 떨어지면 Ca2+, Mg2+, Na+, K+ 등의 염기성 양이온과 결합하여 토양의 염기성양이온을 제거하게 되어 토양의 완충능이 감소되므로 식물 의 무기영양소 결핍이 일어난다는 가설이고 다른 하나는 Al 독성설로 자연적인 풍화과정에 의하여 토양속에 저장되어 있었던 중금속 물질들(Al, Cd, Zn등등)이 토양이 산성화 되었을 때 유동적이된다. 즉 중금속들이 토양수내에서 상당히 용해해 들어가게 된다. 이런과정에 의 하여 증가된 Al3+이 뿌리에 피해를 준다는 설이다.

캐나다의 호수를 대상으로 연구한 학자들에 의하면 기후 온난화, 산성비, 성층권 오존층의 고갈과 자외선의 증가 사이에는 상호 작용이 일어나며 상호 작용 결과, 더 많은 양의 자외 선이 호수를 통과해서 호수 생태계를 파괴하는 것으로 밝혀졌다. 이번 연구는 위의 세 가지 현상이 상호 연관되어 있음을 보인 최초의 것이라고 한다. 이번 연구를 주도한 과학자들은 1971년부터 1990년까지 20년동안 캐나다 남부에 있는 온타리오 북서부 지방의 호수들을 대상으로 연구를 수행했다. 이 호수들이 위치한 지역은 아한대 수림(boreal forest)을 형성하고 있으며 북극 툰드라 지 대 아래 지역과 스텝 지대, 초원 지대, 활엽수 지대보다는 위쪽에 해당하는 지역으로 북반구 에 해당한다. 아한대성 호수는 지구에서 가장 많은 수를 차지하고 있는 호수 유형에 속한다. 추정한 바에 의하면, 이런 유형의 호수가 지구상에 아마도 2백만개 정도 있을 것이라고 한 다. 예를들면 세계에서 가장 큰 호수인 러시아의 바이칼 호수(Lake Baikal), 미국 레이크 슈 페리얼(Lake Superior)들이 이 유형에 속한다. 20년의 연구 기간 동안 온타리오 주변의 기후는 섭씨 온도로 1.6도 정도 따뜻해졌는데, 지구 온난화가 그 원인으로 지목되고 있기는 하지만 분명한 원인은 아직 밝혀져 있지 않다. 원인 이 무엇이든지 간에 따뜻해진 호수 수질에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 20년 동안 호수표면까지 다다른 자외선의 양도 10% 가량 증가했고, 그 원인은 성층권의 오존층 이 얇아진 때문인 것으로 보인다. 같은 기간 동안 산성을 띤 비, 눈,안개 때문에 호수 또한 더 산성화 되었다. 자외선, 기후 온난화, 산성비에 대한 영향을 항목별로 살펴보면 다음과 같다.

먼저 자외선 영향의 경우, 연구 대상 지역에 쪼여진 자외선에 의해서 호수생태계에 매우 큰 변화가 초래된 사실이 이미 밝혀져 있는데, 같은 양의 자외선에 노출된 캐나다 동부 지역에 서도 이미 비슷한 결과가 보고된 바있다고 한다. 이 변화의 원인은 물론 자외선인데, 자외선은 호수 밑 수미터까지 침투해서 식물의 광합성 을 저해하는 것으로 알려져 있다. 다시 말해서, 식물플랑크톤과 같이 호수를 떠다니는 식물 체들은 자외선의 양이 늘어나면 광합성양이 줄어든다. 자외선이 호수 밑으로 더 깊이 침투 하면 침투할수록 광합성양이 더 줄어들게 되는 것은 당연하다. 광합성은, 잘 알려져 있는 것 과 같이, 식물체가 태양 에너지를 사용하여 이산화탄소를 탄수화물로 전환시키는 과정으로 호수 생태계 먹이 사슬의 기초 부분을 형성한다. 자외선의 영향은 용존 유기 탄소량(DOC, dissolved organic carbon)에 대한분석을 통해서도 확인할 수 있다. DOC는 가시 광선이나 자외선이, 아한대 지역과 북부 산림지대에 위치한, 호수로 침투하는 것을 막아 주는 방패막 구실을 한다. 따라서 DOC가 많이 존재하면 자외선 의 해로운 영향으로부터 호수를 깨끗하게 유지할 수 있다. 반대로 물에 함유되어 있는 DOC 의 양이 감소하면 호수를 침투하는 자외선의 양은 늘어난다. DOC는 자외선의 침투를 수십 센티미터까지 차단할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한 자외선 침투량이 늘어나면 호수에 존재하는 미생물들이 피해를 받게 되는데 미생물이 줄어들면 DOC의 양도 연쇄적으로 줄어들기 때문에 악순환이 되풀이된다고 한다. 이를 도식 화 하면 다음과 같다.

자외선이 DOC를 감소시킴 → 자외선이 더 깊은 호수 바닥까지 침투→ 미생물들이 피해를 받아 더 많은 DOC 고갈 → 자외선이 더 깊은 곳까지 침투 이번 연구 결과에 따르면 자외선에 의한 피해 요인으로 성층권의 오존층 고갈이외에 다른 두 가지 요인이 더 있는 것으로 밝혀졌다. 기후가 따뜻해지거나 산성비가 내리더라도 DOC 의 양이 감소한다는 것이 그것이다. 이 세 가지 요인들이 함께 호수에 대한 자외선 침투량 을 증가시키는 것으로 나타났다. 기후가 따뜻해진 원인에 대한 명확한 결론이 이번 연구에서 밝혀지지는 않았지만, 기온 상 승이 호수에 미친 영향에 대해서는 쓸만한 정보가 밝혀졌다. 지난 20년동안 기온만 상승한 것이 아니라 강수량도 25%가량 감소했다고 한다. 증발량(evapotransiration ; 호수, 강, 토양, 식물체에 의해 지표면에서 대기로 일어난 총 증발량)은 같은 기간 35% 늘었고 항상 물이 흐르던 시내도 간헐성(intermittent)으로 바뀌었다는 것이다. 강수량이 적어지면, 토양으로부터 호수로 유입되는 유기 화합물의 양도 감소하고 DOC도 감 소한다. 지난 20년동안 온타리오주 북서부에 위치한 호수에서는 약 15-20%의 DOC가 감소 했으며, 이로 인해 늘어난 자외선 양은 22-63%라고 한다.

산성비는 인간의 산업 활동 과정에서 만들어진 황산화물과 질산화물에 의해서 생기는데, 캐 나다와 유라시아에 있는 호수에 가장 큰 위협으로 알려져 있다. 산성화를 유발하는 황 산화 물 배출은, 캐나다의 경우, 50% 이상 감소한 것으로 알려져 있다. 21세기초부터 황산화물을 법적으로 감소시키려는 법안이 미국에서 통과된 상태다. 그러나 이같은 법률적 조치가 캐나 다에 미칠 영향은 미국에서 얻게 되는 효과의 단지 반밖에 안된다고 한다. 산성비에 의한 DOC 감소는 기후 온난화에 의한 것보다 더 크다고 지난 20년동안의 연구 결과는 말해 주고 있다. 과학자들이 가장 염려하는 것은 수질이 깨끗하고 수심이 얕은 시내 와 연못의 경우 DOC가 조금만 감소하더라도 자외선에 의한 피해가 매우 커진다는 점이다. 물 속의 자연 생태계는 실내실험 결과보다 산성화에 더 약하기 때문에 문제는 더 심각하다. 이번 연구결과는 성층권 오존층 파괴에 의한 것보다 기후 온난화, 산성비에 의한 것이 자외 선에 의한 피해에 더 큰 영향을 준다는 것을 명확하게 보여 준다. 태양빛에 실려 오는 자외 선은 물을 마르게 할 뿐만 아니라 물을 살균하는 작용까지 하게 되고 결국 수질을 망가뜨린 다. 자외선은 미생물을 죽이는 강력한 살균제이기도 하므로 자외선 유입량이 늘어나면 생태 계는 커다란 피해를 받게 된다. 이번 연구의 중요성은 호수 생태계 파괴에 기후 온난화, 산성비, 자외선 유입이 상호 작용을 한다는 것을 밝혀낸 것 이외에 인간이 야기한 환경문제를 인지하는데 수십 년이 걸린다는 것을 보였다는 것이다. 이 연구를 수행한 학자들은 지금까지 밝힌 연구 결과에 비추어 과학 기술이 환경을 변화시키는 속도를 급속하게 떨어뜨리는 방법을 대안으로 제시하고 있다.