작품번호

1830

제54회 전국과학전람회

중금속 농도 분석과

대기 상자 모델을 이용한

황사의 유입 과정에 대한 탐구

출품분야 학생부 출품부문 환경

2008. 07

구 분 성 명

출품학생황사연구동아리

( 김지연, 최지유 )

지도교사 김 정 수

- i -

목 차

1. 연구 동기 및 목적 ······················································································1

가. 연구 동기 ············································································································1

나. 연구 목적 ············································································································2

2. 이론적 배경 ······································································································3

가. 황사 현상과 황사의 조성 ················································································3

나. 황사의 공간 분포와 이동 ··············································································4

다. 대기 상자 모델 ··································································································5

3. 연구 방법 ···········································································································7

가. 황사 먼지 포집 ··································································································7

나. 황사에 포함된 중금속 성분 분석 ··································································8

다. 기상조건과 PM10농도 분석 ··········································································11

라. 황사 기단의 이동경로 분석 ··········································································11

4. 연구 결과 ·········································································································13

가. 원자흡수분광을 위한 황사 먼지의 전처리 조건 탐구 ····························13

나. 황사 발생시 PM10 농도 변화와 유입 경로 분석 ····································19

다. 대기에 포함된 중금속 분석을 통한 황사 유입 과정 분석 ····················24

5. 결론 및 제언 ·································································································29

참고 문헌 ················································································································31

- ii -

표 목 차

표 1. 황사의 조성 ········································································································3

표 2. 황사 샘플 포집 기간 및 포집 샘플 수 ························································8

표 3. 원자흡수분광의 검량 조건 ············································································10

표 4. 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 농도 분석(ppm) ···························14

표 5. 초음파세척기 온도 및 가동시간에 따른 금속 성분의 추출 농도 분석(ppm) ·········15

그 림 목 차

그림 1. 전 세계의 에어로졸 농도 분포 ··································································1

그림 2. 역유적선 모델에 의한 황사의 이동경로 추적 사례 ······························4

그림 3. 대기오염 모델링의 흐름도와 모델의 구성 요소 ····································5

그림 4. 대기 상자 모델의 구성 요소 ······································································5

그림 5. 학교를 중심으로 한 황사 먼지의 위성 사진 ··········································7

그림 6. 연구에 사용된 고성능 분진 포집기(HVS) ··············································7

그림 7. 환경오염공정시험방법에 의한 전처리 과정 모형 ··································9

그림 8. 원자흡수분광을 위한 전처리 과정 ····························································9

그림 9. AAS(AAnalyst 400)를 이용한 금속 성분 정량 ···································10

그림 10. AAS로 측정한 Fe, Zn, Pb 의 검량선 ·················································10

그림 11. 기상청 홈페이지의 황사 센터 및 강화 지역의 PM10 농도 ············11

그림 12. NOAA의 대기자원실험실 및 입력 정보 ··············································11

그림 13. NOAA에서 분석한 대기자원이동 경로(2008.6.19 15H) ····················12

그림 14. 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 정도 비교 ································14

그림 15. 초음파 세척조건에 따른 철의 추출 정도 비교 ··································16

- iii -

그림 16. 초음파 세척조건에 따른 아연의 추출 정도 비교 ······························16

그림 17. 초음파 세척조건에 따른 납의 추출 정도 비교 ··································16

그림 18. 원자흡수분광을 위한 황사 먼지의 전처리 과정 순서도 ··················18

그림 19. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2007-1, 강화) ····························19

그림 20. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2007-2, 강화) ····························20

그림 21. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2008-1, 강화) ····························20

그림 22. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2008-2, 강화) ····························21

그림 23. 관측된 황사별 유입 경로 분석 결과 ····················································22

그림 24. 황사가 발생하지 않았을 때 PM10농도의 시간 변화(강화) ·············23

그림 25. 황사가 오지 않은 날의 대기성분 유입 경로(2008.6.23 12H) ·········· 23

그림 26. 2007년 3월 6일 황사에 포함된 중금속 농도 변화 ····························24

그림 27. 2007년 3월 6일의 PM10 농도 변화 ······················································24

그림 28. 2007년 3월 14일 황사에 포함된 중금속 농도 변화 ··························25

그림 29. 2007년 3월 14일의 PM10 농도 변화 ····················································25

그림 30. 2008년 3월 16일 황사에 포함된 중금속 농도 변화 ··························26

그림 31. 2008년 3월 16일의 PM10 농도 변화 ····················································26

그림 32. 2008년 3월 15일의 풍속 변화 ································································26

그림 33. 황사가 오지 않는 날의 중금속 농도 변화(2008.6.23) ·······················27

그림 34. 2008년 6월 23일의 풍속 변화 ································································27

- 1 -

1. 연구 동기 및 목적

가. 연구 동기

중국 대륙의 동쪽에 위치한 우리나라는 중국과 함께 편서풍 지대에 포함되어 있

다. 이 때문에 매년 봄이 되면 고비 사막이나 타클라마칸 사막과 같은 건조 지대에

서 기원한 모래 바람이 편서풍을 타고 우리나라까지 전달되는데 이것이 바로 우리

나라에서 보는 황사 현상이다. 우리나라의 지정학적 위치는 환경 변화의 흐름에 주

목할 수 있는 기회를 주었는데 특히 지구 온난화가 가속되면서 평균 기온의 상승과

사막화의 영향 때문에 점점 심해지고 있는 황사 현상은 많은 아시아 지역 뿐 아니

라 유럽이나 미국에서도 관찰되어 이제는 전 지구적인 환경 문제로 대두되고 있다

[한중황사조사연구단, 2004].

그림 1. 전 세계의 에어로졸 농도 분포.

그림 1은 세계의 에어로졸 농도 분포를 지수화하여 보여주고 있는데, 중국 대륙

상공에서 발원한 에어로졸의 농도가 매우 높은 것을 알 수 있다. 이는 중국에서 기

원한 황사가 전 세계의 에어로졸의 대부분을 차지하고 있음을 말한다. 황사는 편서

풍을 타고 우리나라와 일본 열도에 직접적인 피해를 주고 있다. 에어로졸은 인간의

산업 활동에 의해서 발생하거나 자연적으로 발생하는데 대표적으로 황화물, 질산화

물, 토양 먼지 등이 있다.

대기 중 미세 먼지는 그 크기에 따라 PM2.5, PM10, TSP 등으로 분류되는데, 황

사에 관한 국지적인 연구는 주로 황사 먼지에 포함된 PM10 이나 PM2.5 에 포함된

중금속의 유해성에 대한 연구들이 수행되어졌으나 대부분 황사 먼지의 일별 포집에

따른 연구들이었다[양아름 외, 2004]. 한번 영향을 주면 2∼3일 정도 지속적으로 영

향을 주는 황사를 시간별로 분석한 연구도 있으나[곽은영 외, 2003; 김기현 외,

2002], 그 시간 간격이 길어서 황사에 포함된 중금속 성분을 시간 변화에 따라 분석

- 2 -

하는 데는 한계가 있었다.

우리나라에서는 황사의 유입의 판정을 PM10의 농도를 가지고 한다. PM10의 농

도가 400μg/m3을 넘었을 때 황사주의보, 800μg/m3을 넘었을 때 황사경보가 내려진

다. 그러나 최근의 인천(도시)지역의 PM10 농도를 보았을 때 100μg/m3을 넘는 날

들이 많아졌다. 이는 인천 지역에 PM10 분진의 양이 많아졌다는 의미도 될 수 있

고, 중국에서의 황사가 자주 온다는 것으로도 판단할 수 있다.

황사에는 토양 입자 이외에 많은 중금속 성분이 포함되어 있다. 기본적으로 토양

에 많이 포함되어 있는 금속 성분은 황사에도 많이 포함되어있으며, 자연적 발생

요인에 의한 금속 성분으로 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 철(Fe) 등을 들 수 있다. 황사

가 유입되는 동안에 황사에 포함된 중금속 성분의 변화를 분석하면 황사가 어떤 과

정을 통하여 유입되는지를 알 수 있다.

이 연구에서는 인천 영종 지역에 유입되는 황사 먼지의 유입 경로를 분석하기 위

해 대기에 포함된 중금속 성분의 농도 분석과 대기 상자 모델을 이용하여 황사의

유입 과정을 탐구하고자 한다. 황사의 유입 경로를 탐구하기 위해 NOAA에서 제공

하는 대기 유입 경로를 분석하고자 한다. 대기 상자 모델로 황사 유입과정을 분석

하기 위해 황사가 오는 시기에 3시간 분량으로 대기 먼지를 포집하여 그 속에 포

함된 금속 성분을 원소별로 정량하고, 정량된 금속 성분의 농도 변화를 PM10 농도

변화 및 기상 조건과 비교하면 인천 영종 지역으로 유입되는 황사의 유입과정을 밝

힐 수 있을 것이다.

나. 연구 목적

이 연구에서는 황사 먼지의 유입 경로를 분석하기 위해 대기에 포함된 중금속 성

분의 농도 분석과 대기 상자 모델을 이용하여 황사의 유입 과정을 탐구하는 것이

다. 이를 위해 NOAA에서 제공하는 대기 유입 경로를 분석하고, 대기 상자 모델로

황사 유입과정을 분석하기 위해 황사가 오는 시기에 3시간 분량으로 대기 먼지를

포집하여 그 속에 포함된 금속 성분을 원소별로 AAS로 정량한다. 연구 목적을 달

성하기 위해 다음과 같은 연구를 수행하고자 한다.

(1) 황사 발생 시기에 인천 영종 지역 일대에 유입되는 황사 먼지를 고성능 분진

포집기(HVS, High volumn air sampler)를 이용하여 매 3시간 분량으로 포집

한다.

(2) 포집된 황사 먼지 속에 포함된 중금속 성분의 농도를 원자흡수분광법으로 정

량하기 위한 전처리 조건을 탐색한다.

(3) 황사 발생시 PM10 농도 변화와 대기 유입 경로를 비교하여 분석한다.

(4) 대기에 포함된 중금속 성분 분석을 통해 황사의 유입 과정을 분석한다.

- 3 -

2. 이론적 배경

가. 황사 현상과 황사의 조성

황사 현상은 산업화에 따라 새롭게 발생된 환경 문제는 아니며, 역사를 거슬러

과거부터 있었던 현상이다. 하지만 과거보다 더 심각해지고 있는 황사 현상은 세계

가 직면한 지구온난화와 사막화, 공업화에 따른 대기 오염 등 다양한 환경오염과

깊은 관련을 맺고 있다. 특히, 고비 사막과 타클라마칸 사막과 같이 중국 면적의

30%를 넘기리라 보는 급속한 사막화는 황사가 발원되게 하고 봄철마다 엄청난 양

의 황사 먼지가 우리나라의 대기를 뚫고 지나가도록 하고 있다.

동북아지역의 황사는 지리적으로 중국의 서북부와 몽골 남부의 사막지역에서 기

원한다. 발생 빈도, 강도, 이동 경로 등의 지표들은 이런 발생지와 경로의 기상, 기

후, 토지 등에 직접적인 영향을 받는다. 황사는 모래와 바람이 특수하게 이동하는

풍사류인데, 황사의 빈도와 강도는 중국 사막화 결과의 구체적인 징표가 된다. 이에

따라 지표 열량의 불안정한 상황이 황사를 심화시킨다.

지구 온난화에서 시작되어 강수량 감소, 강한 바람 등 자연적 요인으로 위약해진

생태 환경이 급속한 중국 남동부 지방의 공업화 등 인위적인 요인에 의해 사막화가

급속히 진행되고 있다. 가장 급속히 사막화되는 농목축 교차지대는 (i) 과도한 경지

개간과 방목 등 불합리한 토지 이용, (ii) 경작기술의 낙후로 인한 수자원남용과 경

작지 퇴화, (iii) 산업 · 구조적 문제 등의 인위적 요인이 작용한 결과이다.

황사 알갱이의 크기는 10㎛의 dust부터 1000㎛의 sand까지 다양하다. 황사의 성

분은 모래를 구성하고 있는 SiO2 성분과 CaCO3 성분이 다량 함유되어 있는 알칼리

성 성분으로 이루어진다. 황사 먼지가 장거리를 이동하여 중국 대륙 남동부의 공업

화 지역을 지나면 기체상 물질들과 중금속 이온이 더해진다.

성분 미세 먼지(PM10) 조대 먼지(PM15)

농도(μg/m3) 평상시 황사시 평상시 황사시

Al 0.24 5.71 0.26 24.7

Fe 0.14 2.64 0.42 21.2

K 0.10 0.95 - 5.65

Na 0.08 0.26 - 0.79

Zn 0.06 0.19 - -

Mg 0.11 0.87 - 3.43

표 1. 황사의 조성

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나. 황사의 공간 분포와 이동

남부 몽고와 중국 중북부 지역에서 발생한 황사는 남동쪽으로 이동하며 중국 북

동부와 황토지역에서 발생한 황사와 합쳐져 만주와 중국 중부 지역까지 넓은 지역

에 걸쳐 영역이 나타난다. 먼지를 포함한 공기층은 종관 기상학적인 흐름을 통해

북동진하여 한반도까지 진행한다. 바람장의 분포에 의해 먼지 층의 북쪽 부분은 남

동쪽으로 이동하며 남쪽부분은 동북동쪽으로 이동해 일본까지 진행한다. 먼지 분포

의 시간 변화 양상은 TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)에서 얻어진 에어

로졸 지수 분포의 변화를 보아 확인할 수 있다.

황사 입자는 강한 수평 바람에 의해 풍하 측으로 이동하고 4km 고도까지 상승하

여 넓은 먼지 구름층을 형성한다. 구름층의 앞부분은 상층의 강한 풍속으로 인해

동쪽으로 기울어지면서 바람의 수렴 지역에서 경계를 이룬다. 기압골이 동쪽으로

이동하면 수렴지역도 함께 이동하고 먼지 구름층도 동쪽으로 이동하기 때문에 황사

발생은 강풍 지역에서 최대가 된다. 먼지 농도의 최대값은 발생 지역에서는 지표

근처이지만 발생지역을 지난 경우는 지표 침착에 의하여 지표 부근보다는 상층에

고농도 값이 나타나는 특징을 보였다.

황사가 발생한 지역에서는 PM10의 농도가 가장 높게 나타나며 고도에 따라 감소

한다. 하지만 발생 지역에서 떨어진 경우 장거리 수송과 침착과정 때문에 최고 농

도값이 중간층(100∼1500m)에서 먼저 나타나는 경향이 있다. 한반도에서 관측되는

황사의 시작 시간은 상층 농도가 증가하는 시간과 일치하며 황사의 종료 시간은 최

하층의 농도가 매우 낮아지는 시간과 일치하게 나타난다.

그림 2. 역유적선 모델에 의한 황사의 이동경로 추적 사례.

- 5 -

다. 대기 상자 모델

대기오염 모델링이란 오염원의 정량적, 정성적 자료와 온도, 풍향, 풍속, 운량 등의

기상자료, 실험실에서 측정되는 광화학 및 화학반응자료 그리고 지표면의 거칠기

길이 및 지형 등을 수학적으로 가장 가깝게 묘사하여 해를 구하는 과정이라 할 수

있다. 이러한 과정은 다음 그림에서 나타난 과정과 같다.

그림 3. 대기오염 모델링의 흐름도와 모델의 구성 요소.

대기오염 모델 중 대기 상자 모델은 오염물질의 질량보존에 기본을 둔 모델로서

아래 그림과 같이 도시와 같은 넓은 지역을 하나의 상자로 가정하며 상자내부의 오

염물질 배출량, 대상 영역 외부로부터의 오염물질유입, 화학반응에 의한 물질의 생

성 및 소멸 등을 고려한다.

그림 4. 대기 상자 모델의 구성 요소.

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대기 상자 모델은 대상영역 내의 평균적인 오염물질 농도의 시간 변화를 계산하

여 비교적 간단하면서도 기상조건과 배출량의 시간변화를 고려할 수 있다. 모델에

따라서는 화학반응에 의한 농도의 시간변화도 계산이 가능하다.

대기 상자모델은 다음과 같은 가정 하에서 이론이 전개된다.

① 고려되는 공간에서 오염물질의 농도는 균일하다.

② 오염 물질 배출원이 지면 전역에 균등히 분포되어 있다.

③ 오염원은 방출과 동시에 균등하게 혼합된다.

④ 고려되는 공간의 수직 단면에 직각방향으로 부는 바람의 속도가 일정하여 환기

량이 일정하다.

⑤ 오염물질의 분해는 1차 반응에 의한다.

위와 같은 반응을 기초로 하여 다음 식에 의해서 상자 내의 평균농도의 시간변화

를 계산한다.

VdCdt

=QWL+C iVe-C 0Ve+KCV-V dCWL+WLdHdt

(C u-C)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

C: 도시 내의 평균농도 Ci: 도시로 유입되는 농도

C0: 도시에서 유출되는 농도 Cu: 도시상층의 혼합층 상부의 농도

u:도시공간의 평균적인 풍속 L: 풍향방향의 도시길이

W: 풍향에 직각방향의 도시길이 H: 대기오염이 퍼지는 도시공간의 높이

V(=L×W×H) : 도시공간의 부피 Ve(=u×W×H) : 도시의 환기지수

Vd : 건조침적 속도 k:오염물질의 변환율

Q: 도시의 단위면적(1m2)당 단위시간(1초)동안에 배출되는 오염물질의 질량

t : 시간

위의 대기 상자 모델을 구성하는 각 항들에 대하여 세부적으로 설명하면 다음과

같다.

(1) 도시 공간 전체에서 단위시간(1초)동안의 질량변화

(2) 도시 전체에서 단위시간(1초)동안에 배출되는 오염물질의 질량

(3) 도시측면을 통하여 단위시간(1초) 동안에 풍상측으로부터 유입되는 오염물질의

질량

(4) 도시측면을 통하여 단위시간(1초) 동안에 풍하측으로 유출되는 오염물질의 질량

(5) 도시공간 전체에서 단위시간(1초) 동안에 화학반응에 의하여 변환되어 생성 또

는 소멸되는 질량변화

(6) 도시의 전체표면에 단위시간(1초)동안에 흡수, 흡착되어 제거되는 오염물질의

질량

(7) 도시상층의 혼합층 상부로부터 단위시간(1초) 동안에 유입되는 오염물질의 질량

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3. 연구 방법

가. 황사 먼지 포집

황사 먼지의 포집은 황사 현상이 심한 지역을 따로 선정하여 수행하지 않고 인천

과학고등학교 옥상에서 수행하였다. 특히 학교가 위치한 영종도는 중국 대륙에서

날아오는 황사가 우리나라 내륙의 영향을 받지 않기 때문에 중국 토양이나 공업화

지역의 문제점을 그대로 나타내주는 좋은 척도가 될 수 있다.

그림 5. 학교를 중심으로 한 황사 먼지의 위성 사진.

황사 먼지의 포집은 고성능 분진 포집기(High volume air sampler, 이하 HVS라

표기)를 이용하여 수행하였다. 황사 분진은 미세 구조의 유리 섬유 여과지 표면에

흡착되어 처리된다. 본 연구에서 사용한 HVS는 Tisch Environmental Inc.의

TE-5200를 사용하였으며, 인천과학고등학교 옥상에 설치하여 매일 6시, 9시, 12시,

15시, 18시, 21시, 24시에 여과지를 교체해주며 3시간 분량의 분진을 포집하였다.

그림 6. 연구에 사용된 고성능 분진 포집기(HVS).

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황사 먼지는 기상청에서 황사 예보가 있는 날을 기준으로 2007년도에 2회, 2008

년도에 2회에 걸쳐 포집을 하였다. 그리고 황사가 오지 않는 시기와 비교하기 위하

여 비황사 시기를 1회 포집하였다. 황사는 고성능 분진 포집기(HVS)를 이용하여

매 9시, 12시, 15시, 18시, 21시에 3시간 분량의 황사를 포집하였으며, 24시부터 9시

사이에 포집한 황사는 9시간 분량의 황사로 포집된 양을 3등분 하여 평균값을 각

시간의 포집량으로 사용을 하였다. 아래 표는 황사 먼지를 포집한 기간과 포집 샘

플 수를 나타낸 것이다.

구분 포집 기간3시간 포집

샘플수

9시간 포집

샘플수비 고

황사 2007-1 2007.3.06 12H ∼ 3.06 21H 4 0 1일

황사 2007-2 2007.3.14 09H ∼ 3.14 21H 5 0 1일

황사 2008-1 2008.3.15 15H ∼ 3.17 21H 13 2 3일

황사 2008-2 2008.5.20 24H ∼ 5.22 15H 8 2 2일

비황사 2008.6.23 12H ∼ 6.25 12H 11 2 3일

표 2. 황사 샘플 포집 기간 및 포집 샘플 수

나. 황사에 포함된 중금속 성분 분석

1) 시료 전처리

시료의 전처리는 국립환경연구원에서 사용하고 있는 「환경오염공정시험방법」을

기본 모형으로 하여 시료 전처리 조건을 자체적으로 찾아서 실시하였다. 「환경오

염공정시험방법」에 의하면 황사가 포집된 여과지를 염산과 질산의 혼합 용액에 녹

인 후, 초음파 세척기를 이용하여 여과지 표면에 포집된 부유 분진을 여과지로부터

초음파 세정을 통해 분리시킨다. 초음파 세정이란 초음파의 캐비테이션(cavitation)

효과와 입자가속도 효과를 세정에 이용하는 기술로, 피세정물에 부착된 오염물질을

물리적, 화학적 수단을 이용해서 제거하고 이것이 다시 부착되지 않게 하는 방법이

다. 「환경오염공정시험방법」에서 제시하고 있는 시료 전처리 과정을 그림으로 제

시하면 다음과 같다.

- 9 -

황사를 포집한 여과지를 HDPE 통에 작은 조각으로 넣는다.

⇩

HDPE 병에 염산과 질산의 혼합 용액을 넣어 250 mL로 만든다.

⇩

초음파 세척기를 이용하여 100℃에서 2시간 동안 초음파 추출한다.

⇩

초음파 추출한 용액을 유리섬유필터를 이용하여 여과한다.

⇩

여과된 액을 이용하여 AAS분석을 한다.

그림 7. 환경오염공정시험방법에 의한 전처리 과정 모형.

아래 그림은 HVS로 포집한 황사 분진을 초음파 세척기와, 감압펌프를 이용한 여

과 과정을 거쳐 전처리하는 과정의 일부를 나타낸 것이다.

그림 8. 원자흡수분광을 위한 전처리 과정.

2) 원자흡수분광법에 의한 금속 성분 정량

전처리한 시료는 원자흡수분광기(Atomic Absorption Spectroscopy; AAS)를 이용

하여 금속 성분을 정량하였다. 연구에 사용한 원자흡수분광 장치는 PerkinElmer 사

의 AAnalyst 400 이다.

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그림 9. AAS(AAnalyst 400)를 이용한 금속 성분 정량.

이 연구에서 분석한 금속 성분은 Fe, Zn, Pb 의 3가지이며, 3가지 금속 원소의

표준 용액을 만들고 검량선을 그린 후 3가지 금속 원소의 Hollow Cathode Lamp 를

바꾸어 가며 아세틸렌 기체로 원자 흡광 분석을 수행하여 시료를 정량분석 하였다.

시료 분석에서 사용한 검량선의 직선성(R square)은 모두 1.00으로 표준시료에 의

한 분석 결과가 신뢰할 수 있는 수준이라는 것을 의미한다. 아래 표는 각각의 원소

의 흡광 파장과 검량 농도 범위, 직선성을 나타낸 것이다.

원소

흡수

파장

(nm)

검량선 농도(ppm)검량성의

직선성(R)원자화방법 비고첫번째

농도

두번째

농도

세번째

농도

Fe 248.33 1.0 2.0 3.0 1.000000 Flame(아세틸렌)

Zn 213.86 0.25 0.5 0.75 1.000000 Flame(아세틸렌)

Pb 283.31 0.25 0.5 0.75 1.000000 Flame(아세틸렌)

표 3. 원자흡수분광의 검량 조건

AAS에서 측정한 각각의 금속 성분에 대한 검량선은 아래 그림과 같다.

그림 10. AAS로 측정한 Fe, Zn, Pb 의 검량선.

- 11 -

다. 기상조건과 PM10농도 분석

연구에 필요한 PM10 농도는 기상청 홈페이지(www.kma.go.kr)의 황사 센터에서

제공하는 PM10 농도를 내려받기하여 사용하였다. 기상청 홈페이지의 황사 센터에

서는 전국적으로 23개 지점에서 측정한 대기 중 PM10 농도 및 황사 일기도 등의

황사 관련 정보를 실시간으로 제공해주고 있다. 그중 황사 포집 지역과 가장 인접

한 강화 지역의 PM10 농도 변화를 연구에 활용하였다. 기상청 홈페이지의 황사 센

터 및 PM10 농도 시계열은 아래 그림과 같다.

그림 11. 기상청 홈페이지의 황사 센터 및 강화 지역의 PM10 농도.

황사의 유입 과정을 분석하기 위해서는 다양한 기상 정보가 필요하다. 특히 풍속

과 습도 등이 중요한데, 시간별 일일기상 정보는 인천기상대에서 자료를 제공받아

연구에 활용하였다.

라. 황사 기단의 이동경로 분석

황사 기단의 이동경로 분석은 미국의 해양대기국 NOAA(National Oceanic and

Atmospheric Administration)에서 운영하는 대기 자원 실험실 ARL(Air Resources

Laboratory)의 자료를 이용하였다.

그림 12. NOAA의 대기자원실험실 및 입력 정보.

- 12 -

NOAA의 대기 자원 실험실에서는 지구 전체의 대기에 포함된 기체 및 에어로졸

에 관련되는 다양한 정보를 제공해주고 있다. 이 연구에서는 NOAA에서 제공하는

정보 중 대기자원의 이동경로에 대한 자료를 학교(북위 37.454°, 동경 126.732°)를

중심으로 이동경로를 분석하였다. NOAA의 대기 자원 실험실을 통해서 분석한 대

기 자원 이동 경로 분석 자료의 예시 자료는 아래 그림과 같다.

그림 13. NOAA에서 분석한 대기자원이동

경로(2008.6.19 15H)

- 13 -

4. 연구 결과

가. 원자흡수분광을 위한 황사 먼지의 전처리 조건 탐구

분진 포집기를 이용하여 포집한 황사 먼지 속에 포함된 중금속 양을 정량할 목적

으로 원자흡수분광법을 사용하기 위해서는 황사를 포집한 여과지를 전처리하여야

한다. 전처리는 포집한 시료에 포함된 유기물이나 현탁 물질, 난분해성의 착화합물

을 제거하고, 시료에 포함된 금속 성분을 추출하여 원자흡수분광기로 분석이 가능

한 시료 상태로 만드는 사전 처리 작업이다.

HVS로 포집한 대기 분진의 대략적인 전처리 과정은 그림 7에 제시된 것처럼

「환경오염공정시험방법」에 제시되어 있지만, 분진 포집기의 여과지 종류가 다르

고, 분석 조건이 서로 다르기 때문에 이번 연구 수행을 위한 전처리 조건을 먼저

찾아야 한다. 원자흡수분광법을 이용하여 황사 먼지에 포함된 중금속 성분을 정량

하기 위한 전처리 과정은 「환경오염공정시험방법」에 의한 전처리 과정을 기본 모

형으로 하여, 산의 농도, 초음파 세척 조건 등을 찾는 탐구 과정을 거쳤다.

1) 산의 종류에 따른 전처리 조건 탐구

여과지에 포함된 황사 분진 속에 포함된 유기물이나 현탁 물질을 분해하고, 금속

성분을 추출해 내기 위해서는 시료를 산 처리하는 방법이 가장 일반적이다.「환경

오염공정시험방법」에서는 시료를 산 처리하기 위하여 1.03M의 질산 37.5mL와

2.23M의 염산 37.5mL을 만들어 고르게 혼합하도록 하고 있다.

이 연구에서는 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 농도를 분석하기 위하여 같은

여과지를 동일하게 4등분하여 각각 증류수 250 mL, 1.03 M 질산 250 mL, 1.03 M 질

산과 2.23 M 염산의 혼합산 250 mL, 2.23 M 염산 250 mL에 넣고, 60℃에서 60분

동안 동일한 방법으로 초음파 처리를 한 후, AAS로 같은 원소 성분을 정량하여 어

떤 산에서 금속 성분의 추출이 가장 잘 되는 지를 찾아보았다. 여과지를 4등분하여

같은 방법으로 전처리 한 후, 각각의 시료에 포함된 같은 금속 성분의 함량을 정량

함으로써 산 처리 방법을 다르게 하였을 때, 측정하고자하는 금속 성분이 가장 잘

추출되는 산 처리 방법을 찾고자 하였다.

아래 표는 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 농도를 분석하기 위하여 산의 종

류와 혼합 방법을 다르게 하면서 금속 성분의 추출 농도를 분석한 결과이다.

- 14 -

금속원소

용매의 종류Fe Zn Pb

증류수 0.000 0 0.102

2.23 M 염산 0.292 0.188 0.188

2.23 M염산 + 1.03 M질산 0.282 0.139 0.152

1.03 M질산 0.165 0 0.214

표 4. 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 농도 분석(ppm).

위 표의 결과를 그래프로 나타내면 아래 그림과 같다.

그림 14. 산의 종류에 따른 금속 성분의 추출 정도

비교.

각각의 금속 성분은 같은 여과지에서 나온 것이므로 금속 성분의 전량이 추출되

었다면, 서로 같은 양이 정량되어야 한다. 하지만 산의 종류에 따라 금속 성분이 추

출되는 정도가 다르기 때문에 추출되는 금속 성분의 농도는 다르게 나타났다. 위

결과에 의하면 철과 아연의 경우에는 염산에서 금속 성분의 추출이 잘 일어나고,

납의 경우에는 질산에서 추출이 잘 일어나는 것으로 나타났다.

각 금속 성분의 절대량에 차이가 많이 나는 이유는 같은 금속은 같은 여과지에서

나온 것이기 때문에, 금속 성분이 다르면 서로 다른 여과지를 사용하였기 때문이며,

대기 중에 포함된 금속 성분의 절대량이 다르기 때문에 나타난 결과이다.

전처리할 때는 산 처리는 다양한 방법으로 할 수 있지만, 이 연구에서는 2.23 M

염산으로 전처리하는 방법을 선택하기로 하였다.

2) 금속 이온별 초음파 추출 조건 탐구(온도, 시간 변인)

황사가 포집된 여과지 표면에서 금속 성분을 분리 추출하기 위해서는 초음파 세

정을 이용한다. 초음파 세정이란 초음파의 캐비테이션(cavitation) 효과와 입자가속

- 15 -

도 효과를 세정에 이용하는 기술로, 피세정물에 부착된 다양한 물질을 물리적, 화학

적 수단을 이용하여 제거하고 이것이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다. 이 연구

에 사용된 초음파 세척기는 28kHz의 초음파를 발생시키며, 20℃∼ 70℃의 온도

범위에서 항온 기능을 가지고 있다.

금속

성분

용매

종류

세척

온도

초음파 세척기 가동 시간

15분 30분 45분 60분 75분 90분 105분 120분

Fe 염산

40℃ 0.1810 0.1599 0.1842 0.1906 0.1859 0.1979 0.2077 0.2213

50℃ 0.1230 0.1564 0.1709 0.1709 0.1865 0.1993 0.2110 0.2226

60℃ 0.0640 0.1353 0.1201 0.1761 0.2320 0.2160 0.2317 0.2666

70℃ 0.2210 0.2465 0.3408 0.3625 0.4109 0.4517 0.5012 0.5436

Zn 염산

40℃ 0.0260 0.0163 0.0300 0.0338 0.0401 0.0453 0.0489 0.0502

50℃ 0.0510 0.0536 0.0620 0.0620 0.0776 0.0804 0.0846 0.0901

60℃ 0.0340 0.0701 0.0959 0.1036 0.1093 0.1149 0.1317 0.1594

70℃ 0.0000 0.1778 0.2158 0.2618 0.2951 0.2995 0.3670 0.4481

Pb 질산

40℃ 0.1670 0.1737 0.1985 0.2232 0.2066 0.2134 0.2134 0.2155

50℃ 0.0990 0.1008 0.1274 0.1555 0.1498 0.1878 0.1842 0.2042

60℃ 0.0840 0.0902 0.0962 0.1001 0.1089 0.1033 0.0935 0.0894

70℃ 0.0830 0.0975 0.1120 0.1268 0.1257 0.1265 0.1108 0.1091

표 5. 초음파세척기 온도 및 가동시간에 따른 금속 성분의 추출 농도 분석(ppm).

동일한 여과지를 4등분하여 같은 방법으로 산 처리를 한 후에 4가지 온도 조건

(40℃, 50℃, 60℃, 70℃)에서 같은 방법으로 전처리한 후, 금속 성분의 함량을 정

량함으로써 초음파 조건을 다르게 하였을 때, 측정하고자하는 금속 성분이 가장 잘

추출되는 조건을 찾고자 하였다.

표 4는 초음파 조건에 따른 금속 성분의 추출 농도를 분석하기 위하여 초음파 세

척기의 온도 및 가동시간에 따른 산의 종류와 혼합 방법을 다르게 하면서 금속 성

분의 추출 농도를 분석한 결과이다.

위 표의 결과를 초음파 추출 시간 및 온도에 대하여 각각의 금속 성분의 추출 농

도를 그래프로 나타내면 아래 그림과 같다.

- 16 -

그림 15. 초음파 세척조건에 따른 철의 추출 정도

비교.

그림 16. 초음파 세척조건에 따른 아연의 추출 정도

비교.

그림 17. 초음파 세척조건에 따른 납의 추출 정도

비교.

- 17 -

위 그래프 결과에 의하면 초음파 세척기의 온도는 70℃에서 가장 금속 성분의

추출이 잘되며, 초음파 추출 시간은 120분 이상이 되어야 한다는 것을 알 수 있다.

국립환경연구원의 「환경오염공정시험방법」에서는 100℃의 온도 조건에서 2시간

동안 초음파 추출할 것을 권장하고 있지만, 우리 연구에서는 휘발성이 강한 산인

염산으로 산 처리를 하였기 때문에 온도 조건은 70℃로 낮추고, 초음파 추출 시간

은 3시간으로 증가시키는 것이 보다 효과적인 전처리 방법이 될 것으로 판단하였

다.

3) 원자흡수분광을 위한 황사 먼지의 전처리 과정 모형

앞선 탐구 결과들을 바탕으로 원자흡수분광법으로 황사 먼지 속에 포함된 중금속

량을 정량하기 위한 전처리 과정을 도해식 순서도로 나태내면 다음 그림과 같다.

- 18 -

2.23M 염산, 250mL를 넣는다.

황사 먼지를 포집한 여과지 1/4 조각을

HDPE병에 적당하게 찢어서 넣는다.

여과액을 멸균통에 넣고,

시료의 관련 정보를 기록한다.

조각은 작게 만들되,

가급적 손으로 자른다.

초음파 세척기의 뚜껑을 덮고,

항온에 주의한다.

HDPE 병을 초음파 세척기에 넣고, 70℃의

온도를 유지하면서 3시간 동안 세정을 한다.

감압 장치를 이용하여 감압한다.

초음파 세정이 끝난 용액을 필터로 걸러 낸다.

(Pore size : 1 μm, Thickness : 0.22 mm)

그림 18. 원자흡수분광을 위한 황사 먼지의 전처리 과정 순서도.

- 19 -

나. 황사 발생시 PM10 농도 변화와 유입 경로 분석

황사가 발생 했을 때, 황사에 포함된 PM10 농도의 시간별 변화량은 기상청에서

제공하는 기상정보를 활용하여 분석하였다. 기상청에서는 우리나라 각 지역에서의

PM10 농도 변화를 실시간으로 제공하고 있다. 기상청에서 제공하는 정보 중에서

우리 학교와 가장 가까운 곳인 강화 지역의 PM10 농도 변화만을 대상으로 학교에

서 샘플을 포집한 시기와 일치하는 기간인 (1) 2007.3.6 12H∼3.06 21H(황사

2007-1), (2) 2007.3.14 09H∼3.14 21H(황사 2007-2), (3) 2008.3.15 15H∼3.17 21H

(황사 2008-1), (4) 2008.5.20 24H∼5.22 15H(황사 2008-2), (5) 2008.6.23 12H∼6.25

12H(비황사)의 PM10 농도 변화를 그래프로 나타내어 분석하였다.

2007년 3월 6일의 황사(그림 19)는 시간당 최대 PM10 농도가 375μg/m3에 도달하

였으며, 황사주의보 수준에 달하는 황사가 5시간 이상 지속되는 비교적 규모가 큰

황사이었다. 이날의 황사는 황사가 끝나면서 PM10의 농도가 50μg/m3 미만으로 급

격하게 줄어든 것이 특징이다.

그림 19. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2007-1, 강화).

2007년 3월 14일의 황사(그림 20)는 시간당 PM10 농도가 120∼130μg/m3의 매우

약한 황사가 10시간 이상 지속되는 규모가 작은 황사이었다. 이날의 황사는 약한

황사가 오랜 시간 동안 지속되었다는 것이 특징이다.

- 20 -

그림 20. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2007-2, 강화).

2008년 3월 16에 관측된 황사(그림 21)는 시간당 최대 PM10 농도가 323μg/m3에

도달하였으며, 우리나라에서 황사가 관측될 때의 전형적인 PM10 농도 분포를 보여

주고 있다. 황사가 유입되면서 PM10의 농도가 서서히 증가하다가 황사 빠져나가면

서는 PM10의 농도가 급격히 줄어드는 모습을 보여주고 있으며, 국지적인 지역의

기상 현상에 따라 PM10의 작은 봉우리가 형성되는 모습을 보여주고 있는 것이 특

징이다.

그림 21. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2008-1, 강화).

2008년 5월 21에 관측된 황사(그림 22)는 시간당 최대 PM10 농도가 114μg/m3에

이르는 크기가 매우 작은 황사로, 황사와 함께 비가 오면서 대기 중의 PM10 농도

에 blank가 생기는 부분이 있는 것이 특징이다.

- 21 -

그림 22. 황사발생시 PM10농도의 시간 변화(2008-2, 강화).

연구 기간 포집한 각각의 황사가 어떤 경로를 통해서 우리나라에 유입되었는지를

분석하기 위해 PM10 농도가 최대값을 나타내는 시점을 중심으로 NOAA의 ARL

자료를 분석하였다.

2007년 3월 9일 9시경에 관측된 황사는 주로 유라시아 대륙을 12시 방향에서 수

직 방향으로 이동하면서 유입된 것으로 대기의 수직 분포에 관계없이 대기성분들이

모두 같은 방향으로 이동한 것이 특징이다.

2007년 3월 14일 9시경에 관측된 황사는 고비 사막에서 발원된 황사가 중국 대륙

을 관통하면서 유입된 것이며, 대기의 수직 분포에서 상층의 대기는 고비 사막에서

중층의 대기는 중국 내륙 지방에서, 하층의 대기는 산동반도 부근에서 발원되어 유

입된 것으로 분석되었다.

2008년 3월 16일 12시경에 관측된 황사는 고비 사막과 중국 내륙을 관통하면서

유입된 것으로 대기의 수직 분포에 관계없이 대기의 수직 분포에 관계없이 대기성

분들이 모두 같은 방향으로 이동한 것으로 분석되었다. 특이한 것은 다른 황사들보

다 에어로졸의 대기성분이 수직방향으로 점점 높이가 하강하면서 유입되어 온 것이

특징이다.

2008년 5월 21일에 관측된 황사는 고비 사막과 중국 내륙을 관통하면서 유입되었

다. 이날의 황사가 다른 날의 황사와 다른 특징은 하층 대기의 유입 방향과 중층

및 상층 대기의 유입 방향이 전혀 다른 방향에서 유입되었다는 것이다.

관측된 황사들의 유입 경로를 분석한 결과는 다음 그림과 같다.

- 22 -

2007. 3. 6 9H 대기성분 유입 경로 2007. 3. 14 9H 대기성분 유입 경로

2008. 3. 16 12H 대기성분 유입 경로 2008. 5. 21 18H 대기성분 유입 경로

그림 23. 관측된 황사별 유입 경로 분석 결과.

황사가 발생하였을 때와 발생하지 않았을 때의 PM10 농도 변화와 유입 경로에는

어떤 차이가 있는지를 비교하기 위해 황사가 발생하지 않는 날을 대조군으로 하여

PM10 농도 변화와 대기의 유입 경로를 분석하였다.

황사가 오지 않는 2008년 6월 23일부터 25일 사이에 관측된 시간당 최대 PM10

- 23 -

농도는 50μg/m3미만이었으며 대기 중에 미세 먼지가 극히 적은 경우라고 할 수 있

다. 특히 미세 먼지가 거의 관측되지 않는 blank도 4시간 가량 관측되었다.

그림 24. 황사가 발생하지 않았을 때 PM10농도의 시간 변화(강화).

그림 25. 황사가 오지 않은 날의 대기성분

유입 경로(2008.6.23 12H)

황사가 오지 않은 날의 대기성분 유입 경로를 분석한 결과 이날의 대기 성분은

주로 한반도의 동쪽에서 유입된 것으로 오츠크해와 동해를 거쳐 우리나라에 유입되

었다는 것을 알 수 있었다. 대기의 유입 경로가 중국 대륙을 통과하지 않으면서 대

기 중의 PM10 농도가 현저하게 줄었다는 것을 알 수 있었다.

- 24 -

다. 대기에 포함된 중금속 분석을 통한 황사 유입 과정 분석

황사가 우리나라에 다가오거나, 황사가 오지 않았을 때, 시간이 지남에 따라 각각

의 중금속 성분의 농도가 어떻게 변하는 지를 분석함으로써 이를 근거로 황사의 유

입 과정을 분석하였다.

2007년 3월 6일에 관측된 황사에 포함된 금속 성분(Pb, Fe, Zn)의 농도 변화는

다음 그림과 같다. 이 결과에 의하면 대기 중에 포함된 Fe의 농도는 점점 감소하고,

Zn, Pb의 농도는 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있다.

그림 26. 2007년 3월 6일 황사에 포함된 중금속 농도 변화.

이러한 결과는 다음과 같은 PM10 농도 변화를 통해 그 원인을 분석할 수 있다.

그림 27. 2007년 3월 6일의 PM10 농도 변화.

대기에 포함된 중금속 성분을 분석한 시기는 전체 황사 규모에서 황사가 빠져나

가는 시기로 PM10의 농도가 현저하게 줄어드는 시점이었다. 이 때 다른 성분보다

Fe의 농도가 현저하게 줄어든다는 것은 Fe이 황사 입자에 많이 포함되어 있는 금

속 성분이며, Zn과 Pb은 황사 보다는 국지적인 원인에 의해 대기에 포함된 성분이

라는 것을 의미하는 것으로 해석할 수 있다. 대기 상자 모델에 의하면 어떤 지역의

대기 성분은 그 지역으로 유입되는 대기 성분과 그 지역에서 발생한 성분에서 그

지역으로부터 유출되는 성분과 그 지역에서 자연적으로 소멸되는 성분의 차이에 의

- 25 -

해 결정된다. 따라서 PM10의 급격한 감소가 측정 지점에서 황사의 유출과 관련이

있고, Fe의 급격한 농도 감소가 PM10의 급격한 감소와 관련이 있으므로 황사에 포

함된 Fe 성분은 관측지역에서 자연발생적으로 생성되기 보다는 황사 발원지에서부

터 황사와 함께 유입된 성분이라는 것을 의미한다.

2007년 3월 14일에 관측된 황사에 포함된 금속 성분의 농도 변화에서도 Fe의 농

도가 PM10의 농도 변화와 가장 관련이 크다는 것을 확인할 수 있었다.

그림 28. 2007년 3월 14일 황사에 포함된 중금속 농도 변화.

그림 29. 2007년 3월 14일의 PM10 농도 변화.

2008년 3월 16일에 관측된 황사에 포함된 금속 성분의 농도 변화에서도 Fe의 농

도가 PM10의 농도 변화와 가장 관련이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 특히 이날

의 황사는 가장 이상적인 형태의 중금속 농도 변화를 보여주고 있다. 측정 지점으

로 황사가 유입되면서 3월 16일 13시 경에 최대 PM10 농도를 나타냈으며, 대기 중

에 포함된 Fe의 농도는 15시 경에 최대 농도를 나타내었다. 그리고 황사가 빠져나

가면서 PM10 및 Fe의 농도도 점차 감소하는 것을 알 수 있다.

- 26 -

그림 30. 2008년 3월 16일 황사에 포함된 중금속 농도 변화.

그림 31. 2008년 3월 16일의 PM10 농도 변화.

그림 32. 2008년 3월 15일의 풍속 변화.

이 날의 중금속 성분 농도 변화에서 특이한 것은 3월 15일 15∼18시 경에는 Zn의

- 27 -

농도가 Fe농도보다 더 높은 농도를 나타내고 있는 것이다. 이 시간에는 PM10의 농

도도 50μg/m3미만으로 아직 황사가 유입되기 전으로 판단된다. 이 시간에 Zn의 농

도가 Fe의 농도보다 큰 이유는 일일 기상 변화 중에서 풍속의 변화를 통해 그 원인

을 찾아볼 수 있다. 이 시기는 초속 5m/s 정도의 강한 바람이 부는 시기로 국지적

인 바람의 영향으로 유입되는 성분보다 자연발생적으로 발생한 성분에 의해 Zn의

농도가 증가한 것을 알 수 있다. 따라서 Zn은 황사의 유입과 관련되기 보다는 측정

지역의 기상 환경 특히, 풍속과 밀접한 관련이 있다는 것을 알 수 있다.

황사가 오지 않는 시기인 2008년 6월 23일에 대기에 포함된 금속 성분(Pb, Fe,

Zn)의 농도 변화를 분석한 결과는 다음 그림과 같다.

그림 33. 황사가 오지 않는 날의 중금속 농도 변화(2008.6.23).

그림 34. 2008년 6월 23일의 풍속 변화.

- 28 -

위의 결과에 의하면 황사가 오지 않는 시기에 대기에 포함된 중금속 성분의 농도

는 황사와 왔을 때와는 전혀 다른 양상을 보이고 있다. 황사가 오지 않을 때는 대

기에 포함된 중금속 성분의 절대량이 황사 시기에 비해 적고, 대기 중에 Fe보다 Zn

과 Pb의 농도가 크게 나타난다는 것을 알 수 있다. 따라서 황사가 올 때에 대기에

포함된 중금속 성분 중 Fe은 황사 발원지에서부터 오는 성분이지만, Zn과 Pb의 경

우에는 측정지역에서 국지적으로 발생하는 요인이 더 큰 성분이라는 것을 확인할

수 있다.

국지적으로 발생하는 금속 성분은 풍속과 같은 기상 요인에 의해 밀접한 영향을

받고 있는데, 그림 33과 그림 34를 비교하면 황사가 오지 않을 때에는 대기 중에

포함된 중금속 농도 변화가 풍속의 변화와 밀접한 연관이 있다는 것을 알 수 있다.

- 29 -

5. 결론 및 제언

이 연구에서는 인천 영종 지역에 유입되는 황사 먼지의 유입 경로를 분석하기 위

해 대기에 포함된 중금속 성분의 농도 분석과 대기 상자 모델을 이용하여 황사의

유입 과정을 탐구하였다. 황사의 유입 경로를 탐구하기 위해 NOAA에서 제공하는

대기 유입 경로를 분석하였다. 대기 상자 모델로 황사 유입과정을 분석하기 위해

황사가 오는 시기에 3시간 분량으로 대기 먼지를 포집하여 그 속에 포함된 금속 성

분을 원소별로 정량하였다. 정량된 금속 성분의 농도 변화는 PM10 농도 변화 및

기상 조건과 비교를 하였다.

이 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

(1) 황사에 포함된 중금속 성분을 원자흡수분광법으로 정량하기 위한 시료 전처

리 과정을 순서도로 제안할 수 있었다. 시료의 전처리는 황사를 포집한 여과지

를 2.23 M의 염산 250 mL와 함께 HDPE 병에 넣고, 28kHz의 초음파를 발생시

켜, 70℃의 세정액 안에서 3시간 동안 초음파 세정을 한 후, 여과를 하여 얻을

수 있었다.

(2) 우리나라에 유입되는 황사 먼지는 다양한 경로를 통해 유입된다는 것을 알

수 있었다. 대체적으로 고비 사막에서 발생하여 편서풍의 영향으로 동진하지만

발원지에 따라 북북서 방향에서 유입되는 것과 북서 방향에서 유입되는 것이 있

었으며, 수직 분포에 관계없이 대체적으로 같은 방향에서 접근해 오고 있지만,

하층의 대기의 경우에는 황사가 접근하는 방향과는 다른 방향에서 접근하는 경

우도 관찰할 수 있었다. 이는 황사가 발원지에서는 높은 대기에 존재하다가

우리나라에 유입되면서 점차로 대기의 낮은 대기층으로 이동한다는 것을 의

미한다.

(3) 대기 상자 모델에 의하면 황사가 발생한 날에 대기에 포함된 중금속 성분은 황

사 발원지에서부터 유입되어온 것과 해당 지역에서 자연발생적으로 발생한 것들

이 모두 포함되어 있다. 연구 결과에 의하면 황사가 발생한 날 Fe의 농도 변화

는 PM10의 농도 변화와 밀접한 연관이 있었다. 이러한 결과는 Fe는 주로 황사

발원지로부터 유입된 성분이라는 것을 알 수 있다.

(4) 대기 중에 포한된 Zn과 Pb의 변화는 대기 중의 PM10 농도 변화보다는 해당

지역의 풍속의 변화와 많은 연관이 있는 것으로 나타났다. 이는 대기에 포함된

Zn과 Pb 성분은 외부에서 유입되기 보다는 측정 지역에서 자연발생적으로

발생한 금속 성분일 가능성이 높다는 것을 의미한다.

(5) 황사 발생시, 황사 먼지에 포함된 중금속 원소를 생성 요인에 따라 구분해 보

면, 발원지에서 발생한 성분인 Fe가 해당 지역에서 주로 발생한 Zn, Pb보다 항

상 많게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 황사에 포함된 중금속을 농도 순으로

나타내면 ‘Fe > Zn > Pb’ 순이다. PM10 의 농도 변화와 중금속 원소의 시간별

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농도 변화를 분석해 보면, Fe 가 황사의 유입을 판단할 수 있는 지시 금속 원

소라는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 PM10의 양만 가지고는 판단하기 어

려운 미세 황사의 발생 여부를 판단하는 근거 자료가 될 수 있을 것이다.

이러한 연구 결과는 중국의 산업화가 황사의 유해성과 관련이 있다는 많은 연구

들과는 다른 입장에서 황사의 유해성을 바라보아야한다는 것을 의미한다. 황사를

주의해야 하는 것은 황사를 통해 많은 유해 중금속이 함께 유입되기 때문이다. 하

지만 중국으로부터 오는 대기에 포함된 유해 중금속은 황사에 의해서만 일어나는

것은 아니며, 편서풍을 타고 언제나 우리나라로 유입되고 있는 것으로 보아야 한다.

이번 연구 결과는 대기로 유입되는 성분과 자연발생적으로 발생한 성분으로부터

대기에서 유출되는 성분과 자연소멸되는 성분의 차이로부터 대기 오염정도를 나타

내는 대기 상자 모델을 이용하여 황사가 유입되는 과정을 탐구한 것이다. 그리고

시간별 중금속 성분의 농도 변화와 비교를 하여 황사의 유입과정을 보다 세밀하게

분석하고자 하였다. 이 연구는 황사의 유입 메커니즘을 분석하고 이해하는 새로운

방법을 제시하고 있다는 점에서 좋은 시사점을 줄 것으로 기대한다.

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