2002년 부산지역 봄철 황사/비황사시 PM10 중의 중금속 농도 특성 Characteristics of Heavy Metallic Elements of PM10 for Yellow sand and Non-Yellow sand during Springtime of 2002 at Busan원문보기
We collected and analyzed PM10 samples to account for the characteristics of heavy metallic elements for yellow sand and non-yellow sand during springtime of 2002 at Busan, The mean PM10 mass concentration for springtime of 2002 was $219.82{\mu}g/m^3$ with the maximum $787.50{\mu}g/m...
We collected and analyzed PM10 samples to account for the characteristics of heavy metallic elements for yellow sand and non-yellow sand during springtime of 2002 at Busan, The mean PM10 mass concentration for springtime of 2002 was $219.82{\mu}g/m^3$ with the maximum $787.50{\mu}g/m^3$ and the minimum $19.44{\mu}g/m^3$. The mean concentration of metallic elements contained in PM10 are shown as follows : Si>Ca>Fe>Al>Na, respectively. The ratio of mean PM10 mass concentration for yellow sand($362.7{\mu}g/m^3$) to that for non-yellow sand($48.3{\mu}g/m^3$) was 7.5, the significant positive correlation (P<0.05) was found between yellow sand and non-yellow sand. The metallic elements concentration ratios of yellow sand to the non-yellow sand were over 10 times for Al, Ca, Mg, 4~8 times for Fe, Si, Mn. But the concentration of Na, Cu, Zn for non-yellow sand was higher than those of yellow sand. The crustal enrichment factor of Cd, Cu, Pb, Zn, Cr, K, Mn, Na, Ni for yellow sand was higher that of non-yellow sand over 10 times, and concentration rate of soil particles of yellow sand was increased 2.3 times that of nonyellow sand.
We collected and analyzed PM10 samples to account for the characteristics of heavy metallic elements for yellow sand and non-yellow sand during springtime of 2002 at Busan, The mean PM10 mass concentration for springtime of 2002 was $219.82{\mu}g/m^3$ with the maximum $787.50{\mu}g/m^3$ and the minimum $19.44{\mu}g/m^3$. The mean concentration of metallic elements contained in PM10 are shown as follows : Si>Ca>Fe>Al>Na, respectively. The ratio of mean PM10 mass concentration for yellow sand($362.7{\mu}g/m^3$) to that for non-yellow sand($48.3{\mu}g/m^3$) was 7.5, the significant positive correlation (P<0.05) was found between yellow sand and non-yellow sand. The metallic elements concentration ratios of yellow sand to the non-yellow sand were over 10 times for Al, Ca, Mg, 4~8 times for Fe, Si, Mn. But the concentration of Na, Cu, Zn for non-yellow sand was higher than those of yellow sand. The crustal enrichment factor of Cd, Cu, Pb, Zn, Cr, K, Mn, Na, Ni for yellow sand was higher that of non-yellow sand over 10 times, and concentration rate of soil particles of yellow sand was increased 2.3 times that of nonyellow sand.
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문제 정의
본 연구에서는 2002년 봄철 부산지역에서 Low Volume Air Sampler 중의 하나인 MINI-VOL을 이용하여 대기 중의 PM10을 측정하고, 그 중에 함유된 중금속을 황사시와 비황사시로 나누어, 그 특성을 고찰함으로서 황사발생시 어떤 성분의 영향이 많은지를 체계적으로 밝히는데 있다.
제안 방법
2002년 부산지역의 봄철 황사시와 비황사시의 금속성분의 특성을 고찰하기 위해 MINI-VOL을 이용하여 PM10을 측정한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
PM10 중의 미량 금속 성분을 정량하기 위하여 대기오염공정시험법(대기오염연구회, 2000)에 의거하여 질산-염산 혼합액에 의한 초음파 추출법(먼지가 포집된 여과지를 비커에 옮기고, 1.3M 질산과 2.23M 염산의 혼합액(1:1)을 7.5 ml 가한 다음 초음파 추출기에서 28 KHz로 2시간 동안 추출한다. 초음파 처리가 끝나면 비커를 꺼내어 식힌 다음, 여과지(Whatman, No.
PM10의 측정은 2002년 3월 5일, 18일, 21일, 4월 8일, 9일, 10일, 17일, 18일, 25일, 5월 8일, 13일, 20일로 총 12일 실시하였으며, 이 중 황사발생일은 3월 18일, 21일, 4월 8일, 9일, 10일, 17일로 모두 6일이다. 측정시간은 24시간으로 당일 오전 9시에 측정을 개시하여 익일 오전 9시에 종료하였다.
측정시간은 24시간으로 당일 오전 9시에 측정을 개시하여 익일 오전 9시에 종료하였다. PM10측정은 Mini Volume Air Sampler(미국 Air Metrics사 제품)를 사용하였으며, 흡인유속은 5.0ℓ/min으로 조정하여 47mm Membrance Filter (Gelma Sciences)에 24시간 PM10 시료를 흡인 포집하였다. 이 포집장치는 진공도가 높고 유량이 크며, 운반이 용이하고 맥동이 없이 고르게 작동하는 것이 특징이며 관성충돌방식에 의해 10μm 이하 되는 입자를 분리하는 시료도입방식을 사용하고 있다.
대기 중에 부유하는 토양입자의 양을 정량적으로 구하기 위하여 토양입자의 지표원소인 알루미늄(Al)을 이용하여 황사로부터 유래된 토양입자의 농도를 추정하였으며, 토양 기여율(C)은 식 (2)을 이용하였다(황용식, 2003).
5 ml 가한 다음 초음파 추출기에서 28 KHz로 2시간 동안 추출한다. 초음파 처리가 끝나면 비커를 꺼내어 식힌 다음, 여과지(Whatman, No. 5A)를 이용하여 시료 용액을 여과하고, 증류수로 최종액량이 25 ml가 되도록 하여, 최종액의 질산-염산 농도가 0.31M 질산과 0.67M 염산의 혼합액(1:1)이 되도록 한다)으로 전처리 한 후, ICP/AES(ICP -IRIS, Thermo Jarrell Ash Co., USA)를 이용하여 Al, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Si 그리고 Zn을 분석하였으며, AAS(Perkin Elmer 4100ZL, Flameless method)을 이용하여 Cd, Cr, Mn, Ni 그리고 Pb를 정량하였다.
대상 데이터
시료채취 지점은 Fig. 1과 같이 부산시 사상구 괘법동 백양산 기슭에 위치한 신라대학교 자연관 6층 옥상에서 실시하였으며, 채취지점의 주위는 백양산으로 둘러싸여 있으며 남서쪽으로 계곡이 있고 약 3 km 떨어진 지역에 사상공업지역이 위치하고 있으나, 최근에는 많은 공장이 타 지역으로 이주하여 점오염원의 영향이 많이 소멸한데 비해, 대형 유통단지가 들어섬에 따라 자동차의 증가가 뚜렷하여 선오염원에 의한 영향이 증가되고 있다. 측정지점 주위의 특별한 점오염원은 사상지역에서 남쪽으로 5km 떨어진 신평·장림공단에 많이 분포하고 있고, 남서풍이 유입될 경우에는 신평·장림공단과 사상지역에서 오염물질이 이류하여, 본 측정지점에 영향을 미칠 수 있다.
성능/효과
1. 2002년 봄철의 PM10 농도는 황사발생일의 경우에 기준치를 초과하는 높은 농도를 나타내었으며, 그 외의 경우는 비교적 100 mg/m3 내외의 농도를 나타내었다.
2. PM 10의 질량농도는 평균 219.82 mg/m3, 최대 787.50 mg/m3, 최소19.44 mg/m3이었고, Si(8.42 mg/m3)>Ca(5.67 mg/m3)>Fe(3.71 mg/m3)>Al(3.66 mg/m3)>Na(3.24 mg/m3) 등의 순으로 나타났으며, Cd(1.42 ng/m3)으로 가장 낮았다.
3. PM10의 농도는 황사시와 비황사시에 각각 362.7 mg/m3과 48.3 mg/m3으로 황사시가 비황사시에 비해 7.5배의 농도를 나타내었으며, 유의한 상관(P<0.05)을 보였다. Al, Ca 및 Mg은 황사시가 비황사시보다 10배 이상의 농도를 보였으며, Fe, Si 및 Mn은 4~8배 정도를 나타났고, Na, Cu 및 Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다.
4. Cd, Cu, Pb, Zn, Cr, K, Mn, Na 및 Ni은 황사시 보다는 비황사시에 10 이상의 높은 지각농축계수를 나타내었으며, 토양입자의 기여율은 황사시(21.7%)가 비황사시(9.3%)보다 2.3배 증가하였다.
05)을 보였다. Al, Ca 및 Mg은 황사시가 비황사시보다 10배 이상의 농도를 보였으며, Fe, Si 및 Mn은 4~8배 정도를 나타났고, Na, Cu 및 Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다. 특히 황사시 Al은 가장 높은 증가를 보였으며, Al, Fe, Mg, Si 및 Mn은 황사시와 비황사시 간에 유의한 상관(P<0.
Al은 Ca, Cr, Fe, K, Mg, Mn 및 Si와는 0.7 이상의 유의한 상관(P<0.05)을 보였으며, Cd, Cu, Na, Ni 및 Zn와는 거의 상관성이 없는 것으로 나타났다. Ca은 Mg와 Mn, Fe는 Mg, Mn, Si, 그리고 K은 Si, Mg은 Mn과 매우 높은 상관성을 나타내었다.
05)을 보였으며, Cd, Cu, Na, Ni 및 Zn와는 거의 상관성이 없는 것으로 나타났다. Ca은 Mg와 Mn, Fe는 Mg, Mn, Si, 그리고 K은 Si, Mg은 Mn과 매우 높은 상관성을 나타내었다. 특히 인위적인 기원에 바탕을 둔 Mn 이 Al, Ca, Fe, Mg 등 인위적 및 토양에 기원을 둔 물질과 동시에 높은 상관성을 갖는 것은 특이한 현상이라고 할 수 있다.
8 mg/m3으로 나타난 것과 비교하면 황사시의 농도는 매우 높은 것으로 나타났다. PM10 중 금속농도의 황사시와 비황사시의 농도를 보면, Al, Ca, Mg이 황사시가 비황사시보다 10배 이상의 농도를 나타내었다. Fe, Si, Mn은 4~8배 정도를 나타내었으며, Na, Cu, Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다.
Table 3은 2002년 봄철 부산지역과 다른 연구에서 측정된 황사시(Yellow sand : Y)와 비황사시(Non-Yellow sand, NY)의 PM10의 농도 그리고 금속원소의 농도와 비를 나타낸 것이다. PM10의 농도는 황사시와 비황사시에 각각 362.7 mg/m3과 48.3 mg/m3으로 황사시가 비황사시에 비해 7.5배 높은 농도를 나타내었으며, 유의한 상관(P<0.05)을 보였다. 2002년 부산시 감전동의 3월, 4월, 5월의 평균농도가 각각 130.
Table 4는 통계프로그램을 이용하여 각 금속원소간의 상관관계를 조사하여 나타낸 것이다. PM10의 질량농도와 토양성분인 Al, Ca, Fe, Mg, Mn과는 0.7이상의 유의한 상관성(P<0.05)을 나타내었으며, 특히 Ca, Mg, Mn는 0.88이상의 매우 높은 상관성을 보였다. 그러나 Na, Ni, Zn과는 음의 상관을 나타내었고, 인위적인 오염물질인 Pb과도 0.
Fe, Si, Mn은 4~8배 정도를 나타내었으며, Na, Cu, Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다. 따라서 Na, Cu, Ni, Zn을 제외한 금속성분은 황사시에 더 높은 농도를 나타내었고, Al은 가장 높은 증가를 나타내었다. 또한 Al, Fe, Mg, Si 및 Mn은 황사시와 비황사시 간에 유의한 상관(P<0.
5 ng/m3이었다는 보고가 있다. 따라서 본 연구에서 측정된 농도와 보건환경연구원의 자료와 비교하면, Cr, Ni은 비슷한 농도를 나타내었고, Cu와 Pb은 2001년도 황사시의 농도가 높았으며, Fe와 Mn은 본 연구의 2002년 봄철 농도가 높게 나타났다.
안면도를 제외한 기타지역에서 황사시는 비황사시에 비해 토양의 기여율이 2배정도 증가함을 알 수 있으며, 이러한 영향은 인접 국가(중국, 러시아, 몽고 등)에서 장거리 수송된 것으로 생각된다(최재천 등, 1999a). 따라서 부산지역의 경우 타 지역에 비해 토양의 기여율이 작지만, 황사시에는 비황사시보다 많은 토양의 영향이 있는 것으로 나타났다.
따라서 Na, Cu, Ni, Zn을 제외한 금속성분은 황사시에 더 높은 농도를 나타내었고, Al은 가장 높은 증가를 나타내었다. 또한 Al, Fe, Mg, Si 및 Mn은 황사시와 비황사시 간에 유의한 상관(P<0.05)을 보였다. 특히 산업활동에 의해 발생되고 신경계통 등에 영향을 주어 인체의 위해성이 높은 Pb은 Y/NY=1.
7%이였고, 신은상과 김희강(1992)에 의하면 황사시 약 60%, 비황사시 약 28%로 조사된 바 있는데, 이들과 비교하면 본 연구에서는 매우 낮은 값을 나타내었다. 또한 비교적 중국과 가까운 안면도에서의 황사시 88.1%, 비황사시 18.5%에 비해서도 부산지역은 현저히 낮은 값을 나타내고 있다. 안면도를 제외한 기타지역에서 황사시는 비황사시에 비해 토양의 기여율이 2배정도 증가함을 알 수 있으며, 이러한 영향은 인접 국가(중국, 러시아, 몽고 등)에서 장거리 수송된 것으로 생각된다(최재천 등, 1999a).
2002년 봄철의 경우 Cd, Cu, Pb 및 Zn은 10 이상의 높은 지각농축계수를 보여 인위적인 오염원의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 또한 이들 원소들과 Cr, K, Mn, Na 및 Ni은 황사시보다는 비황사시에 10 이상의 높은 지각농축계수를 보였다. 이는 측정지점의 서쪽에 위치한 사상공단과 서남쪽에 위치한 해양으로부터 오염물질 및 해염 입자와 같은 에어로졸이 유입되어 영향을 주는 것으로 판단된다.
특히 인위적인 기원에 바탕을 둔 Mn 이 Al, Ca, Fe, Mg 등 인위적 및 토양에 기원을 둔 물질과 동시에 높은 상관성을 갖는 것은 특이한 현상이라고 할 수 있다. 또한 인위적인 오염이 기원인 Ni은 Cd, Cr, Cu 및 Pb와 유의한 상관(P<0.05)을 보여 인접한 사상공단으로부터 기인될 수 있음을 시사하였으며, 그 외 성분과는 거의 상관성이 없었다. Pb은 Cd, Cr, Cu 및 Ni과 유의한 상관(P<0.
해염에 의한 영향을 많이 받는 Na은 비황사시의 농도가 황사시보다 높은 것으로 나타나, 비황사시에 유입된 기류는 해양으로부터의 영향이라고 판단된다. 석탄이나 유류의 연소, 니켈 제련 및 도시폐기물의 소각 등에서 주로 배출되는 Ni의 경우, 비황사시와 황사시의 농도가 유사한 분포를 보여 황사에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
토양입자의 영향을 더 명확히 산정하기 위해 황사시와 비황사시의 구분하여 구한 결과, 황사시는 21.7%, 비황사시는 9.3%로 2.3배의 차이를 보였다. 서울시의 경우, 최재천 등(1999b, 1999c)에 의하면 1998년에 황사시는 58.
05)을 보였다. 특히 산업활동에 의해 발생되고 신경계통 등에 영향을 주어 인체의 위해성이 높은 Pb은 Y/NY=1.43으로 나타났으며, 일반토양에 많이 포함되어 있고 인체의 위해성이 낮은 Al, Ca, Fe, Mn 등은 황사시가 비황사시보다 매우 높게 나타났다. 해염에 의한 영향을 많이 받는 Na은 비황사시의 농도가 황사시보다 높은 것으로 나타나, 비황사시에 유입된 기류는 해양으로부터의 영향이라고 판단된다.
Al, Ca 및 Mg은 황사시가 비황사시보다 10배 이상의 농도를 보였으며, Fe, Si 및 Mn은 4~8배 정도를 나타났고, Na, Cu 및 Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다. 특히 황사시 Al은 가장 높은 증가를 보였으며, Al, Fe, Mg, Si 및 Mn은 황사시와 비황사시 간에 유의한 상관(P<0.05)을 보였다.
후속연구
월별로 볼 때, 4월이 45일로 전체의 51%를 차지하여 가장 발생빈도가 높았으며, 3월이 24일(27%), 5월이 13일(15%) 순이었다. 특히 1999년 이후 동계인 1월과 12월에도 황사가 발생하였는데, 이는 황사발원지의 이상기후와 기류의 남하 등에 의한 것으로 추측하고 있으나, 구체적인 이유에 대해서는 더 많은 연구가 필요하다(Kim and Park, 2001; 전병일 등, 2002).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고비사막의 연평균 강수량은 어떠한가?
황사의 주요 발원지는 연강수량이 400 mm이하인 사막이 대부분인 중국의 서북 건조지역으로, 타클라마칸 사막은 중국 사막 총면적의 52%를 차지하는 최대의 사막(1,000 km×400 km)이며, 고비사막은 연평균 강수량이 30 mm정도로 매우 건조하고 바람이 강한 지역이다. 최근 황사(Asian dust)는 동아시아 지역에서 태평양을 가로질러 하와이까지 수송되면서 국제적으로 중요한 이슈가 되고 있으며, 아프리카 사하라 사막에서 발생한 사하라 먼지(Sahara dust)가 대서양을 가로질러 플로리다반도에서 관측됨으로서 세계적인 문제로 대두되고 있다.
황사의 주요 발원지는 어디인가?
황사의 주요 발원지는 연강수량이 400 mm이하인 사막이 대부분인 중국의 서북 건조지역으로, 타클라마칸 사막은 중국 사막 총면적의 52%를 차지하는 최대의 사막(1,000 km×400 km)이며, 고비사막은 연평균 강수량이 30 mm정도로 매우 건조하고 바람이 강한 지역이다. 최근 황사(Asian dust)는 동아시아 지역에서 태평양을 가로질러 하와이까지 수송되면서 국제적으로 중요한 이슈가 되고 있으며, 아프리카 사하라 사막에서 발생한 사하라 먼지(Sahara dust)가 대서양을 가로질러 플로리다반도에서 관측됨으로서 세계적인 문제로 대두되고 있다.
2002년 부산지역의 봄철 황사시와 비황사시의 금속성분의 특성을 고찰하기 위해 MINI-VOL을 이용하여 PM10을 측정한 결과는 어떠한가?
1. 2002년 봄철의 PM10 농도는 황사발생일의 경우에 기준치를 초과하는 높은 농도를 나타내었으며, 그 외의 경우는 비교적 100 mg/m3 내외의 농도를 나타내었다.
2. PM 10의 질량농도는 평균 219.82 mg/m3, 최대 787.50 mg/m3, 최소19.44 mg/m3이었고, Si(8.42 mg/m3)>Ca(5.67 mg/m3)>Fe(3.71 mg/m3)>Al(3.66 mg/m3)>Na(3.24 mg/m3) 등의 순으로 나타났으며, Cd(1.42 ng/m3)으로 가장 낮았다.
3. PM10의 농도는 황사시와 비황사시에 각각 362.7 mg/m3과 48.3 mg/m3으로 황사시가 비황사시에 비해 7.5배의 농도를 나타내었으며, 유의한 상관(P<0.05)을 보였다. Al, Ca 및 Mg은 황사시가 비황사시보다 10배 이상의 농도를 보였으며, Fe, Si 및 Mn은 4~8배 정도를 나타났고, Na, Cu 및 Zn은 비황사시가 황사시보다 더 높은 농도를 나타내었다. 특히 황사시 Al은 가장 높은 증가를 보였으며, Al, Fe, Mg, Si 및 Mn은 황사시와 비황사시 간에 유의한 상관(P<0.05)을 보였다.
4. Cd, Cu, Pb, Zn, Cr, K, Mn, Na 및 Ni은 황사시 보다는 비황사시에 10 이상의 높은 지각농축계수를 나타내었으며, 토양입자의 기여율은 황사시(21.7%)가 비황사시(9.3%)보다 2.3배 증가하였다.
최재천, 조하만, 전영신, 박기준, 1999c, 1998년 봄철 서울에서 관측된 에어러솔의 금속 성분에 관한 연구. 한국기상학회지 263-271
황용식. 2003. 부산지역 강하먼지의 화학적 조성과 대기환경적 특성. 부산대학교 박사학위논문, 250pp
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