물을 오염시키는 영양염류

담수생태계는 두 가지 유형으로 구분할 수 있는데 호소나 연못과 같은 정수 생태계, 그리고 개울이나 하천수와 같은 유수생태계이다. 정수 생태계의 경우 물이 완전히 교체되는 데 많은 시간이 소요되기 때문에 쉽게 오염될 수 있으며, 오염 물질이 위험 수준까지 축적될 수 있다. 개울이나 하천수 같은 유수생태계는 유속이 매우 느려도 오염물질이 지속해서 유입되지 않는 한 유입된 오염물질을 단기간 내에 흘려보낼 수 있다. 오염물질이 유입된 하천이 원상태로 회복되는 데 필요한 시간은 하천의 크기, 유속 그리고 유입되는 오염물질의 양에 따라 각기 다르다. 호소는 연안대, 조광대, 심저대로 구성된다. 연안대는 물가를 따라 수심이 얕은 곳으로 부들이나 갈대, 소귀나물 등이 자랄 수 있는 지역이다. 조광대는 햇빛이 침투할 수 있는 개방 수면으로 조류와 같은 식물성 플랑크톤이 서식하는 지역이다. 심저대는 햇빛이 침투하지 못하는 지역이다. 호소는 또한 수온에 따라 구획을 지을 수 있다. 상부의 수온이 따뜻한 곳을 표수층이라고 부르며 찬물이 깊은 곳을 심수층이라고 한다. 두 지역의 중간지역을 수온약층 또는 변수층이라고 부른다. 호소는 연간 두 번 표면수와 깊은 곳의 물이 교환되는 순환이 일어난다. 가을에 기온이 낮아지면 표면수의 온도가 하층수보다 낮아져 4도가 되면 하층수의 따뜻한 물보다 밀도가 높아 아래로 가라앉아 물의 순환이 일어난다. 봄에도 이러한 순환이 일어난다. 물은 얼음이 되면 비중이 작아 물에 뜬다. 얼음이 0도에서 녹은 후 점점 따뜻해져서 4도가 되면 하층수보다 무거워져 순환이 일어난다. 호소에서 일어나는 이러한 계절적인 물의 순환에 의해 하층에 산소가 풍부한 물이 공급되어 깊은 곳에서도 생물이 살 수 있는 것이다.

지표수의 특징을 알아봤으니 다음으로는 수질오염의 유형에 대해 살펴보자.

첫째, 영양염류오염과 물의 부여양화.

개울물과 하천수 그리고 호소나 연못에는 식물과 동물의 생존에 필요한 많은 유기물과 무기영양소가 들어 있다. 이러한 물질이 정상보다 많으면 오염물질이 된다. 오염이 되지 않은 깨끗한 물에도 유기물이 들어 있으나 일반적으로 양이 적다. 이러한 유기물은 수중 박테리아와 곰팡이의 중요한 먹이원이다. 가축 사육장과 도시의 하수처리장 그리고 펄프 공장이나 육류 가공 공장 등은 물을 오염시키는 대표적인 곳이다. 수중에 있는 박테리아는 유기호흡을 하는 과정에서 유기물을 분해한다. 오염되지 않은 하천수에서는 유기물의 양이 적어 박테리아의 생장이 제한되나 유기물이 많은 하천수에서는 박테리아의 생장이 가속화된다. 이때 박테리아는 물속에 녹아 있는 산소를 소비하게 되는데 심할 경우 물속의 산소가 완전히 고갈된다. 용존산소가 줄어듦에 따라 물고기나 다른 수중생물이 사라지게 된다. 산소가 계속 줄어들면 극히 소수의 수중 벌레만이 살 수 있는데, 이러한 상태에서는 혐기성 박테리아가 유기물을 분해하여 유독한 냄새와 독성이 있는 황화수소나 메탄 등이 발생한다. 물속에 유기물이 줄어들면 용존산소의 양은 정상으로 돌아와 강은 회복되는데, 이러한 현상을 자정작용이라고 한다. 그러나 자정작용이 항상 일어나는 것은 아니다. 자정작용은 다음과 같은 특징을 갖는다. 1) 강의 흐름을 따라 유기물을 배출하는 곳이 많으면 강의 회복은 불가능하다. 2) 용존산소는 대기 중의 산소와 수중식물의 광합성에서 발생하는 산소에 의해 재충전된다. 3) 유속이 느릴 때는 산소가 천천히 재충전된다. 4) 개울과 하천의 산소부족은 연중 더운 여름에 빨리 진행되는데, 여름에 유입되는 유기물의 농도가 높고 수온이 높아 박테리아의 분해작용이 촉진되기 때문이다. 5) 가을에는 잎이 떨어져 자연적인 유기물 오염이 야기될 수 있는데, 낙엽이 분해되는 동안 일시적으로 산소가 결핍된다. 6) 정수생태계는 유수생태계에 비하여 오염의 회복 속도가 훨씬 느리다. 물속에 들어 있는 유기물의 농도는 일정량의 물을 배양하는 과정에서 산소가 소모되는 비율을 조사하여 측정한다. 오염된 물을 산소로 포화시킨 후 밀전된 병에 넣어 20도에서 5일 동안 배양한다. 이 기간에 박테리아는 유기물을 분해하며 산소를 소비한다. 배양이 끝난 후 남아 있는 산소의 양을 측정하여 물속에 들어 있는 유기물의 양을 알 수 있다. 유기물에 의한 오염이 심한 물일수록 남은 산소의 양이 적다. 이 같은 방법으로 측정하여 소모된 산소의 양을 생물학적 산소요구량이라고 한다. 일부 오염물질은 직접 산소와 반응하여 산소를 소비하는데, 이때는 화학적 산소요구량이 이용된다. 이 방법은 오염된 물속에 들어 있는 산소를 완전히 소비키는 것으로 산소 소비에 관한 좀 더 정확한 자료가 필요할 때 사용된다. 하수처리장이나 육류 가공 공장에서 직접 배출되는 물은 생물학적 산소요구량이 많지만 유기물을 소비함에 따라 이는 낮아진다. 수중생물의 생존을 위해 법적으로 정한 용존산소량은 5mgO2/L이다. 유기물이 박테리아의 먹이가 되는 데 비해 무기영양소는 수중식물의 생장을 촉진한다. 무기영양소에는 질소, 인, 칼륨, 철, 황, 나트륨 등이 있다. 암모니아태질소와 질산태질소, 그리고 인산염 형태로 존재하는 인은 오염이 되지 않은 하천수에서도 농도가 낮기 때문에 조류나 대형 수중식물의 생장을 제한한다. 그러나 이러한 영양소가 많아지면 식물 생장이 급격히 증가하여 조류와 수중식물이 호소나 하천을 메우게 된다. 담수생태계의 경우 보통 인산이 제한요인이 되며 해수는 질소 성분이 제한요인으로 작용하고 있다.