환경과조경

산성배수의 발생 원인

황화광물은 지각 암석에서 흔히 산출되는 광물로서 퇴적물의 속성 작용, 유황을 많이 함유한 열수와 암석과의 반응, 열수로부터 직접 침전 등 다양한 지질작용에 의해 생성된다. 따라서 황철석은 퇴적암과 화산암류에 많이 분포하는 경향이 있다. 또한 생성 조건에 따라 다양한 광물종이 있다. 우리나라에서 가장 흔한 황화광물은 황철석pyrite으로 산성배수 발생의 주원인 광물이다. 산성배수는 암석이나 토양에서 나오는 pH 5.6 이하의 물을 말하며, 95% 이상이 인간의 개발 행위에 의해 발생되고 있다. 암석이나 토양의 황화광물이 대기에 노출되면 산소와 박테리아에 의한 산화 작용에 의해 황산이 생성된다. 이러한 황산이 지표수와 지하수에 유입되는 과정에서 황철석이 만들어진다.

산성배수 발생 메커니즘

황화광물은 지하에서 대기 접촉이 차단된 상태에 있으면 안정된 상태로 존재하지만, 건설 및 광업 활동 등에 의해 지표에 노출되어 산화·용해된다. 이 과정에서 산소가 소모되고 수소 이온이 발생된다. 황철석은 가장 흔한 황화광물로서 다른 황화광물에 비해 산화 과정에서 많은 양의 황산을 생성한다. 또한 미량원소로 함유된 중금속이 황철석의 산화 과정에서 용출되어 주변 지역의 토양 및 지표수를 오염시키기도 한다. 황철석의 산화에 대한 세부적인 반응 과정은 다음과 같다.

우리나라의 황철석 분포 지역

우리나라에서 산성배수를 발생시킬 가능성이 높은 황철석 암석에는 옥천층군 변성퇴적암, 평안층군 탄층, 중생대 화산암, 제3기 퇴적암 및 화산암, 금속강화대 지역 암석 등이 있다.

산성배수에 의한 피해 사례 산성배수에 의한 피해는 최근 도로 건설, 택지 및 산업 단지 조성 등 대규모 지반 굴착이 이루어지면서 잠재성 특이산성 토양 물질이 지표에 노출되어 산성배수가 발생되고 있으며, 건설 현장에서 산성배수에 의한 피해로 환경 오염, 식생 고사, 경관 훼손, 사면 안정성 저해 및 시설물 안정성 저하 등의 문제를 발생시키고 있다.

산성배수에 의한 녹화 문제

산성배수가 발생하는 사면에 식생공을 적용하면 토양이 산성화되어 식물의 발아 및 성장에 심각한 장애를 유발할 가능성이 높다. 황철석의 산화에 의해 생성된 산성배수는 고농도의 철을 함유하게 된다. 산성배수에 함유된 철은 산성배수가 주변 물질과의 반응을 통해 중화되면서 식물 뿌리 혹은 토양 표면에 산화철 광물로 침전하게 된다. 침전된 산화철은 토양의 통기성을 떨어트리고 식물 뿌리의 성장을 저해한다. 또한 강산성인 배수는 알루미노규산염aluminosilicate을 용해시키기 때문에 일반적으로 산성배수는 고농도의 중금속인 철Fe과 알루미늄Al을 함유한다. 토양 및 물에 녹아 있는 높은 농도의 중금속과 알루미늄은 식물에 독성이 있어 식물 뿌리의 활착 및 성장에 심각한 장애를 초래한다. 산성배수가 사면을 따라 흐르면서 주변의 암석 혹은 토양과 반응하여 일부가 중화되고 중화 과정에서 산화철 광물이 침전된다. 산화철광물이 식물 뿌리와 표면에 침전되면 뿌리의 호흡 및 영양분 흡수와 수분 침투를 방해하게 되고 이는 식생성장에 악영향으로 이어져 녹화가 어렵다.

김재환은 청주대학교 환경조경학과를 졸업하고 동 대학원 석·박사 과정을 거쳤으며, 충남대학교에서 박사 후 연구(Post. doc)를 수행했다. 청주대학교 환경조경학과, 충남대학교 산림환경자원학과, 중부대학교 환경조경학과에서 강의했으며, 현재는 산수조경건설 부설 녹색생태복원기술연구소 연구소장이자 청주대학교 환경조경학과 겸임교수를 맡고 있다. 그동안 훼손지 복원, 비탈면 녹화 등에 관심을 갖고 다양한 연구 실적을 쌓았다.