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녹조
녹조(綠潮, water bloom)는 부영양화된 호수나 유속이 느린 하천이나 정체된 바다에서 부유성의 조류가 대량 증식하여 수면에 집적하여 물색을 현저하게 녹색으로 변화시키는 현상이다. 적조와 함께 조류 대증식(algal bloom)의 일종이다. 부영양화는 물에 탄소, 질소(N) 및 인(P)과 같이 플랑크톤의 번식에 양분이 될 물질들이 많이 쌓여 일어난다. 이같은 물질들은 주로 공장폐수나 가정하수 등에 많이 들어있고 연못처럼 고여있는 물에서는 더 빠른 속도로 진행된다.
녹조로 인해 대번성한 조류는 광합성이 진행되지 않고 호흡만 이루어 지는 시간대에 많은 산소를 소비하여 결과적으로 물의 용존산소량(DO)을 줄이며, 이는 녹조가 수생생물들을 위협하는 주된 원인이다.
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개요[편집]
녹조는 플랑크톤이 대량 번식하여 물색을 녹색으로 변화시키는 현상으로, 주로 남조류가 원인이 되어 강이나 하천 및 호소 등에 발생한다.
남조류는 부영양화돼 수질이 나쁜 호수에서 여름에 서식하는 식물플랑크톤으로, 여름에 대량 번식해 수면에 뜨면 녹색을 띠므로 녹조(綠潮)현상이라 부르고 있다. 편모조류와 규조류에 의해 바다가 붉게 물드는 현상을 적조(赤潮, red tide)라 부르는 것에 대비해 통용되기 시작한 용어다. 하지만 녹조현상을 일으키는 원인 조류들이 대부분 남조류이기 때문에 녹조현상이라고 부르지만, 규조류와 와편모조류로 인해 붉은 빛을 띠는 조류현상은 적조와 비교해 담수적조라고 부른다. 그 예로, 낙동강이나 대청호 등지에서는 여름철 남조류가 대량 증식하여 물색이 녹색으로 변하는데 그 현상은 녹조현상이라고 부를 수 있다. 하지만 팔당호 경안천에서는 봄에 규조류가 대량 증식하여 황갈색으로 변했으며 소양호에서는 와편모조류가 대량 증식하여 적갈색으로 변한다.
녹조가 번식하면 물속의 용존 산소량이 감소, 적조와 마찬가지로 물고기가 떼죽음을 당하고 물에서 썩는 냄새가 나 어업에 피해를 준다. 또한 독소를 가진 남조류가 많은 녹색의 호수 물을 마시면 간에 손상이 가거나 구토, 복통이 일어나며 많이 마시면 죽을 수도 있다. 그리고 수역의 생태계가 파괴되어 먹이사슬구조에도 문제가 발생한다. 녹조는 악영향을 미치는 경우가 많아 유해적조(HAB : harmful algal-bloom : 어패류의 식중독을 일으키는 패독 현상을 포함시킴)라고 부르기도 한다.
설명[편집]
이름과 달리 남조류가 주요 원인이다. 녹조류와 남조류의 생태 메커니즘은 유사하지만 남조류는 사실 세균에 가까워서 동물성 세포인 녹조류에 비해 번식 주기가 짧아 훨씬 개체수가 많고 또한 독성 물질 또한 남조류가 더 강하고 많이 뱉어내기에 녹조류가 아닌 남조류가 주원인이라 할 수 있다. 학계에서는 녹조현상이라는 단어 대신에 수화(水花)현상이라는 표현을 사용하기도 한다.
강과 환경에 따라 분포하는 종들이 다르지만 한국의 경우 남세균 Microcystis aeruginosa가 평균적으로 가장 많이 존재한다. 이 종은 microcystin 이라는 간독성 물질을 만들어 내는데, 반수치사량[2]이 50μg/kg으로 코브라 독의 10배 정도의 유독성을 가지고 있다.
하천에는 우리 눈에 보이지 않는 플랑크톤들이 살고 있는데, 만일 하천에 이 플랑크톤들의 먹이가 되는 영양분이 크게 증가하면 이 영양분을 먹고 사는 플랑크톤도 많아진다. 녹조는 조류들이 많은 영양분을 먹고 크게 늘어나면서 벌어지는 현상이다.
일반적으로 조류는 수중 생태계에서 가장 하위에 속한다. 플랑크톤을 섭식하는 개체가 제대로 유지될 경우에는 그 개체가 녹조가 증가하는 족족 먹어치우므로 녹조 현상이 일어나지 않는다. 그러나 이런 균형이 깨져 녹조가 이상 증식하는 경우가 간혹 발생한다.
이렇게 되면 하천 생태계는 심각한 문제가 생기게 된다. 조류는 수초와 함께 광합성을 통한 용존 산소의 유지를 위해서 없어서는 안될 존재인데, 클로렐라 등의 부유성 단세포 녹조류가 하천 표면을 뒤덮으면서 수중에서의 태양빛을 차단시키고, 이로 인해 민물 수초와 붓이끼 등의 다세포 조류의 광합성을 크게 방해하게 되고, 하천 생태계 생존을 위해 필요한 용존 산소의 공급이 급감하게 된다. 그렇게 되면 결과는 하천에 사는 물고기와 수중생물들이 그대로 죽게 된다.
즉, 적조는 바다에서, 녹조는 하천에서 발생한다는 점과 적조는 적색을, 녹조는 녹색을 띈다는 점을 제외하면 적조와 본질적으로 같은 현상이다.
적조와 비교하면 녹조가 일반인들에게 더 알려졌는데, 녹조는 일단 육지에서 발생하기에 직접 목격하는 사람이 많고, 상수원에 영향을 준다는 점과 적조는 하천따위는 범접할 수 없는 넓은 바다에서 일어나는 현상이라서 녹조에 비해 비교적 피해가 덜하기 때문이다. 하지만 적조도 양식업 어민에게는 기반이 흔들릴 정도의 매우 치명적인 피해를 입히며, 어패류 물가에도 영향을 끼친다.
녹조나 적조를 일으키는 어떤 조류는 독소까지 내뿜어서 더 큰 피해를 야기시키기도 한다. 남조류가 그런 경우로 남조류가 내뿜는 독소는 사람이 기르는 가축을 죽일 정도로 강력하다. 실제 미국이나 일본에서는 남조류 독소로 인한 가축피해가 보고되기도 했다.
남조류가 만들어내는 특정 단백질(beta-Methylamino-L-alanine, 약칭 BMAA) 역시 큰 문제인데, 신경세포에 침투하여 루게릭병이나 파킨슨병 혹은 그와 유사한 증상을 일으키는 것으로 알려졌다. 일반적으로 남조류 자체의 농도만으로는 큰 문제가 되지 않지만, 이들이 먹이사슬을 거쳐 생물농축이 일어나면 위험한 수준에 이를 수 있다.
자연적으로 토양의 유기물질이 녹아들어가 녹조가 발생하는 경우도 종종 있지만 현대에 일어나는 녹조현상의 원인은 거의 사람의 활동이다. 하천에 폐수를 무단 방류해 부영양화 현상을 유발하게 되면 자연히 녹조가 생길 수밖에 없다.[4] 또한, 하천의 유속이 줄어도 녹조 현상이 일어날 수 있는데, 댐과 같은 인공 구조물로 인해 유속이 느려진 경우나 하천 상류에서 공사를 해서 토사가 내려와 유속이 느려진 경우에도 발생한다.
자연적으로 큰 홍수가 난 후에도 녹조 현상이 일어날 수 있는데, 홍수로 인해 강의 폭이 넓어지고 이로 인해 유속은 줄어드는데다가 우리 나라 기후 특성상 장마 이후에는 무더위가 지속된다. 이로 인해 수온이 올라가고 이로 인해 녹조가 자라기 좋은 환경이 조성되게 된다. 당연하지만 여름 평균기온이나 습도가 한국보다 훨씬 높은 일본에서도 자주 일어난다.
반대로 하천이 흙탕물이 되면 수중에서의 광합성이 어려워서 조류가 거의 자라지 않게 되는데, 녹조 자체가 수중 생태계에서 가장 하위에 속하는 만큼 이런 하천에서는 생명체가 살 수 없다.
2013년부터 집중호우의 강도가 줄어든데다가 건조한 여름날씨와 폭염으로 인해 강의 온도가 올라가서 녹조가 조성될만한 환경을 갖추었으며 결국에는 전국의 강과 하천에서 녹조가 발생하고 말았다.
미래창조과학부는 류원형 연세대 기계공학과 교수팀이 녹조류 세포에서 전자를 뽑아내는 방법을 개발했다. 식물이나 일부 미생물은 빛을 받아 영양분을 합성하는 광합성을 한다. 이 과정 동안 세포 안에 전기에너지가 생기는데, 연구진은 이번에 광합성 때 생기는 전기에너지를 세포 안에서 뽑아낼 수 있는 나노미터 크기의 전극을 만들었다. 이 전극을 여러 개 배열하면 한 번에 많은 세포에서 동시에 전류를 추출할 수 있다. 연구진이 실제 녹조류 세포에 이 장치를 적용한 결과, 4~5시간 동안 계속 작동하는 것으로 나타났다.
영재발굴단에 출연한 한 어린이가 해외논문까지 뒤져가면서 녹조 제거 기계를 구상했다. 해외 논문을 찾아본 결과, 과산화수소를 살포하면 녹조가 사라진다는 것인데, 이를 이용해 녹조가 있는 곳에 이 기계를 띄우면 물과 공기 중의 산소를 결합시켜 과산화수소로 만든 후 이를 살포하는 기계라고 한다. 이 기계를 작동시키는 에너지는 기계에 태양열 센서를 부착시켜 자가발전을 시킨다는 것인데, '기계의 크기가 적당하다면 현재의 기술로도 충분히 구현 가능하다'라는 전문가의 평가를 받았다. 관련 영상
녹조를 이루는 식물성 플랑크톤 덩어리들을 긍정적으로 사용하는 방법도 있긴 하다. 이것들을 끌어모아 미역 말리듯 걸어두어 햇빛을 비추어 준 후 가공하면 극소량의 바이오 디젤을 얻을 수 있다. 녹조가 매우 심한 중국에서는 이미 이 방법을 시행하고 있다. 한국도 비슷한 공정을 개발하여 이걸로 자동차를 굴린 적이 있다.
녹조 현상의 원인[편집]
녹조 현상은 크게 수온과 햇빛, 영양 염류, 유속의 세 가지 요인에 큰 영향을 받는다.
- 첫 번째, 영양물질의 유입
조류의 성장에 필수적인 요소는 질소와 인 등의 영양물질이다. 녹조 현상의 가장 큰 원인은 강이나 호수로 유입되는 과다한 영양물질이며 이들은 조류의 과도한 성장을 유발한다. 가정에서 배출되는 생활하수와 산업 단지나 개별 공장에서 배출되는 산업 폐수, 그리고 비가 올 때 빗물과 함께 흘러내리는 각종 쓰레기와 농경지의 비료와 퇴비에는 질소와 인을 포함한 여러 가지 물질이 들어 있습니다. 이 물질이 강이나 호수로 흘러 들어가면 물속에는 영양물질이 풍부해져 조류가 대량으로 증식하게 되면서 녹조 현상이 발생하는 것이다.
- 두 번째, 수온과 햇빛
햇빛은 조류의 광합성을 위해 필수적 요소이며, 수온은 조류의 성장에 큰 영향을 주는 요인이다. 일반적으로 수온이 10℃ 이하인 겨울~봄에는 규조류가, 10~20℃인 봄~초여름에는 녹조류가 주로 증식한다. 남조류는 20~30˚C의 수온에서 가장 왕성하게 성장하며 광합성을 통해 성장하기 때문에 일반적으로 수온과 일사량이 증가하는 여름철에 녹조 현상이 두드러지게 나타나게 된다.
- 세 번째, 유속
유속이 빠를 경우 녹조류나 남조류가 쓸려 내려가 대량 증식이 어렵다. 하지만 유속이 느리거나 정체되었을 경우 유입된 영양 염류가 빠져나가지 못하고 축적되며 수온 또한 올라가게 되어 조류의 증식을 가속화시킨다. 4대강 사업 이후 낙동강과 금강 등에 녹조가 해마다 발생하는 원인으로 보의 건설과 강바닥을 긁어내는 준설로 인해 느려진 유속이 녹조 현상을 일으키는 원인의 하나로 지목되기도 한다. 실제로 환경부는 4대강 사업 이후 낙동강의 유속이 5배 이상 느려졌으며, 한강과 금강, 영산강도 최대 1.28배까지 유속이 느려졌다고 밝혔다.
녹조를 일으키는 생물[편집]
마이크로시스티스속(Microcystis)[편집]
마이크로시스티스속은 녹조를 일으키는 가장 대표적인 남세균 종류이고, 특히 무정형의 군체를 형성하는 Microcystis aeruginosa 가 가장 대표적이다. 이 속은 질소고정을 하지 않는 남세균 무리에 속하기 때문에 질소고정을 하는 남세균 종류 보다 상대적으로 더 많은 질소를 요구한다.
아나베나속(Anabaena)[편집]
마이크로시스티스속 다음으로 흔히 녹조를 일으키는 남세균 종류이며, 질소고정을 하는 이형세포(heterocyst)가 있어 질소고정 능력이 있다.
아파니조메논속(Aphanizomenon)[편집]
아파니조메논속 또한 녹조를 일으킬 수 있는 질소고정 가능 남세균이다. 대표적인 종은 Aphanizomenon flos-aquae 이다.
녹조의 환경 영향[편집]
산소 고갈과 생물다양성 감소[편집]
남세균과 조류가 대발생한 뒤 분해될 때 미생물 활동으로 인해 수중 산소가 고갈되며 녹조가 발생한 부영양호의 심층수부터 무산소층이 형성된다. 이러한 무산소층의 형성은 산소를 이용해 호흡하는 대부분의 저서 생물의 생존에 치명적이어서 생물다양성을 감소시킨다. 산소가 고갈된 심층수를 하류로 방류할 때 댐 하류의 어류 폐사가 일어날 수 있다.5) 또 남세균과 조류의 광합성으로 표수층의 산도(pH)는 9.5 이상에 이를 수 있는데, 민감한 어류에게 심각한 영향을 줄 수 있어 동물다양성이 크게 낮아질 수 있다.
독소 생성[편집]
또한 남세균은 마이크로시스틴(microcystin)이라는 간독소나 아나톡신(anatoxin-a)과 같은 신경독소를 생성하여 외국에서는 가축이나 야생동물이 대량 폐사한 사례도 보고되었다.6)7) 마이크로시스틴은 마이크로시스티스속뿐만 아니라 10종 이상의 남세균에서 만들어지는 환형펩타이드이며, 아나톡신도 아나배나속 뿐만 아니라 마이크로시스티스속에서도 생성된다. 마이크로시스티스속 안에서도 마이크로시스틴을 생산하는 독성 계통과 생산하지 못하는 비독성 계통이 존재한다.
녹조 현상 방지[편집]
조류가 강이나 호수에 대량으로 발생한 이후에 이를 제거하려면 많은 비용이 들고 효율성이 떨어진다. 따라서 오염 물질의 유입을 최소화할 수 있는 예방 조치가 매우 중요하다고 할 수 있다. 오염 물질을 줄이기 위해서는 가정하수나 공장 폐수를 깨끗하게 처리하고, 농경지나 도시 지역에서 발생한 오염 물질이 빗물과 함께 강으로 흘러드는 것을 줄여야 한다. 또한 규모가 큰 강이나 호수에 조류가 대량으로 발생했을 때에는 댐이나 보, 저수지 등에 확보된 물을 방류하면 효과적으로 녹조 현상을 줄일 수 있다. 이 방법은 정체된 물을 뒤섞어 주고 조류를 하류로 씻겨 보낼 수 있어 물의 정체와 느린 유속으로 인한 녹조 현상의 발생을 줄일 수 있다. 실제로 충주댐과 이포보, 여주보의 수문을 개방하자 한강의 녹조가 눈에 띄게 주는 모습을 보여 주기도 하였다.
이외에도 조류를 직접 제거하거나 황토를 뿌리기도 한다. 황토를 뿌리면 황토가 수면에 떠서 햇빛을 차단해 녹조의 번식을 막거나, 녹조와 뒤엉켜 녹조를 바닥으로 가라앉히는 역할을 하여 녹조 현상을 줄일 수 있으며, 정화 작용을 하는 수생 식물을 심는 등의 방법이 있다.
녹조 현상 발생 시 대처 방법[편집]
녹조 현상이 발생한 물에서는 수영 등 물놀이를 하지 않으며, 물이 몸에 닿으면 바로 깨끗한 물로 씻어야 한다. 또 녹조 현상이 발생한 물에서 낚시를 하지 말고 호수나 강물은 바로 마시지 않아야 한다. 특히 남조류에 들어 있는 독성 물질은 수생 생물의 체내에 아주 적은 양이라도 남아 있을 가능성이 있기 때문에 녹조 현상이 심한 수역에서 물고기나 조개류 등을 잡아서 먹지 않는 것이 좋으며, 부득이하게 먹어야 하는 경우 반드시 깨끗한 물에 씻고 내장을 제거한 후 먹어야 한다. 반려동물 또한 녹조가 발생한 물가에 가지 않도록 주의하고, 오염된 물에 젖은 털을 핥지 않도록 해야 한다.
녹조 제거[편집]
남세균, 특히 Microcystis aeruginosa를 제어하기 위해 많은 방법들이 개발되어 왔으나, 아직 효율적이고 생태계 친화적으로 제어하는 방법은 없는 실정이다. 호수에서 남세균을 제어하는 가장 기본적인 방법은 외부로부터 인의 유입을 줄이는 것이지만, 수많은 점오염원과 비점오염원의 개선이 필요해 장기간에 걸친 복원 노력이 필요하다. 빠르게 녹조 제거 효과를 보기 위해 호수 안의 남세균을 직접 처리하는 물리적, 화학적, 생물학적 방법이 개발되고 적용되어 왔다.
물리적 방법[편집]
다른 수체의 물을 이용한 희석, 인위적인 성층 파괴(혼합), 초음파를 이용한 기낭 파괴, 남세균의 물리적인 제거 등이 적용되어 왔다.
생물학적 방법[편집]
영양단계연쇄반응(trophic cascade)를 이용하여 동물플랑크톤을 먹는 작은 물고기가 최상위 단계인 경우 물고기를 먹는 큰 물고기를 넣어주거나, 동물플랑크톤을 먹는 작은 물고기 종류를 모두 제거하는 생물조절(biomanipulation)이 활발히 연구되었다. 바이러스, 세균, 원생생물 등도 생물학적 방법을 통한 남세균 제어에 적용되어 왔다.
화학적 방법[편집]
남세균에 대한 직접적인 제어 방법으로 가장 많이 연구되어 온 것은 화학물질 즉 살조제(algaecide) 처리이다. 남세균 억제제는 크게 합성물질과 천연물로 나눌 수 있다. 합성살조제 중 가장 널리 이용되어 온 것은 황산구리(CuSO₄·5H₂O)이다. 황산구리 이외의 무기 화합물로 질산은(AgNO₃), 과망간산칼륨(KMnO₄), 차아염소산나트륨(NaOCl) 등이 시도되어 왔고, 최근에는 감광제(photosensitizer)의 일종인 과산화수소(H₂O₂)도 시도되었다. 그 밖에 알루미늄염과 같은 응집제 및 유기 합성물질도 살조 가능성이 조사되었다. 남세균을 억제하는 천연물의 경우 최근 많이 연구되고 앞으로 개발가능성도 높으나, 아직 실험실 연구를 벗어나 실제 호수 규모에서 적용된 적은 없다. 남세균 생장을 억제하는 여러 침수식물과 식물플랑크톤에 대한 연구들이 보고되었으며, 이 외에 육상식물을 이용한 예로써 보리 짚(barley straw)의 적용이 있다.
조류경보제[편집]
녹조문제에 대한 대책으로 남한 정부는 1998년부터 상수원에 대해 조류경보제를 시행해오고 있으며 2016년부터는 하천으로 확대하여 시행하고 있다.8) 상수원에 대한 경보 단계는 관심, 경계, 대발생으로 구분되고 상수원이 아닌 하천과 호소는 친수로 구분하여 관심과 경계 단계로 발령된다.
조류경보제 기준[편집]
- 상수원
- 관심: 남세균 ml 당 1,000 세포 이상
- 경계: 남세균 ml 당 10,000 세포 이상
- 대발생: 남세균 ml 당 1,000,000 세포 이상
- 친수
- 관심: 남세균 ml 당 20,000 세포 이상
- 경계: 남세균 ml 당 100,000 세포 이상
참고자료[편집]
- 〈녹조〉, 《나무위키》
- 〈녹조〉, 《위키백과》
- 〈녹조〉, 《시사상식사전》
- 〈녹조〉, 《식물학백과》
- 〈녹조 현상의 진실은?〉, 《에듀넷》
- 〈물 관리 이야기〉, 《국가물관리위원회》, 2023-06
같이 보기[편집]
