韓半島 淸淨地域 降水 中 主要Ion 特性에 關한 硏究 = (A) Study on the Major Ions in Precipitation at Background Areas in the Korea Peninsula

국문 초록 (Abstract)

1998년 1월과 1998년 8월부터 2002년 12월까지 해안 및 도서지역인 안면도, 울진 및 제주고산에서 강수를 채취하고 수용성 이온성분을 분석하여 지역에 따른 강수 중 주요이온 성분의 특성을 비교 연구하였다.
시료채취는 강수자동 채취기(wet-only sampler)를 사용하여 당일 9시부터 익일 9시까지 1일(daily) 단위로 강수 시작 시간부터 끝나는 시간까지의 시료를 수거하였다. 수거 후 pH와 전기전도도 측정은 pH 미터와 전기전도도미터를 사용하였고 이온크로마토그래프(Ion Chromatograph)를 이용하여 수용성이온성분(F^(-), Cl^(-), NO_(3)^(-), SO_(4)^(2-), Na^(+), NH_(4)^(+), K^(+), Mg^(2+), Ca^(2+))들을 분석하였다.
강수의 pH와 주요 수용성이온 성분의 평균 농도는 강수량을 고려한 강수량 가중평균값으로 계산하였으며, 세 지역의 pH는 4.87 ∼ 5.06로 지역적으로 큰 차이를 나타내지 않았다. 강수 중 음이온 비율은 안면도 지역의 경우 Cl^(-), nss-SO_(4)^(2-) , NO_(3)^(-) 및 F^(-)순으로 40.3%, 37.1%, 21.2% 및 1.4%를 나타내었고, 도서지역인 제주 고산 지역과 동해안에 위치한 울진에서는 해염입자에 의한 Cl^(-)이온의 농도가 전체 음이온 성분중 약 65%로 가장 많이 기여하였으며, nss-SO_(4)^(2-), NO_(3)^(-) 이온들은 각각 약 19∼20%와 15∼16% 정도로 나타났다. 세 지역에 대한 양이온성분 중 NH_(4_^(+)의 점유율은 안면도 23.6% 제주고산 10.6% 울진 10.2%를 나타내었다.
세 지역에 대한 주요 이온성분의 계절 변화는 세 지역 모두 대체로 겨울철과 봄철에 고농도를 나타낸 반면 여름철에 저농도를 나타내었다. 풍계구분에 의한 세 지역의 주요 이온성분을 비교한 결과 안면도와 울진은 대부분 풍향이 서풍계열일 때 동풍계열보다 고농도를 나타낸 반면 제주고산은 이와 반대 경향을 나타내었다.
세 지역 수용성이온성분들 간의 상관성을 알아보기 위한 통계분석 결과 강수 중에 존재하는 해양기원 물질인 Na^(+)와 Cl^(-) 이온들이 높은 상관성을 나타내었으며, NO_(3)^(-)와 SO_(4)^(2-)가 NH_(4)^(+) 및 Ca^(2+) 이온과 비교적 높은 상관성을 보였으나 H^(+) 이온과는 상관성을 보이지 않아 이 세 지역 강수 중에 유입된 산성물질이 대부분 중화된 상태임을 보였다. 비해염기원 수용성 이온성분의 습성 강하량은 안면도지역이 가장 많고 고산 울진 순으로 나타났으며, H^(+) 이온의 강하량은 북미 및 유럽 등의 산성비 지역 보다 비교적 작게 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For the evaluation of the properties of major ions, the precipitations were collected in coastal and island areas-Anmyeon-do, Uljin, and Kosan of the Korean peninsula for the period of January or August 1998 and December 2002. For the collection of a precipitation, the polyethylene(PE) bottle set in a self-fabricated wet-only collector was used in this research. And then, precipitation sampling was covered whole 24 hours after a collection started at 09:00 LST. The chemical analysis was made immedia-NO_(3)^(-), SO_(4)^(2-), Na^(+), NH_(4)^(+), K^(+), Mg^(2+) and Ca^(2+).
The seasonal and annual concentrations of major soluble ions were calculated by volume-weighted daily precipitation amounts. The pH of collected precipitations ranged from 4.87 to 5.06 and showed no distinct spatial or time variations. The mean pH had similar to the average pH of Japan and it was higher than that of the Northeast America and Europe, but significantly lower than that of North China.
Total ion concentration was peaked in winter and spring while the lowest concentration showed in summer. The concentration of soluble ions tended to increase in Anmyeon-do and Uljin when wind blowed from westerly direction while opposite result showed in Kosan. The quantity of major anions was in order order of Cl^(-) (40.3%), nss-SO_(4)^(2-) (37.1%), NO_(3)^(-)(21.2%), and F^(-)(1.4%) at Anmyeon-do. Chloride(Cl^(-)) concentration was corresponding about 65% of the total anion and nss-SO_(4)^(2-) and NO_(3)^(-) were corresponding about 19∼20% and 15∼16% in Kosan and Uljin, respectively. The contribution of NH_(4)^(+) on total cation concentration was estimated up to 23.6%, 10.6%, and 10.2%, approximately at Anmyeon-do, Kosan, and Uljin, respectively.
The statistical analysis was used to establish the qualitative relationships among chemical components in rainfall at three stations. There were a high correlation between Na^(+) and Cl^(-), NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-) and NH_(4)^(+)/Ca^(2+). However, H^(+) had a relatively low correlation with aforementioned ions therefore was considered that H^(+) brought into Anmyeon-do, Kosan, and Uljin would be neutralized. Non-sea salt wet depositions was in order of Anmyeon-do, Kosan, and Uljin. The wet deposition of H^(+) was approximately one third measured in North America and Europe, implying that direct impacts by proton deposition, such as from fresh water and soil acidification, were not as significant as those estimated from the wet deposition of anions.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures
• List of Tables
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구의 배경 = 1
• 2. 연구의 목적 = 6
• Ⅱ. 산성비 이론 및 역사 = 8
• 1. 산성비의 발생원인 = 8
• 2. 산성비 생성 메카니즘 = 13
• 가. SO_(X) 화합물 = 14
• 나. NO_(X) 화합물 = 15
• 다. NH_(3) 화합물 = 18
• 3. 국외 산성비 연구의 역사 = 18
• 4. 산성비 침적 = 21
• 가. 습성침적 = 21
• 나. 건성침적 = 22
• 5. 산성비 피해 = 23
• Ⅲ. 실험 및 분석 방법 = 26
• 1. 시료채취지점 = 26
• 2. 시약 및 기기 = 29
• 3. 시료채취 및 보관방법 = 30
• 4. pH 및 전기전도도 측정 = 35
• 5. 농도계산 방법 = 37
• 가. 강수량을 고려한 가중평균농도 = 37
• 나. 해염 및 비해염 기원물질 = 37
• 6. 자료 검증 방법 = 39
• 가. 이온 수지법(Ion Difference Method) = 39
• 나. 전기전도도법(Electric Conductivity Method) = 41
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 43
• 1. 강수시료 수거율 = 43
• 2. 분석자료의 신뢰도 검증 = 46
• 가. 이온수지(Ion Difference)법 = 48
• 나. 전기전도도법 = 50
• 다. 정도관리 시료분석 = 52
• 3. 강수시료 분석결과 = 53
• 가. pH = 53
• 나. 주요 이온성분 = 56
• a. 음이온 = 59
• b. 양이온 = 62
• 다. 이온성분의 장기변동과 원인 = 65
• 라. 산의 중화 = 71
• 4. 풍계구분에 의한 주요이온 성분 특성 = 73
• 가. 이온성분 = 77
• 나. 통계 분석에 의한 관련성 = 85
• a. 이온성분들 간의 상관성분석 = 85
• b. 이온성분들 간의 주성분분석 = 91
• 다. 산성비 원인물질과 중화물질과의 관계 = 94
• 5. 습성 강하량 추정 = 97
• Ⅴ. 결론 = 104
• 참고문헌 = 106
• ABSTRACT = 117