해수 수질

염분은 해수에 녹아 있는 무기염류의 총량을 나타내는 지표이다. 주로 염화 나트륨이 대부분을 차지하며, 염화 마그네슘, 황산 마그네슘, 황산 칼슘 등이 포함된다. 염분은 해수의 밀도와 부력을 결정하며, 해수의 순환과 해류 형성에 중요한 역할을 한다. 또한, 해양 생물의 삼투압 조절과 생리적 활동에 직접적인 영향을 미친다.

염분은 일반적으로 천분율(ppt, ‰) 또는 실용염분단위(PSU)로 표시된다. 전 세계 해양의 평균 염분은 약 35‰(35 PSU) 정도이다. 그러나 증발량, 강수량, 담수 유입, 해빙 형성 및 용해 등에 따라 지역적으로 큰 차이를 보인다. 예를 들어, 지중해나 홍해와 같이 증발이 활발한 지역은 염분이 높은 반면, 발트해나 흑해와 같이 많은 강수와 담수 유입이 있는 지역은 상대적으로 염분이 낮다.

해수의 염분을 측정하는 방법에는 전기전도도 측정법, 염도계 사용, 적정법 등이 있다. 현대에는 해수 시료의 전기전도도를 측정하여 정밀하게 염분을 계산하는 방법이 널리 사용된다. 이러한 측정은 해양 관측선, 부이, 인공위성 원격 탐사 등을 통해 이루어지며, 장기적인 기후 변화 연구와 해양 환경 모니터링에 필수적인 자료로 활용된다.

용존 산소는 해수에 녹아 있는 산소 가스의 양을 의미하며, 해양 생태계의 건강 상태를 판단하는 가장 핵심적인 지표 중 하나이다. 이는 해수 수질을 구성하는 주요 물리화학적 요소로서, 해양 생물의 호흡에 직접적으로 관여하며, 해양 생태계의 에너지 흐름과 물질 순환을 유지하는 데 필수적이다. 용존 산소 농도는 일반적으로 mg/L(밀리그램 퍼 리터) 또는 ppm(백만분율) 단위로 측정된다.

용존 산소 농도는 수온, 염분, 기압, 해수의 혼합 및 대기와의 접촉, 그리고 광합성을 하는 식물 플랑크톤의 활동에 크게 영향을 받는다. 수온이 낮을수록, 염분이 낮을수록 산소의 용해도는 높아진다. 낮 시간대에 식물 플랑크톤이 활발히 광합성을 하면 농도가 증가하지만, 밤에는 모든 생물의 호흡과 유기물 분해 과정으로 인해 농도가 감소한다. 이러한 일변화와 계절적 변동은 자연적인 현상이다.

해수 중 용존 산소 농도가 비정상적으로 낮아지는 상태를 빈산소수괴 또는 저산소증이라고 한다. 이는 주로 과도한 영양염류 유입으로 인한 부영양화가 원인이 된다. 부영양화로 식물 플랑크톤이 대량 증식한 후 사멸하면, 이를 분해하는 세균의 호흡 활동이 급격히 증가하여 대량의 산소를 소비하게 되기 때문이다. 장기적인 빈산소 상태는 어패류의 폐사, 생물 다양성 감소, 저서 생태계 파괴 등 심각한 생태계 피해를 초래한다.

따라서 용존 산소는 해양 오염 모니터링의 중요한 척도로 활용된다. 해양환경관리법에 근거한 해양 수질 측정에서도 필수 항목으로 지정되어 있으며, 양식업 구역, 해수욕장, 항만 등 다양한 해양 공간의 이용 적합성을 평가하는 기준이 된다. 정기적인 측정을 통해 부영양화나 유기물 오염의 징후를 조기에 발견하고, 환경 기준을 설정하여 해양 환경을 관리하는 데 기초 자료로 사용된다.

영양염류는 해양 생태계의 1차 생산자인 식물 플랑크톤의 성장에 필수적인 무기 영양소이다. 주요 영양염류로는 질소 화합물(예: 질산염, 아질산염, 암모늄), 인산염, 규산염 등이 있으며, 이들은 육지로부터의 유입, 대기 침적, 해저 퇴적물의 재용출 등 다양한 경로를 통해 해수에 공급된다. 적절한 농도의 영양염류는 건강한 해양 생태계를 유지하는 기반이 된다.

그러나 과도한 영양염류가 해역에 유입되면 부영양화 현상을 초래한다. 이는 식물 플랑크톤의 과다 번성을 유발하며, 이들이 대량으로 사멸하여 분해될 때 심각한 산소 고갈을 일으킨다. 그 결과 발생하는 빈산소 수괴는 어패류를 포함한 해양 생물의 대량 폐사를 야기할 수 있으며, 일부 유해 조류의 번성으로 적조 현상이 발생하기도 한다.

해수 중 영양염류 농도의 모니터링은 부영양화 위험 평가와 해양 환경 관리의 핵심 요소이다. 해양환경관리법에서는 해역별로 영양염류의 환경 기준을 설정하여 관리하고 있으며, 농도가 과도하게 높은 지역에서는 하수처리장의 고도처리 시설 확충, 비점오염원 관리 등의 오염 저감 정책이 시행된다.

부유 물질은 해수에 현탁되어 있는 고체 입자를 가리킨다. 이는 주로 점토, 실트와 같은 미세한 퇴적물 입자, 플랑크톤 등의 생물성 입자, 그리고 유기물 파편 등으로 구성된다. 부유 물질의 농도는 해수의 투명도와 색도에 직접적인 영향을 미치며, 이는 다시 광합성을 통해 에너지를 얻는 해양 식물성 플랑크톤의 생장에 중요한 요소가 된다.

부유 물질의 농도는 조석, 파랑, 해류와 같은 자연적 요인과 토사 유출, 준설, 매립과 같은 인위적 활동에 의해 크게 변동한다. 예를 들어, 강우 후 육상에서 유입되는 토양 유실이 증가하거나, 항만 건설 등 해안 개발 활동이 활발해지면 해역의 부유 물질 농도가 급격히 상승할 수 있다. 이러한 고농도의 부유 물질은 해수면 아래로의 빛 투과를 감소시켜 해저 생태계에 악영향을 줄 수 있다.

해수 수질 평가에서 부유 물질 농도는 중요한 물리적 지표로 활용된다. 일반적으로 농도가 높을수록 해수의 탁도가 증가하고, 이는 수중 생태계의 건강 상태를 간접적으로 나타내는 지표가 된다. 또한, 부유 물질은 중금속이나 유기 오염 물질과 같은 오염 물질을 표면에 흡착하여 함께 이동시킬 수 있어, 오염의 확산 경로를 파악하는 데에도 고려된다.

부유 물질 관리는 해양환경관리법에 근거한 환경 기준을 통해 이루어진다. 각 해역의 용도(예: 어업, 양식업, 해수욕장)에 따라 허용되는 농도 기준이 다르게 설정되어 있으며, 정기적인 모니터링을 통해 기준 초과 여부를 확인하고 필요한 오염 저감 대책을 수립한다. 이를 통해 해양 생태계를 보호하고 다양한 해양 이용 활동의 적합성을 유지하는 데 기여한다.

해수 수질을 평가하는 중요한 구성 요소 중 하나는 해수 내에 존재하는 오염 물질의 농도이다. 이는 자연적으로 존재하지 않거나 자연 농도를 초과하여 해양 생태계와 인간 건강에 위해를 줄 수 있는 물질들을 의미한다. 주요 오염 물질은 크게 중금속, 유기 오염 물질, 유류, 부유 물질 등으로 구분된다.

중금속 오염은 공장 폐수, 광산 배수, 도시 하수 등을 통해 해양으로 유입된다. 대표적인 중금속으로는 수은, 납, 카드뮴, 구리, 아연 등이 있으며, 이들은 해양 생물의 체내에 축적되어 생식 장애, 성장 저해, 면역 체계 손상 등을 일으키고, 이를 통해 식품 안전에도 영향을 미친다. 유기 오염 물질에는 농약, 다이옥신, 폴리염화비페닐(PCB)과 같은 지속성 유기 오염물질(POPs)이 포함된다. 이 물질들은 분해되기 어렵고 생물 농축이 일어나며, 장기간에 걸쳐 생태계에 잠재적 위험을 초래한다.

유류 오염은 선박 사고, 해상 시설 누출, 항만 작업 등에서 발생한다. 기름 유출 사고는 해수 표면에 기름막을 형성하여 햇빛 투과를 차단하고, 해조류와 플랑크톤의 광합성을 방해하며, 해조류와 조류의 호흡을 막아 대량 폐사를 유발할 수 있다. 또한, 부유 물질은 토사 유출, 준설 작업, 건설 활동 등으로 인해 해수 중에 현탁된 고체 입자를 말한다. 이는 해수의 투명도를 낮추고 해저 퇴적물을 증가시켜 저서 생물의 서식지를 훼손한다.

이러한 오염 물질의 관리는 해양환경관리법에 근거하여 환경 기준을 설정하고, 지속적인 모니터링을 통해 농도를 추적하며, 오염원을 차단하고 저감하기 위한 정책을 시행하는 것이 핵심이다. 특히, 환경과학과 해양학 분야의 연구를 통해 오염 물질의 이동 경로, 생태계 영향, 정화 기술 등에 대한 이해를 높이는 것이 중요하다.

해수 수질은 다양한 자연적 요인에 의해 지속적으로 영향을 받는다. 가장 기본적인 요인은 기후와 기상이다. 강수량, 증발량, 바람, 태양 복사 에너지 등은 해수의 염분 농도와 수온을 직접적으로 변화시킨다. 예를 들어, 강우가 많은 지역의 연안 해역은 담수의 유입으로 염분이 낮아지는 반면, 증발이 활발한 열대 해역은 염분이 높아진다. 수온은 계절과 위도에 따라 변동하며, 이는 해수의 밀도와 순환, 그리고 용존 산소 용해도에 큰 영향을 미친다.

지형과 해류 또한 중요한 자연적 요인이다. 해안선의 형태, 수심, 해저 지형은 해수의 혼합과 순환을 결정한다. 폐쇄된 만이나 내해는 외해와의 수교가 원활하지 않아 오염물질이 쌓이기 쉽고, 수질 변동이 크다. 반면, 외해와 넓게 연결된 해안은 수질이 비교적 안정적이다. 또한, 한류나 난류와 같은 대규모 해류는 먼 지역의 수질 특성을 이동시켜 해당 해역의 수온과 염분, 영양염류 분포를 변화시킨다.

조석 현상은 연안 해역의 수질에 주기적인 영향을 준다. 썰물 때는 육상에서 배출된 오염물질이 바다로 흘러들어가고, 밀물 때는 상대적으로 깨끗한 외해수가 유입되어 수질을 일시적으로 개선하는 희석 효과를 가져온다. 또한, 조류에 의한 해수의 수평 및 수직 이동은 부유 물질과 영양염류를 재분포시키는 역할을 한다.

마지막으로, 해양 생태계 자체의 활동도 자연적 요인에 포함된다. 식물성 플랑크톤의 광합성 활동은 주간에 용존 산소 농도를 증가시키고, pH를 변화시킨다. 반면, 밤시간이나 유기물 분해 과정에서는 산소 소비가 일어난다. 이러한 생물학적 과정은 해수 수질의 일일 및 계절적 변동을 유발하는 주요 원인 중 하나이다.

해수 수질에 영향을 미치는 인위적 요인은 주로 육상에서 기인하는 다양한 형태의 오염 유입이다. 가장 대표적인 것은 생활하수, 산업폐수, 농업폐수 등이 하천을 통해 바다로 유입되는 점오염원이다. 이들 폐수에는 유기물, 영양염류, 중금속, 합성세제, 잔류성 유기오염물질 등이 포함되어 해양 생태계에 직접적인 영향을 미친다. 또한, 대기 중의 오염 물질이 강수나 낙진의 형태로 해양에 침적되는 비점오염원도 중요한 요인이다.

해상 활동 자체에서 발생하는 오염도 주요 인위적 요인이다. 선박에서 발생하는 기름 유출 사고나 평상시의 오일 블리지, 항만과 선박에서 배출되는 폐수, 선박 도색용 방오제에 포함된 유해 물질 등이 해역을 직접 오염시킨다. 특히 대형 유조선의 좌초나 충돌로 인한 원유 유출 사고는 광범위한 해양 오염과 생태계 파괴를 초래한다.

해양 개발 사업과 연안의 토지 이용 변화도 해수 수질에 큰 영향을 준다. 항만 건설, 매립, 준설, 해상 구조물 설치 등은 해저 퇴적물을 교란시켜 퇴적물 속에 축적된 오염 물질을 재부유시킬 수 있다. 또한, 연안 지역의 무분별한 개발과 콘크리트 해안 정비는 자연적인 해안선과 갯벌을 파괴하여 해수의 자정 능력을 저하시키는 결과를 낳는다.

양식업과 같은 해양 산업 활동도 국지적인 해수 수질 악화의 원인이 된다. 집약적인 어류 양식이나 패류 양식장에서는 사료 잔여물과 배설물로 인해 과도한 영양염류가 주변 해역에 공급되어 부영양화를 촉진하고 적조 발생 위험을 높인다. 이러한 인위적 요인들은 종합적으로 작용하여 해양 생태계의 건강을 위협하고, 궁극적으로 수산자원과 해양 환경을 이용하는 인간 사회에도 부정적인 영향을 미친다.

화학적 산소 요구량은 해수에 존재하는 유기물질이 화학적 산화제에 의해 분해될 때 소비되는 산소의 양을 나타내는 지표이다. 이는 해수 내 유기물 오염의 정도를 간접적으로 평가하는 데 널리 사용된다. 화학적 산소 요구량 수치가 높을수록 해수 중에 분해 가능한 유기물질이 많다는 것을 의미하며, 이는 생활하수, 산업폐수, 농업배수 등의 유입으로 인한 오염을 시사한다.

해수에서 화학적 산소 요구량을 측정할 때는 일반적으로 강한 산화제인 과망간산칼륨 또는 중크롬산칼륨을 사용한다. 이 방법은 비교적 빠른 시간 내에 결과를 얻을 수 있어 해양환경관리법에 따른 정기적인 모니터링에 활용된다. 측정 결과는 해양 오염의 추세를 분석하고, 수질관리 정책의 효과를 평가하는 기초 자료로 사용된다.

화학적 산소 요구량은 용존산소와 깊은 연관이 있다. 유기물이 미생물에 의해 분해될 때 다량의 용존산소가 소비되므로, 화학적 산소 요구량이 높은 해역은 용존산소 농도가 급격히 떨어질 위험이 있다. 이는 해양 생태계에 치명적일 수 있으며, 특히 부영양화가 진행된 만이나 내만에서 저산소 수괴가 발생하는 주요 원인으로 작용한다. 따라서 화학적 산소 요구량 관리는 환경과학과 해양학에서 해양 환경 건강을 지키기 위한 중요한 과제이다.

부영양화 지수는 해수의 영양염류 농도, 특히 인과 질소 화합물의 농도를 바탕으로 부영양화 상태를 평가하는 지표이다. 이는 해양 생태계의 건강 상태를 판단하고, 적조나 저산소증과 같은 부영양화로 인한 문제 발생 가능성을 예측하는 데 사용된다.

부영양화 지수를 계산하는 방법은 다양하지만, 일반적으로 해수 중의 인산염, 질산염, 아질산염 등의 농도와 클로로필-a 농도(식물성 플랑크톤의 양을 간접적으로 나타냄)를 측정하여 산출한다. 이러한 지표들을 조합하여 해역을 빈영양, 중영양, 부영양 상태로 구분한다. 부영양화 지수가 높을수록 해수는 부영양화 상태에 가깝다고 평가되며, 이는 해양 오염이 심화되었음을 의미할 수 있다.

해수 수질 관리에서 부영양화 지수는 해양환경관리법에 따른 해역별 수질 기준 설정 및 평가에 활용된다. 특히 양식업이나 해수욕장과 같이 수질에 민감한 해역을 관리하고, 육상에서 유입되는 비점오염원을 통제하는 정책의 기초 자료로 중요하게 사용된다.

해수 내 중금속 농도는 해양 오염의 중요한 지표 중 하나이다. 중금속은 자연적으로도 일부 존재하지만, 주로 산업 폐수, 광산 배수, 도시 하수, 농업 활동 등 인위적 요인을 통해 해양으로 유입된다. 해수에 용존 상태로 존재하거나 퇴적물에 흡착된 중금속은 생물 농축을 통해 해양 생물의 체내에 축적될 수 있으며, 이는 식품 안전과 인간 건강에 직접적인 위협이 될 수 있다.

주로 모니터링 대상이 되는 대표적인 중금속으로는 납, 카드뮴, 수은, 구리, 아연, 크롬, 비소 등이 있다. 이들 중 수은과 카드뮴은 특히 독성이 강해 국제적으로 엄격히 규제되고 있다. 각 중금속의 해수 중 농도는 해양환경관리법에 따른 환경 기준을 설정하여 관리하며, 기준을 초과할 경우 해당 해역은 오염된 것으로 판단한다.

중금속 농도 평가는 정기적인 해양 모니터링을 통해 이루어진다. 해수 시료를 채취한 후 원자 흡광 분광법이나 유도 결합 플라즈마 질량 분석법과 같은 정밀 분석 기법을 사용하여 미량의 농도도 정량적으로 측정한다. 측정 결과는 퇴적물 중 중금속 농도, 생물체 내 중금속 축적량 등 다른 지표와 함께 종합적으로 해석되어 해양 환경의 전반적인 상태를 진단하는 데 활용된다.

해수 수질 관리를 위한 환경 기준은 해양환경관리법을 근거로 설정된다. 이 기준은 해양 생태계의 건강을 보호하고, 해양을 다양한 목적으로 이용하는 데 있어 적합한 수질을 확보하기 위한 최소한의 요건을 규정한다. 기준 항목은 해수 수질을 구성하는 주요 지표들, 즉 용존산소(DO), pH, 영양염류(질소, 인 등), 부유물질(SS), 중금속, 유기오염물질 등의 농도를 포함한다.

이러한 환경 기준은 해역을 용도에 따라 구분하여 차등적으로 적용된다. 예를 들어, 해양보호구역이나 어장 등 생태계 보전이 우선되는 해역은 가장 엄격한 기준이 적용되는 반면, 항만이나 공업용수로 이용되는 해역은 상대적으로 완화된 기준이 적용될 수 있다. 이는 해양 공간의 다양한 기능과 이용 가치를 고려한 합리적인 관리 방안이다.

환경 기준은 해수 수질 모니터링의 평가 척도로서 기능하며, 측정 결과가 기준을 초과할 경우 해당 해역은 오염된 것으로 판단된다. 이는 해양 오염의 원인 규명과 오염 저감 정책 수립의 기초 자료가 된다. 궁극적으로 환경 기준의 설정과 준수는 지속 가능한 해양 이용과 건강한 해양 생태계 유지를 위한 핵심 도구이다.

해수 수질 모니터링은 해양 환경의 상태를 체계적으로 파악하고 관리하기 위한 핵심 활동이다. 이는 해수 수질의 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 정기적으로 측정하고 분석하는 과정을 포함한다. 주요 목적은 해양 생태계의 건강 상태를 평가하고, 오염의 정도와 원인을 파악하며, 해양을 이용한 양식업, 레저 활동, 공업용수 취수 등 다양한 용도에 대한 적합성을 판단하는 데 있다. 이러한 모니터링은 해양환경관리법에 근거하여 수행되며, 해양학과 환경과학의 방법론을 기반으로 한다.

모니터링은 일반적으로 고정된 관측 지점에서 정기적으로 샘플을 채취하여 실험실에서 분석하는 방식으로 이루어진다. 주요 측정 항목으로는 염분, 수온, 용존산소, pH, 영양염류 농도, 부유물질 농도, 그리고 중금속 및 유기오염물질과 같은 유해 화학물질 농도 등이 있다. 최근에는 원격탐사 기술과 부이를 이용한 자동 연속 관측 시스템도 활용되어 광범위한 해역의 실시간 데이터를 확보하는 데 기여하고 있다.

효과적인 모니터링을 위해서는 측정 지점의 선정, 측정 빈도, 분석 방법 등이 과학적으로 설계되어야 한다. 특히 오염원이 집중되는 연안 지역, 주요 항만, 하구, 양식장 주변 등이 중요한 관측 대상이 된다. 수집된 데이터는 해양 오염의 공간적 분포와 시간적 변화 추이를 분석하는 데 사용되며, 궁극적으로 수질관리 정책 수립과 오염 저감 대책의 효과 평가를 위한 근거 자료로 활용된다.

해수 수질 관리를 위한 오염 저감 정책은 크게 법적 규제, 기술적 대응, 국제 협력으로 나뉜다. 각국은 해양환경관리법과 같은 법적 체계를 바탕으로 해양 배출 기준을 설정하고, 육상에서 유입되는 오염원을 통제한다. 주요 정책으로는 산업 폐수와 생활 하수의 처리 강화, 농업 지역에서의 비점 오염원 관리, 선박으로 인한 기름 유출 및 폐기물 배출 규제 등이 포함된다. 또한 해양 보호구역을 지정하여 특정 해역을 보호하는 접근도 활발히 이루어진다.

기술적 측면에서는 하수 처리장의 고도처리 기술 도입, 인공습지 등을 활용한 자연 기반 해법 적용, 선박 오염 방지 장비 의무화 등이 추진된다. 특히 플라스틱 폐기물과 미세플라스틱 문제에 대응하기 위해 일회용 플라스틱 사용 규제, 쓰레기 해양 투기 금지, 재활용 시스템 구축 등의 정책이 시행되고 있다.

국제적 차원에서는 런던 협약과 그 의정서를 통한 해양 투기 규제, 국제해사기구(IMO)를 통한 선박 오염 방지 규칙(MARPOL 협약) 제정 및 이행이 중요하다. 지속 가능한 개발 목표(SDGs) 중 해양 자원 보존 목표는 국가별 정책 수립의 방향을 제시한다. 이러한 다각적인 정책과 협력을 통해 해양 생태계 건강을 유지하고 인간 활동에 의한 해수 수질 악화를 방지하려는 노력이 지속된다.