녹조(Green Algae)가 생기는 원인은 무엇일까?

녹조(Green Algae)가 생기는 원인은 무엇일까?

지오마린 김정한/ GeoMarine Corporation. Kim Jeong-Han

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여름 만 되면 전국의 강이나 호수에 녹조 문제가 사회적 관심사가 된지 오래다. 심한 경우 초록색으로 물감을 풀어 놓은듯하다.

그렇다면 녹조(Green Algae)가 생기는 원인은 무엇일까?

녹조(Water-blooming)는 최근들어 일어나는 문제가 아니고, 태초에서 부터 물이 있는 곳이면 생기고 이는 자연생태계를 구성하는데 가장 중요한 요소이기도 하다.

강이나 호수에 녹조류 또는 시아노박테리아 같은 식물플랑크톤이 크게 번식해 물빛이 짙은 녹색을 띠게 되는 현상을 말한다.

녹조를 일으키는 시아노박테리아는 광합성을 하는 생물이다. 햇볕이 강하고 수온이 높으면 잘 자란다. 질소·인 같은 영양분도 있어야 한다.

특히, 물의 체류시간이 길어지면 시아노박테리아가 인을 흡수·활용할 수 있는 여지가 증가하기 때문에 인 농도가 낮아져도 녹조가 발생할 수 있다. 이를 쉽게 정리 해보면 녹조는 식물성 플랑크톤으로 반드시 햇볕이 있어야 하고, 적절한 온도, 영양분이 있으면 증식이 확산된다고 정리 할 수 있다.

체류시간이 길어지는 강이나 호수에는 영양물질 축적되게 대는 되 이 이러한 것을 부영양화(富營養化, eutrophication)가 진행된다고 한다.

녹조가 번식하는 데는 질소(N)와 인(P) 같은 영양물질이 필요한데, 부영양화가 진행되는 강이나 호수에서 흔히 나타난다.

녹조(綠藻)와 녹조(綠潮)는 우리말로 읽는 것은 같지만 그 의미가 다르다.

녹조(綠藻)는 여러 가지 조류(藻類, algae) 중의 한 종류다.

예를 들어 해조류를 녹조류·갈조류·홍조류 등으로 나눌 때의 녹조류(綠藻類, green algae)를 말한다.

이렇게 나뉘는 것은 이들이 광합성을 할 때 사용하는 세포 내 광합성 색소가 다르고, 이로 인해 가장 잘 활용하는 태양광선의 파장도 다르기 때문이다.

바다에서는 파래·청각 같은 것이 녹조류다.

이런 대형조류 외에 물에 떠다니는 플랑크톤 중에도 녹조류가 있다.

담수에서는 대형조류 대신 플랑크톤이 대부분이다.

이에 비해 녹조(綠潮)는 강이나 호수 등에 식물플랑크톤이 자라서 녹색으로 변한 것을 말한다.

바다나 호수에 식물플랑크톤이 크게 번식해 물 자체가 붉은색으로 변했을 때를 적조(赤潮, red tide)라고 하는 것과 비슷하다.

적조의 경우 보통 바다에서 관찰되지만, 호수에서 나타나는 경우도 있다.

녹조(綠潮)의 원인이 녹조류 때문일 수도 있지만, 국내 호수나 강에서는 대부분 남조류(藍藻類, blue-green algae)가 대량으로 번식한 탓이다.

남조류는 남세균(藍細菌)이라고도 불리기도 하는데, 시아노박테리아(cyanobacteria)가 정확한 표현이다.

일반적인 녹조류는 세포핵을 가진 진핵생물로서 식물로 분류되는 반면 시아노박테리아는 광합성을 하는 원핵생물, 세균이라고 보면 된다.

세균처럼 세포 내에 별도로 구분되는 핵이 없다.

남조류(시아노박테리아) 마이크로시스티스(Microcystis aeruginosa)의 광학 현미경 사진. 여름철 녹조 발생의 원인 생물이다. 작은 세포가 주머니 속에 들어있다가 주머니가 터지면 하나씩 흩어지게 된다.

광합성을 하는 원핵생물인 시아노박테리아는 식물과 미생물의 중간 정도로서 성장 속도가 빠르다.

좋은 조건에서는 이틀에 한 번 꼴로 번식을 한다.

세포 하나가 두 개로 나뉘는 식으로 번식한다고 보면, 20일이면 약 1,000배로 불어날 수 있다.

시아노박테리아는 광합성을 하기 때문에 태양광선이 풍부하고 수온이 높을수록 잘 번식한다.

비료 성분이기도 한 질소와 인이 많으면 잘 자란다. 일부 시아노박테리아는 공기 중의 질소를 고정하기도 한다.

공기 중의 질소는 생물이 직접 사용할 수 없지만 뿌리혹박테리아 등은 이를 생물이 사용할 수 있는 암모니아로 전환할 수 있는데, 이것이 질소고정이다.

시아노박테리아 일부도 특수한 형태의 세포에서 질소를 고정한다. 시아노박테리아 중에는 환경이 나빠질 때 포자를 형성하는 종류도 있다.

남조류(시아노박테리아) 마이크로시스티스(Microcystis aeruginosa)의 광학 현미경 사진. 여름철 녹조 발생의 원인 생물이다. 작은 세포가 주머니 속에 들어있다가 주머니가 터지면 하나씩 흩어지게 된다. 암을 유발하는 독소가 있다고 알려져 있다.[국립낙동강생물자원관]

남조류(시아노박테리아) 아나베나(Anabaena flos-aquae)의 광학 현미경 사진. 여름철 녹조 발생의 원인 생물이다. 사슬형태로 돼 있으며 사슬 중간에는 공기 중의 질소를 고정하는 역할을 맡고 있는 세포도 있다. [국립낙동강생물자원관]

 

광합성을 하는 식물플랑크톤이 물속에서 크게 번식을 하려면 태양광이 풍부해야 하고, 수온이 높아야 하고, 영양분이 많아야 한다.

여름철 오염도가 높은, 부영양화된 강이나 호수에서 녹조가 발생하는 것도 식물플랑크톤이 잘 자랄 수 있는 이 같은 조건이 잘 갖춰져 있기 때문이다.

녹조가 발생하면 물에서 흙냄새 같은 악취가 발생하기도 한다.

또 시아노박테리아의 경우 사람이나 동물에게 해로운 물질, 즉 마이크로시스틴 같은 독소를 생산하기도 한다.

상수원에 녹조가 발생하면 수돗물을 생산할 때 정수처리비용이 더 많이 소요된다.

녹조가 증식하게 되면 호숫물의 수소이온농도(pH)가 알칼리성을 띠게 된다. 이는 이산화탄소가 물에 녹으면 약한 산성을 띠는데, 반대로 물속에 녹아있는 이산화탄소를 식물플랑크톤이 흡수하면 알칼리성을 띠게 되는 것이다.

식물플랑크톤이 대대적으로 번식했다가 한꺼번에 죽으면 물속에 가라앉아 썩게 된다.

깊은 호수 밑바닥에서는 식물플랑크톤 사체가 세균이나 곰팡이 등에 의해 분해되는데, 이때 호수처럼 고인 물에서는 물속의 산소가 고갈되기도 한다.

산소가 고갈되면 퇴적토에서 독성이 있는 황화수소가 배출돼 물고기들이 떼죽음 당하기도 한다.

식물플랑크톤 세포가 분열하는 데 걸리는 시간보다 체류시간이 길면 식물플랑크톤 숫자는 늘어나게 되고, 그런 상황이 지속되면 녹조로 이어질 수밖에 없다.

호수의 상류에서 내려오는 물을 계속 모았다고 했을 때, 그 양이 호수 전체의 물의 양과 같아지는 데 걸리는 시간을 체류시간이라고 한다.

상류에서 내려오는 물이 적거나 호수의 물이 많으면, 즉 물그릇이 크면 체류시간이 길다.

결국 녹조가 발생하는 데는 태양광과 수온, 질소와 인, 그리고 체류시간 등의 조건이 맞아야 한다.

그런데 태양광과 수온은 계절의 변화와 지리적인 위치가 결정하기 때문에 사람이 근본적으로 통제할 수가 없다.

질소와 인의 호수나 하천 강등으로 유입되는 것은 하수처리장을 거쳐 유입되거나, 비료를 사용하는 논밭이나 도로 등으로부터 유입되게 된다. 하수처리장을 거쳐서 유입되는 것이 아닌 것은 오염원이 정확하게 인지할 수 없다고 하여 비(非)점비특정(非特定)오염원, 면(面)오염원, 이동오염원 또는 기타수질오염원이라고도 한다.

점오염원이 특정한 배출경로를 가진 것과는 달리 도시노면배수나 농경지배수와 같이 불특정한 배출경로를 통해 비점오염물질을 발생시키는 장소 또는 지역을 가리킨다.

비점오염물질[nonpoint pollution source, 非點汚染源 ]은 주로 비가 올 때 지표면 유출수와 함께 유출되는 오염물질로서 농지에 살포된 비료나 농약, 토양침식물, 축사유출물, 교통오염물질, 도시지역의 먼지와 쓰레기, 자연동·식물의 잔여물, 지표면에 떨어진 대기오염물질 등을 말한다.

따라서 모든 오염물질을 포함한 채 배출되는 빗물이 실제로 주된 비점오염원이 된다. 비점오염물질은 대개 많은 비가 와야 유출되기 때문에 일간·계절간 배출량의 차이가 크고 예측과 정량화가 어려우며, 인위적 조절이 어려운 기상조건·지질·지형 등에 영향을 많이 받는 특성을 지니고 있다. 따라서 제도적으로 배출기준을 정하지 않고 있다.

이 비점오염원을 해결하려하지만 생각만큼 쉽지 않다. 통제하기 어렵다는 얘기다.

녹조 발생원인 가운데 인위적으로 통제할 수 있는 것이 체류시간이다.

댐을 쌓거나 보를 쌓으면 저수량이 늘어난다.

호수로 들어오는 물의 양, 즉 유입량이 일정할 때 저수량이 늘어나면 체류시간도 같이 늘어난다.

체류시간이 줄면 녹조생물이 번식할 시간이 짧아지고 녹조 발생도 줄어든다.

질소와 인 농도가 높은 호수나, 강에서는 여름철이면 언제든지 녹조가 발생할 수 있는 상황인데, 강을 막아 호수를 만들면서 남조류가 자랄 시간을 충분히 제공해주니까 녹조가 대대적으로 발생할 수밖에 없는 것이다.

 

이러한 조류문제를 근본적으로 해결하는 방법은 영양물질의 유입을 차단하는 것이다. 그러나 산업사회와 인구증가에 따른 영양물질의 완전한 제어는 한계가 있는 것은 분명하다. 그러나 자연수계는 우리와 동식물이 같이 공존해서 살아가야 하는 곳이고, 물의 오염은 직간접 취사를 통해 사람의 인체에도 영향을 끼치게 된다는 사실은 분명하다.

이러한 점을 서로 인지해서 자연수계에 살아가는 모두가 환경문제 해결을 위해 노력해야 한다는 사실만이 건강한 삶을 영위할 수 있는 유일한 방법이다.