대기 유입경로별 배경지역 TSP 에어로졸의 화학조성 비교

Abstract

국내 배경지역인 제주도 고산측정소에 TSP air sampler를 설치하여, 2003년 1월부터 2007년 12월까지 총 692개의 TSP 에어로졸 시료를 채취, 분석하였다. 분석 결과로부터 대기에어로졸의 조성과 유입경로별 조성 특성을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1.TSP 대기에어로졸의 수용성 성분은 nss-SO₄^(2-) ＞ NO₃^(-) ＞ NH₄^(+) ＞ Na^(+) ＞ Cl^(-) ＞ K^(+) ＞ Mg^(2+) > nss-Ca^(2+)의 순으로 높은 농도를 보였고, 원소 성분은 S ＞ Na ＞ Al ＞ Ca ＞ K ＞ Fe ＞ Mg ＞ Zn ＞ Pb ＞ Ti ＞ Mn ＞ Ba > V ＞ Cu ＞ Ni ＞ Sr ＞ Cr ＞ Mo > Cd ＞ Co 순으로 높은 농도를 나타내었다. 2. 농축인자를 구해 본 결과, 수용성 성분에서 Cl^(-), Mg^(2+) 등은 주로 해양으로부터 유래되나 SO₄^(2-) Ca^(2+), K^(+) 등은 다른 배출원의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 또 Ca, Fe 등 성분들은 토양으로부터 유래되나, Na, Mg, Ti, Mn, Zn, V, Pb, Cu, Ni, Co 등은 토양 외의 다른 요인에 의해 대기에어로졸에 유입되는 것으로 조사되었다. 3. 요인분석에 의해 대기에어로졸 성분의 발생기원을 조사해 본 결과, 고산 지역의 TSP 대기에어로졸은 토양의 영향을 가장 많이 받고 있고, 다음으로 인위적 영향, 그 다음으로 해양의 영향을 많이 받고 있는 것으로 조사되었다. 4. 황사와 비황사의 농도를 비교한 결과, 황사 시에 토양 기원의 nss-Ca^(2+), 과 Mg^(2+), Al, Ca, Fe, Mg, Ti, Mn, Ba, Sr 성분의 농도가 각각 3.6, 3.1, 4.9, 3.4, 4.4, 3.1, 3.4, 3.2, 3.2, 3.3배 증가하였다. 반면에 인위적 기원의 nss-SO₄^(2-), NH₄^(+), NO₃^(-), K^(+), S은 각각 1.4, 1.3, 2.1, 1.6, 1.7배 증가하여 토양 성분들보다는 상대적으로 낮은 증가율을 나타내었다. 5. 계절별로 대기에어로졸 조성을 비교해 본 결과, 토양 기원의 성분들은 봄에 현저히 높고 여름에 낮은 농도를 보였고, 인위적 기원의 성분들은 봄과 여름에 다소 높고 가을에 낮은 조성을 나타내었다. 그러나 해양 기원의 성분들은 계절별로 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 6. 연구기간 중 공기의 이동은 중국대륙에서 발원되어 제주지역으로 유입된 경우가 65.3%로 가장 많았다. 그리고 이동경로별로 에어로졸 성분의 조성을 비교해 본 결과, 인위적 기원의 nss-SO₄^(2-), S, NO₃^(-), 토양 기원의 nss-Ca^(2+), Al, Fe, Ca, 중금속 Mn, Zn, Cr, Pb, Cu, Cd 등이 중국대륙(Ⅱ영역)으로부터 유입되었을 때 더 높은 농도를 나타내었다. 그러나 해양 기원의 성분들은 일본 및 북태평양(Ⅲ영역)으로부터 유입되었을 때 더 높은 농도를 보였다. 7. 계절 및 공기 이동구간별로 에어로졸 조성을 비교해 본 결과, 봄, 가을, 겨울철에는 대체적으로 인위적 성분과 토양 성분들이 중국대륙(Ⅱ영역)으로부터 유입되었을 때 더 높은 농도를 나타내었다. 그러나 여름철에는 한반도 및 시베리아 지역 (Ⅰ영역)에서 공기가 이동했을 때 더 높은 농도를 나타내었다. 8. 중국대륙을 통과한 공기의 이동 경로를 구역별로 비교해 본 결과, 대체적으로 인위적 기원의 nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+)은 중국의 북부지역과 중부지역을 경유했을 때 높은 농도를 보이고, 토양 기원의 성분들은 주로 중부지역을 경유했을 때 그 농도가 가장 높게 나타나는 것으로 조사되었다.

The TSP aerosols have been collected at Gosan site, which is one of the background sites in Korea, from 2003 to 2007, and their aerosol components have been analyzed to understand the characteristics of chemical compositions corresponding inflow pathway of air parcels. The concentrations of water-soluble components of TSP aerosols were in the order of nss-SO₄^(2-) ＞ NO₃^(-) ＞ NH₄^(+) ＞ Na^(+) ＞ Cl^(-) ＞ K^(+) ＞ Mg^(2+) > nss-Ca^(2+), and those of metal and sulfur elements were in the order of S ＞ Na ＞ Al ＞ Ca ＞ K ＞ Fe ＞ Mg ＞ Zn ＞ Pb ＞ Ti ＞ Mn ＞ Ba ＞ V > Cu ＞ Ni ＞ Sr ＞ Cr ＞ Mo > Cd ＞ Co. Based on the sea-salt and soil enrichment factors, it was found that Cl^(-) and Mg^(2+) were mostly originated from sea salt particles, but Ca and Fe were delivered from soil particles. From the factor analysis, the TSP aerosols in Gosan area have been estimated to be influenced largely by soil sources, and next by anthropogenic and marine sources. The concentrations of soil-originated nss-Ca^(2+), Mg^(2+), Al, Ca, Fe, Mg, Ti, Mn, Ba and Sr were 3.6, 3.1, 4.9, 3.4, 4.4, 3.1, 3.4, 3.2, 3.2, 3.3 times higher during Asian Dust periods than those during Non-Asian Dust storm periods. The concentrations of anthropogenic nss-SO₄^(2-), NH₄^(+), NO₃^(-), K^(+) and S were 1.4, 1.3, 2.1, 1.6, 1.7 times higher during Asian Dust storm periods. In the results of seasonal comparison of aerosol compositions, the soil-originated components showed remarkably higher concentrations during spring season, and lower in summer. On the other hand, the concentrations of anthropogenic components were somewhat higher in spring and summer seasons, and lower in fall season. The inflow pathways of air parcels into Gosan area have contributed 13.1, 65.3, 15.0%, respectively from Korean Peninsular (SectorⅠ), China Continent (SectorⅡ), and Japan-Pacific Ocean (SectorⅢ), during the study. The concentrations of anthropogenic nss-SO₄^(2-), S, NO₃^(-) as well as soil-originated nss-Ca^(2+), Al, Fe, Ca components have relatively increased, when the air parcels moved from China Continent (SectorⅡ) to Gosan area. The marine-originated components showed higher concentrations in the sector of Japan-Pacific Ocean (SectorⅢ). Meanwhile in the results of seasonal and sectional comparison of aerosol compositions, the soil-originated and anthropogenic components showed higher concentrations when the air parcels moved from China Continent (SectorⅡ), during all seasons except summer, but those concentrations were higher in the sector of Japan-Pacific Ocean (SectorⅢ) during the summer season.