김범철 교수의 호수의 과학 ⓳

온실가스의 근원지 

 낙엽에 의한 저수지의 메탄 발생

김범철
·‌ ‌강원대학교 농업생명과학대학 환경융합학부 에코환경과학전공
·‌ ‌전 한국하천호수학회 회장

호수나 하천의 바닥에서 기포가 올라오는 모습을 흔히 볼 수 있는데 그 이유가 무엇인지 아는 사람은 별로 없는 것 같다. 어린 시절에는 그 기포가 물속에 있는 물고기가 내보내는 것이니 그 곳에 물고기가 있다는 신호라고 말하는 낚시꾼의 그럴듯한 해설을 믿기도 했는데, 호수학을 공부하면서 그 기포들이 호수 바닥의 저질토 속에서 발생한 메탄가스가 토양을 뚫고 분출된 것이라는 것을 알게 되었다.
메탄가스는 하수로 오염된 곳에서 흔히 볼 수 있지만 산간지방의 호수에서도 많이 나타난다. 필자의 연구실에서는 근래 소양호 등의 저수지에서 메탄가스 발생을 연구하고 있는데 여름이면 상당히 많은 기포가 올라오는 것을 볼 수 있다.
그러면 호수에서는 왜 메탄가스가 발생할까? 낙엽과 같은 유기물이 호수로 유입되면 수중의 미생물에 의해 분해되는데, 이때 산소가 존재하는 상태에서는 이산화탄소가 발생하면서 분해된다. 사람이나 동물이 호흡할 때 이산화탄소를 내보내는 것과 같은 과정이다. 이산화탄소는 냄새도 없고 독성도 없으며 물에 잘 녹아 있다. 그런데 호수 바닥에서는 산소가 고갈되는 일이 종종 발생하며, 산소가 없을 때에 낙엽이 분해되면 이산화탄소 대신 메탄이 발생한다. 호수의 저질토에는 낙엽, 플랑크톤의 사체, 어류의 배설물 등의 유기물이 많이 함유되어 있는데, 유기물이 분해될 때 미생물이 산소를 소비하기 때문에 저질토는 산소고갈이 발생하기 쉬운 곳이다.

▲좌)호수의 저질토에서 메탄 기포가 발생하는 모습. 우)양양의 저수지 바닥에 낙엽이 쌓인 모습.

낙엽 썩는 냄새에 댐 인근 주민들 민원 제기하기도
수중의 산소가 감소하기 시작하면 초기에는 암모니아, 황화수소 등의 가스가 발생하다가 나중에는 주로 메탄이 발생하게 된다. 산소가 없는 조건에서 유기물이 분해되는 것은 흔히 썩는다는 말로 표현되는 혐기성 분해 과정이다. 시궁창 썩는 냄새, 음식물이 썩는 냄새 등의 사례와 같이 유기물이 썩을 때 나오는 나쁜 냄새는 메탄, 암모니아, 황화수소 등의 가스 때문이다. 호수바닥에서 메탄가스 기포가 올라온다면 저질토 속이 산소가 없는 무산소 상태라는 뜻이며 저질토 내부에서 낙엽이나 플랑크톤의 사체가 많이 썩고 있다는 뜻이다.
유기물이 썩을 때 발생하는 가스는 냄새가 나쁘기 때문에 주변에 사는 사람들에게 불쾌감을 준다. 황화수소의 냄새는 흔히 계란 썩는 냄새라고 표현하며, 메탄은 구린내라고 표현할 수 있다. 양양의 어느 댐에서는 낙엽 썩는 냄새 때문에 인근 주민들이 민원을 제기하여 결국 상류 유입부에 낙엽 차단 그물을 설치하고 매년 낙엽을 퍼내는 조치를 취하기도 하였다.
황화수소와 암모니아는 수중동물에게 독성이 강하여 수중에서 일어나는 대량 어류폐사의 주원인인데, 그에 비하여 메탄은 독성이 적다. 암모니아는 물에 잘 녹는 기체이기 때문에 물속에 머물러 있지만, 메탄은 물에 용해도가 작아서 많이 발생하면 일부만 물에 녹아 있고 나머지는 기포를 만들어 수면으로 방출된다.
메탄은 독성이 거의 없어서 위해성은 크지 않지만, 문제는 지구온난화의 원인이 되는 온실가스이며 기후변화의 중요한 원인물질이라는 점이다. 온실가스란 대기 중에 존재하면서 지구에서 외계로 방출되는 적외선을 흡수하여 차단함으로써 지구의 온도를 높이는 가스를 말한다. 이산화탄소가 가장 양이 많고 중요한 온실가스이지만 메탄도 온실효과의 18% 정도의 큰 비중을 차지한다. 대기 중의 메탄의 양은 매우 적음에도 불구하고 온실가스 효과가 큰 것은 메탄이 적외선을 잘 흡수하여 온실가스 효과가 이산화탄소의 22배나 크기 때문이다.

낙엽의 퇴적 부식은 댐 건설에 의한 또 다른 환경오염
우리나라는 가파른 산악지형이 많고 여름에 폭우가 내리기 때문에 다른 나라와는 달리 호수로 유입되는 낙엽의 양이 많다. 호수에 낙엽이 많이 쌓이면 메탄이 발생하는 것뿐 아니라 수질에도 악영향을 미친다. 낙엽이나 식물체가 분해되고 나면 부식질이라는 물질이 남는데 이 때문에 낙엽이 많은 저수지에서는 물의 색이 연한 갈색을 띠게 된다. 부식질은 미생물에 의해 잘 분해되지 않는 것들만 남은 것이기 때문에 쉽게 자연정화되지 않는다. 부식질 자체는 유해물질이 아니지만 수돗물을 만들 때 염소소독을 하게 되면 염소와 결합하여 발암물질을 만들기 때문에 상수원의 수질평가에서는 중요한 항목이다. 설악산에 있는 학사평저수지에서는 낙엽으로 인한 상수원 수질 악화 때문에 저수지의 물을 빼고 낙엽을 걷어 내기도 하였고, 일부농업용 저수지에서도 상류부에 수중보를 만들고 낙엽을 침강시켜 제거하기도 한다. 홍천군의 개운저수지는 유역에 사람이 전혀 살지 않는 산림지역 호수인데 낙엽으로 인해 수질이 4등급으로 악화되기도 하였다.
원래 우리나라의 하천은 낙엽이 많이 축적되지 않는 환경이다. 하천에 흘러 들어온 낙엽은 홍수 시에 바다로 떠내려가 바다 속에서 흩어져 분해되며 이때는 산소가 존재하기 때문에 이산화탄소로 분해되고 대기 중의 온실가스를 증가시키지 않는다. 그런데 하천에 댐을 많이 만들다 보니 낙엽이 바다에 이르지 못하고 댐 내에 퇴적되어 메탄을 발생시키며 온실가스 배출에 기여하고 있는 것이다. 이는 댐 건설에 의한 환경훼손의 또 다른 한 측면이라고 볼 수 있다. 자연을 변형하면 이렇게 예기치 못한 부작용들이 나타나기도 한다. 자연을 정복하고 살기보다는 변형을 최소화하고 자연에 순응하면서 사는 것이 올바른 길인 것 같다.