【환경화학】 2015 국가공무원 5급(기술) 제4문

2015 국가공무원 5급(기술) 제4문^]

 

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a. 지구온난화

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Q. 최근 지구온난화에 따른 기후변화가 세계적인 화두로 떠오르고 있다. 온실기체에 관한 다음 물음에 답하시오.

 

Q1. 온실효과를 일으킬 수 있는 대표적인 기체에는 이산화탄소(carbon dioxide), 메탄(methane) 등이 있다. 2013년 발간된 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)의 5차 평가보고서(AR5)에 의하면 메탄의 지구온난화지수(global warming potential, GWP)가 100년 기간 동안 34로 발표되었다. 지구온난화지수에 관해 설명하고, 메탄과 이산화탄소의 지구온난화에 관한 상대적 기여도를 정량적으로 비교하시오.

 

A1.

온실효과(greenhouse effect) : 지구가 방출한 지구복사에너지를 기체상 화학종이 흡수하여 열이 우주로 방출되지 못하는 현상

이때 기체상 화학종을 온실가스(greenhouse gas)라고 한다.

지구온난화지수는 온실가스가 얼마나 많은 열을 흡수하는지에 대한 상대적인 척도이다. (이산화탄소를 1로 본다.)

메탄은 이산화탄소보다 34배 뛰어난 온실가스이다.

다음은 지구온난화지수의 예시이다.

○ carbondioxide : 1

○ methane : 34

○ nitrous oxide : 298-310

○ sulfur hexafluoride : 22,800-23,900

○ hydrofluorocarbon : 77-14,800

○ perfluorocarbon : 6,500-12,200

(출처 : Forster et al, 2007)

 

Q2. 해양은 대기 중 이산화탄소의 가장 중요한 자연적 흡수원이다. 해양이 이산화탄소의 자연적 흡수원이 되는 원인을 해양의 pH (약 8.0 수준)에 근거하여 설명하고, 해양에 의한 이산화탄소의 흡수가 해양생태계에 미칠 수 있는 영향에 관해 설명하시오.

 

A2. 

H₂CO₃(aq)의 pKa = 6.3

8 = 6.3 + log（[HCO₃^-]／[H₂CO₃]） → [H₂CO₃] = [HCO₃^-] × 50

해양은 산에 강한 완충용액이다. 

따라서 pH 변화가 거의 없으며, 산에 강하므로 항상 OH^-가 많은 상태이다.

이산화탄소 용해반응 결과 생성된 H⁺가 OH^-에 의해 소멸되므로 정반응이 계속 일어나려고 한다.

 

CO₂ + H₂O → H₂CO₃→ HCO₃^- + H⁺

 

온도 상승은 생물체의 대사율을 촉진하여 생장 발달 및 생식 속도를 증가시킨다. 

해양에 의한 이산화탄소 흡수로 인해 해양의 pH는 낮아진다.

그 결과 생명활동에 필요한 물질들의 형태가 바뀔 수 있다.

예를 들면, CaCO₃는 산호초 형성에 매우 중요하나 작은 pH 감소에도 용존 [CO₃^2-]를 크게 낮추므로 타격이 크다.

 

입력 : 2019.03.31 19:06