임계하중

Critical load

대기오염 연구에서는 임계하중을 "현재의 지식에 따라 환경의 특정 민감한 요소에 대한 유의미한 유해효과가 발생하지 않는 하나 이상의 오염물질에 대한 노출의 정량적 추정치"[1]로 정의한다.

임계하중에 대한 대기오염 연구는 질소와 황 오염물질에 초점을 맞추고 있다. 이러한 오염물질이 대기 중으로 배출된 후에는 생태계에 축적된다. 황과 질소 침적은 모두 지표수와 토양을 산성화할 수 있다. 산도가 첨가되면 물의 pH가 낮아지므로 물고기와 무척추동물 건강에 부정적인 영향을 미친다.[2] 황과 질소는 산성화 물질로서 칼슘을 제거하고 독성 알루미늄을 방출함으로써 토양 영양소 함량을 변화시켜 식물과 동물에게 더 큰 영향을 미칠 수 있다.[3] 질소 침적은 또한 환경에서 비료 역할을 할 수 있고 식물의 경쟁적 상호작용을 변화시킬 수 있으며, 따라서 일부 식물 종의 성장을 선호하고 다른 종의 성장을 억제하여 종 구성과 풍요의 변화를 잠재적으로 이끌 수 있다. 질소 침적은 담수, 해안, 에스타린 생태계의 영양 농축에 기여하는데, 이것은 독성 녹조, 물고기 살상, 생물 다양성의 상실을 초래할 수 있다.[4][5] 대기오염물질은 공기·정수, 노폐물의 분해·디톡스, 기후규제 등 필수 생태계 서비스에 영향을 미친다.

특정 위치에 대한 오염물질의 임계하중보다 침적이 클 경우 임계하중 초과로 간주되며, 이는 생물체가 생태학적 위해의 위험이 증가함을 의미한다. 생태계의 일부 구성요소는 다른 구성요소에 비해 퇴적에 더 민감하다. 따라서, 임계하중은 규조류의 이동, 침습적인 풀종의 증가, 토양 화학의 변화, 산림 건강의 저하, 생물다양성의 변화 및 감소 등 다양한 생태계 구성요소와 대응에 대해 개발될 수 있다.호수와 하천 산성화.

임계 하중을 계산하는 데 사용되는 이력, 용어 및 접근방식은 지역과 국가에 따라 다르다. 유럽 국가들과 미국에서 사용되는 접근법들 간의 차이는 아래에 설명되어 있다.

유럽

유럽 국가들에서는 1979년 유엔-ECE 장기 경계 대기 오염 협약에서 임계 부하와 유사한 수준의 개념이 광범위하게 사용되어 왔다. 예를 들어 1999년 Gothenburg의 LRTAP 협약에 대한 프로토콜은 (표면수와 토양의) 산성화, 토양과 지면 오존의 황산화물 및 이산화황, 암모니아, 질소산화물 및 비메탄 휘발성 유기화합물(NMVOCs)의 방출 등을 고려한다. 산성화와 영토화에는 임계 부하 개념이 사용된 반면 지상 수준의 오존에는 임계 수준이 대신 사용되었다.

임계 하중을 계산하려면 우선 대상 생태계를 정의하고 그 생태계(예: 숲)에서 민감한 "요소"를 식별해야 한다(예: 산림 증가율). 다음 단계는 해당 원소의 상태를 일부 화학적 기준(예: 염기 대 알루미늄 비, Bc/Al) 및 위반해서는 안 되는 임계 한계(예: Bc/Al=1)와 연결하는 것이다. 마지막으로, 화학적 기준이 정확히 임계 한계에 도달하게 되는 증착 수준이 계산될 수 있도록 수학적 모델(예: Simple Mass Balance 모델, SMB)을 만들어야 한다. 그러한 증착 수준을 임계 부하라고 하며 현재 증착 수준과 임계 부하 사이의 차이를 초과라고 한다.

초기에는 임계하중을 산성의 임계하중과 같은 단일값으로 계산하는 경우가 많았다. 오늘날에는 종종 2차원 임계 부하 함수가 계산되는데, X축은 N-deposition으로, Y축은 S-deposition으로 계산된다. 임계 하중 개념은 정상 상태 개념이며 따라서 효과가 가시화되기까지 걸리는 시간에 관한 정보는 전혀 포함하지 않는다. 동적 측면의 단순화된 그림은 목표 하중 함수로, 화학적 기준이 목표 연도인 선택된 연도에 앞서 회복되는 하중이다. 따라서 가까운 미래의 목표 연도의 경우 목표 하중 함수는 임계 하중보다 낮고 먼 미래의 목표 연도의 경우 목표 하중 함수는 임계 하중 함수에 접근한다.

임계 부하 함수와 목표 부하 함수를 계산하는 것은 몇 가지 단순화를 포함하므로 다음과 같은 위험 개념으로 볼 수 있다. 초과도가 높을수록 부작용 위험이 높으며 초과도가 0일 경우 여전히 역효과를 초래할 위험이 있다.

미국

미국에서는 2000년 이전에 여러 단체가 중대한 부하에 대해 토론하는 동안, 노력은 독립적이고 분리되었다. 그러나, 2003년부터 2005년까지 일련의 임계하중 워크숍과 2006년에 설립된 특별위원회 이후, 2010년에는 국가대기하중프로그램(NADP)의 일환으로 대기하중중중심의위원회(CHILD)의 개발을 통해 국가적 노력이 통일되었다. CLAD는 연방정부 및 주정부기관, 비정부기구, 환경연구단체, 대학 등으로 구성된 다기관 단체다. CLAD의 목표는 광범위한 다중 기관/기업 고객 내에서 중요 부하 주제에 대한 기술 정보 공유를 촉진하고, 미국의 중요 부하 개발 격차를 해소하며, 미국의 중요 부하 개발 및 사용에 일관성을 제공하고, u의 개발을 통해 중요 부하 접근방식의 이해를 증진하는 것이다.트레치 및 통신 자료.

국립공원관리공단, 미국 산림청, 미국 어류 및 야생동물관리청과 같은 연방토지관리자는 위험자원을 식별하고, 연구와 모니터링 노력을 집중하며, 계획 및 기타 토지관리 활동을 알리고, 배출량 증가에 따른 잠재적 영향을 평가하고, 오염 저감 스트라테기를 개발하기 위해 중요한 부하를 사용한다.es. 미국 환경보호국은 국가 주변 공기 품질 표준을 설정할 때 임계 하중을 고려하는 것을 포함하여 평가 및 정책 개발에 임계 하중의 사용을 확대하고 있다.

미국은 임계 하중을 생성하기 위한 두 가지 접근방식을 채택했다: 경험적 및 안정적 상태의 질량 균형 임계 하중이 그것이다. 경험적 임계 하중은 특정 퇴적 수준에 대한 생태계 반응(식물 다양성, 토양 영양소의 수준 또는 어류 건강의 변화 등)의 관찰에 기초하여 도출된다. 이러한 관계는 용량-반응 연구를 사용하거나 공간 또는 시간에 걸쳐 증가하는 침전 구배에 대한 생태계 반응을 측정하여 생성된다. 정상 상태 질량 균형 임계 하중은 가정되거나 모델링된 평형 조건에서 수학적 질량 균형 모델에서 도출된다. 정상 상태의 상태는 먼 장래에 달성될 수도 있다. 정상 상태 임계 하중을 결정하기 위해 사용되는 모델은 프로세스 표현에 있어 복잡성이 다르지만 물과 토양 화학, 광물 토양 풍화율, 증착 데이터 및 생태 반응 데이터를 포함할 수 있다.

아시아

아시아에서는 경험적 및 정상 상태 질량 균형 접근법이 모두 임계 하중을 추정하는 데 사용되어 왔다.[6][7] 경험적 임계 하중은 단순히 해로운 생태학적 영향의 보고된 현장 발생과 함께 축적 수준으로 결정되었다. 정상 상태 질량 균형 모델은 생태계에서 침출되는 요소에 대해 허용 가능한 값을 정의함으로써 장기적으로 생태계의 임계 하중을 계산한다.

유럽과 미국에 대해 경험적 질소 임계 하중이 잘 요약되어 있지만,[4][5][2] 비교적 높은 수준의 질소 도포를 이용한 매우 제한적이고 단기적인 실험 연구로 인해 아시아에는 여전히 큰 불확실성이 존재한다.[6] 역사적 질소 침적이 이미 매우 높고 실제 임계 부하보다 더 높았던 지역(예: 중국 동부 및 남부)에서, 실험 연구는 이미 상당한 생태계 변화가 일어났기 때문에 임계 부하를 정량화하지 못할 수 있다. 더욱이 임계하중의 값은 생리적 변동, 생물다양성 감소, 질산염 침출 증가, 토양 미생물의 변화 등과 같은 생태계의 생물학적 또는 화학적 반응에 기초할 때 현저하게 달라질 수 있다. 중국의 일부 산림과 초원에 대해 경험적 임계 하중이 평가되었지만,[6] 다른 많은 생태계에 대한 가치는 평가되지 않은 채로 남아 있다. 더 많은 새로운 현장 실험으로, 임계 하중은 가까운 미래에 더 잘 추정될 것이다.

중국, 한국, 일본, 필리핀, 인도-중국, 인도네시아 및 인도 아대륙으로 구성된 남아시아와 동아시아에서는 정상국가 질량 균형 접근법에 근거하여 아시아판 지역 대기오염 INF형성 및 시뮬레이션 모델(Rains-Asia)의 영향 모듈의 일부로 임계 하중을 먼저 계산하고 매핑하였다.[8] 그 후 일본, 러시아, 한국, 인도, 중국과 같은 아시아 국가들에서 해상도가 높은 임계 하중이 계산되었다.[7] 아시아에서는 유럽과 유사한 방식이 적용되었지만, 베이스 양이온 증착을 고려함으로써 안정적 상태 질량 균형 접근법이 개선되었다. 안정상태 질량 균형 임계 하중은 중국에서 산성비 제어 구역과 이산화황 오염 제어 구역을 지정하는 데 사용되어 왔다. 가까운 장래에 임계 하중은 방출 감소 전략을 안내하는 데 보다 광범위하게 적용될 것이다.

참조

  1. ^ 닐슨, J, P. 그렌펠트 1988년 황 및 질소에 대한 임계 하중. UNECE/Nordic Council 워크숍 보고서, 스웨덴 스코클로스터. 1988년 3월.
  2. ^ a b 그리버, T. L., T. J. 설리번, J. D. 헤릭, M. C. 바버, J. S. 바론, B. J. 코스비, M. E. Derehake, R. L. Dennis, J. J. B. 두부아, C. L. Goodale, A. T. Herlih, G. B. Lawrence, L. 류, J. A. 린치, 그리고 K. J. 노박. 2012. 미국의 질소와 황 대기 오염의 생태학적 영향: 우리가 알고 있는 것은 무엇인가? 생태와 환경의 프런티어 10:365-372.
  3. ^ 드리스콜, C. T, G. B. 로렌스, A. J. 벌거, T. 버틀러, C. S. 크로넌, C. 이가르, K. F. 램버트, G. E. 리켄스, J. L. 스토다드, K. C. 날씨 2001. 미국 북동부의 산성 퇴적: 출처 및 입력, 에코시스템 효과 및 관리 전략. 바이오 사이언스 51:180-198.
  4. ^ a b 밥빙크, R, K. 힉스, J. 갤러웨이, T. 스프레인저, R. 알케마데, M. 애쉬모어, M. 부스타만테, S. Cinderby, E. Davidson, F. 덴티너, B. 에멧, J-W 에리스만, M. 펜, F. 길리암, A. 노딘, L. 파르도, W. 드 브리스 2010년 질소 침적 효과가 지상 식물 다양성에 미치는 글로벌 평가: 합성. 생태학적 응용 20:30-59.
  5. ^ a b 파르도, L. H., M. E. 펜, C. L. 구데일, L. H. 가이저, C. T. 드리스콜, E. B. 앨런, J. S. 배런, R. 밥빙크, W. D. 보우먼, C. M. 클라크, B. 에멧, F. S. 길리암, T. L. 그리버, S. J. 홀, E. A. 릴레스코프, L. 류, J. A. 린치, K. J. 나델호퍼, S. 페라키스, M. J. 로빈 애벗, J. L. 스토다드, K. C. 날씨, 그리고 R. L. 데니스. 2011. 미국의 생태계에 대한 질소 침적 및 경험적 질소 임계 하중의 영향. 생태학적 응용 프로그램 21:3049-3082.
  6. ^ a b c 류, 엑스제이, L. 듀안, J.M. 모, E.Z. Du, J.L. Shen, X.K. Lu, Y. Zhang, X.B. Zou, C.E.He, F.S. Zhang. 2011. 질소 침적과 중국의 생태학적 영향 : 개요. 환경오염 159:2251-2264.
  7. ^ a b 두안, L, Q. 유, Q. 장, Z. 왕, Y. 팬, T. 라르센, J. 탕, J. 멀더. 2016. 아시아의 산성 퇴적: 배출, 퇴적, 생태계 효과. 대기 환경 146:55-69.
  8. ^ 헤텔링, J.P., H. 스버드럽, D. 자오. 1995. 아시아에 중요한 부하를 발생시키는 것. 물, 공기, 토양 오염 85(4):2565-2570.

외부 링크