차시명: 4주차 제3강

주제: 광물과 암석 5부 – 광해

동기 유발: 유용한 광물자원 채취를 위해서는 광산 개발이 꼭 필요합니다.  하지만 광산 개발은 필연적으로 다양한 환경 문제를 유발합니다. 분진 및 유해가스로 인한 질병 증가, 광산에서의 안전사고, 공동 붕락으로 인한 지반 침하, 산성 배수로 인한 생태계 파괴.  이러한 환경 문제들은 왜 일어나는 것일까요? 어떻게 하면 이런 환경 문제를 줄이고 필요한 광석을 채취할 수 있을까요?

학습 목표: 광산 개발로 인해 어떠한 환경 문제가 발생하는지 파악하고, 이로 인한 피해를 최소화하기 위해 어떤 대책이 필요한지 공부하자

강의 타이틀: 2. 광물과 암석 – 2-5. 광해

[slide #1]

안녕하십니까?

앞서 다양한 광상과 광석에 대해 살펴보면서, 이들이 얼마나 우리에게 꼭 필요한 자원인지 느끼셨을 겁니다. 이들 광석을 채취하여 이용하려면 피치 못하게 광산을 개발하여야 하고, 광산을 개발하다보면 또 어쩔 수 없이 이로 인한 다양한 피해 또는 환경 문제를 일으킬 수 밖에 없게 됩니다.

광산 개발로 인한 피해 또는 환경 문제를  줄여 광해라고 부르는데, 오늘은 바로 이 광해에 대해서 얘기해보도록 하겠습니다.

(설명에 따라 진하게)

광해는 매우 다양합니다. 그중에 우리가 흔히 마주하는 광해들을 골라보면,

1. 분진 및 유해가스의 증가로 인한 건강적 위협

2. 개발 및 운반과정에서 일어나는 안전 사고

3. 지하 광석의 제거로 인한 공동의 붕락으로 생기는 지반침하

4. 지하 광물의 노출로 인한 산성 배수 생성 및 그로 인한 환경 훼손

등이 있습니다.

[slide #2]

먼저 분진 및 유해가스의 증가로 인한 건강적 위협에 대해서 살펴보겠습니다. 광산에서는 광석을 채취하고 선광하기 위해 끊임 없이 암석을 깨뜨리고 가루를 만들기 때문에 먼지가 많습니다. 특히 지하 채굴을 할 경우 환기가 어려워 공기 중 먼지의 함량이 보통의 작업장보다 훨씬 많습니다.  또한 채굴기, 각종 운반기 등의 배기 가스와 지하 광맥에서 누출된 가스들도 많을 수 있습니다. 이런 먼지와 가스가 어떻게 건강에 위해를 주는지는 앞서 “2-3-2 먼지와 건강”에서 설명한 것과 거의 유사하므로 그 부분을 다시 보시기 바랍니다.  먼지와 가스에 의한 피해를 줄이기 위해 광산 작업자는 반드시 방진마스크를 써야 합니다.

광산에서는 또한 사고도 많이 일어납니다. 항상 많은 기계와 광석 맥석 등이 주변에 있어, 작업자들은 다칠 위험에 노출되어 있습니다. 지하 채광을 할 때 그 위험도는 급격히 증가합니다.  지하 작업을 할 때, 드물기는 하지만 갱도가 무너지면서 매몰되는 사고도 생깁니다.  예전에 한국 광부들이 독일로 일하러 갔던 때를 기억하시는 분이 있으실거라 믿습니다.  이 사진은 그 당시 독일로 파견된 광부가 작업하는 모습을 찍은 사진입니다. 연출을 위해서였는지 모르지만 방진마스크 없이 작업하고 있습니다. 채광기 들고 작업하는데 바닥과 벽에서는 먼지가 피어오르고 위에서 옆에서 돌덩어리가 언제 떨어져도 이상하지 않은 위험한 환경입니다.

[slide #3]

이 표는 1985년부터 2005년까지 20년 동안의 업종별 산업재해율을 비교한 것입니다. 여기서 산업재해율은 산업재해를 당한, 즉 일하다 다치거나 사망한 근로자 수를 총근로자수로 나누고 100을 곱해 퍼센트로 표시한 것입니다(이 식을 애니메이션).  예를 들어 1985년을 한 번 살펴보도록 하겠습니다.  이 해에 전체 산업에서 100명당 3.15명 재해를 당했는데 반해 광업에서는 약 12명이 재해를 당해, 재해율이 4배 가량 더 높은 것을 알 수 있습니다.  이 해에 광업의 산업재해율이 가장 높은 것을 또한 알 수 있습니다.  그 20년 후 2005년에는 전체 산업의 재해율이 100명당 1명도 안돼, 산업 안전 수준이 많이 향상된 걸 알 수 있습니다.  하지만 이 해에 광업의 산업재해율이 가장 높아 100명 당 약 14명이 재해를 당해 전체 평균보다 10배 이상 높은 재해율을 기록했음을 알 수 있습니다.

[slide #4]

(해당 부분 확대 진하게)

좀 더 최근의 자료를 살펴보겠습니다.  2014년에는 전체 산업재해율이 0.53%에 지나지 않아 2005년보다 더욱 더 안전이 강화되었음을 알 수 있습니다.  2014년에도 광업의 재해율은 여전히 10%를 넘기며, 다른 산업들과 비교했을 때 재해율이 가장 높은 것을 알 수 있습니다.  이와 같이 광산 개발에 따른 안전 사고가 빈번히 일어남을 통계 자료에서 분명히 알 수 있습니다.

안전 사고로 인한 피해를 줄이기 위해서는 채광시 좀 더 안전한 설계를 하고, 작업 환경을 개선하며, 정기적 점검을 통해 사고를 미연에 방지할 수 있도록 노력하여야 합니다.  또한 작업자는 반드시 안전 장구를 챙기고, 응급 상황에 대처할 수 있는 훈련이 잘 되어 있어야 합니다.

[slide #5]

지하 채광을 하는 경우, 채광하고 난 빈자리를 그대로 둘 경우 시간이 지나 무너집니다. 지하에서 이렇게 무너지면(붕락이라고 합니다), 무너진 자리 위의 지표도 밑으로 꺼지게 되는데, 이를 지반 침하라고 합니다. 보통의 경우 땅이 움푹 들어가는 정도 꺼지는데, 이 침하가 심하면 아예 아래로 구멍이 뚫릴 수도 있습니다.

이 사진은 2088년 5월 충북 음성의 꽃동네에서 발생한 침하인데, 과거의 광산 지하 갱도가 무너지면서 지표까지 함몰된 경우입니다.  이 사진에서 보듯 침하가 일어나면 지상의 것에 대한 피해가 발생합니다.  지반침하로 인한 피해는 작게는 토지의 유실 및 건물의 파손 정도지만, 크게는 건물 및 구조물의 완전한 파괴와 인명 손실도 일어날 수 있습니다.

[slide #6]

영국 더들리에 가면 Crooked House라는 유명한 집이 있습니다. 우리말로 부르면 ‘삐뚤어진 집’정도가 됩니다.  이 집은 1765년에 건축되었는데, 1800년대에 행해진 채광으로 인한 지반 침하로 기울어졌습니다. 집의 정문을 보고 섰을 때, 왼쪽이 오른쪽보다 4피트 정도 낮아지면서 찌그러졌는데도 무너지지 않고 잘 유지되어, 이를 보기 위해 전세계에서 관광객이 몰린다고 합니다.  현재 이 집은 식당 및 술집(펍)으로 사용하고 있습니다. 이 집 주인은 혹시 모를 사고에 대비하여 매년 안전 점검을 하고 있다고 합니다.

[slide #7]

대규모 지반 침하로 인한 피해로 유명한 것은 아마 미국 텍사스의 Goose Field 유전의 지반 침하가 아닐까 생각합니다.  Goose Field 유전은 1903년 발견되어 1918년 최고의 전성기를 구가한 유전입니다. 이 유전이 개발되면서 경제적으로 큰 붐이 일고 많은 노동자들이 유입되면서 Baytown시가 급격하게 성장하였습니다.  이 유전에서 많은 양의 석유를 뽑아내면서 지하에 빈 공간이 만들어지고, 이 것이 무너지면서 매우 넓은 지역에 걸쳐 지반 침하가 진행되었습니다. 이 지반 침하로 많은 집과 도로가 피해를 입었으며, 한 때 육지에 있던 유전의 일부가 Tabbs 만의 물에 잠겼습니다. 이 지역의 지반 침하는 유전에서 지하의 석유가 빠져나가면서 일어난 첫 번째 지반침하로 기록되었습니다.

채광으로 생긴 지하 공동을 그대로 둘 경우 지반 침하 및 함몰은 피할 수 없습니다. 겉보기에 아무런 일도 일어나지 않는 것처럼 보일 수도 있습니다. 하지만 이는 일시적일 뿐입니다.  시간이 지나면 방치된 지하 공동은 언젠가는 무너지게 되어 있고, 그 위의 침하는 막을 수 없습니다.

지반 침하를 막을 수 있는 방법으로 두 가지를 생각해 볼 수 있습니다.  하나는 지하 공동을 계속 관리하여 무너지지 않도록 하는 것입니다. 여러분들은 신문 지상 등을 통해 폐갱도의 다양한 재활용 방법 등에 대해 들어보셨을 것입니다. 예를 들면, 관광자원화를 한다던지, 농산물의 저장 창고로 이용한다던지 하는 일입니다.  이렇게 계속 지하 공동을 사용하려면 유지 보수를 하여야 하고, 이를 통해 지하 공간이 무너지는 것을 방비할 수 있습니다.  두 번째 방법은 채광으로 생긴 공동을 광산을 닫을 때 모두 매우는 방법입니다.  매우면 무너지지 않습니다.  요즈음 우리나라를 포함한 세계 여러 나라에서 광업 후 환경 복원을 의무화하고 있습니다. 채굴한 갱도를 매우고, 파괴된 산림을 복원하도록 하면 광산 개발로 인한 환경 피해를 최소화할 수 있습니다.

[slide #8]

산성광산배수는 광산 개발로 인한 환경 문제 중 가장 심각한 것 중의 하나입니다. 산성광산배수는 광산에서 배출되는 배수가 산성을 띄기 때문에 붙인 이름인데요, 다른 환경 문제들과는 달리 꽤나 넓은 지역에 영향을 줄 수도 있습니다.

산성광산배수는 대부분 황철석 때문에 발생합니다. 이론적으로는 다른 황화 광물도 산성광상배수 발생의 원인이 될 수 있지만, 황철석이 가장 효율적이고 또한 가장 흔히 관찰되는 원인 광물입니다. 황철석은 매우 흔한 광물입니다. 특히 광석 주변에서 쉽게 관찰할 수 있습니다.  이 황철석이 채광과 함께 용존 산소를 포함한 물에 노출되어 반응하면서 물을 산성화 시킵니다.

황철석의 화학식은 FeS2입니다. 이 구성 성분이 산화되고 철산화수산화물로 침전될 때 수소이온을 내면서 물을 산성화 시킵니다.  여기 이 화학식들은 철과 황의 산화, 그리고 철산화수산화물의 침전 반응을 나타낸 것입니다. 반응 결과 수소 이온이 발생하는 것을 알 수 있습니다.  하지만, 우리는 이 반응을 자세히 살펴보진 않을 것입니다.  여러분들은 이 반응들을 그저 한번 유심히 살펴보시되,  딱 두 가지만 기억하세요.  하나는 황과 철 두 성분의 산화가 일어나고 철 화합물이 침전한다는 것입니다.  다른 하나는 이 과정 중에 수소 이온이 발생하고, 이로 인해 물이 산성화된다는 것입니다.

미생물은 지표 환경 어디에나 있습니다. 놀랍게도 매우 산성인 환경에서 철과 황을 산화시키면서 살아가는 미생물도 있습니다.  이런 종류의 미생물 중 가장 대표적인 것이 여기 사진에서 보는 acidithiobacillus ferrooxidans입니다.  이 미생물이 황철석의 산화에 관여하면 반응 속도가 미생물 없을 때보다 수백배 빨라집니다.  결국 자연계에서는 미생물에 의한 반응이 산 발생량을 좌우하게 됩니다.

[slide #9]

산성광산배수 발생의 가장 강력한 증거는 배수구 및 하천 바닥이 노랗거나 붉은 침전물로 뒤덮이는 것입니다. 이 침전물들이 바로 황철석의 산화 결과 만들어진 철화합물입니다. pH가 상대적으로 좀 낮고 배수 속에 황산 이온의 함량이 낮으면 슈베르트마나이트라는 광물이 침전하는데, 이 광물의 색은 노랑색에 가깝습니다.  그래서 미국의 광산에서는 이 침전물을 “yellow boy” 즉 노란놈이라고 불렀습니다.  좀 더 붉은색의 침전물들은 페리하이드라이트라는 광물이 침전했을 가능성이 높고, 어 어두운 색을 띠면 철 화합물이 침철석으로 변하였기 때문일 가능성이 높습니다.

이 사진은 미국 펜실바니아주 피츠버그시 교외의 한 광산에서 흘러나온 광산 배수로부터 생긴 붉은색 침전물이 배수가 흐른 바닥을 붉게 피복한 장면입니다.  자연에서 이렇게 씨뻘건 하천을 보는 것이 어떤 기분일까요?

[slide #10]

우리나라 하천에서도 광산 배수에 오염돼 붉은색으로 변한 경우를 많이 볼 수 있습니다. 이 사진은 강원도 강릉과 태백의 하천들이 산성 배수에 의해 오염되어 붉게 물들은 모습을 보여줍니다.

[slide #11]

(설명에 따라 해당 부분 진하게)

이와 같이 산성광산배수는 광산 개발 지역에서 매우 흔히 보는 현상입니다.  이 산성광산배수는 경관 훼손, 수질 오염, 수서 생태계 파괴 등 다양한 환경 문제를 일으킵니다.

여러분들은 아까 붉은색으로 도배된 하천을 보고 어떻게 느끼셨나요?  자연에서 실제로 저런 붉은 하천을 보면 매우 이상하게 느끼실 것입니다. 저는 개인적으로 대단히 어색하고 불편합니다. 자연이 자연 다울 때 가장 아름다운데, 산성광산배수로 인한 붉은 하천은 아름다운 자연경관을 해칩니다.

산성광산배수는 낮은 pH 문제지만, 산성을 띠기 때문에 비정상적으로 높은 중금속 함량을 보여줍니다. 게다가 산화에 용존 산소를 다 써버려서 용존 산소량이 매우 낮을 때가 종종 있습니다.  이런 배수가 하지표수나 지하수로 유입되면 수질 오염이 일어나고, 이렇게 오염된 물은 식수 등으로 사용할 수 없어 수자원 이용에 제약을 가하게 됩니다.

산성배수에 의한 수질 오염에 바로 수반되는 환경 문제가 바로 수서 생태계의 파괴입니다. 수서생태계 파괴의 원인은 첫 번째로 낮은 pH, 두번째로 독성 중금속의 존재, 세 번째로는 낮은 용존산소량, 네 번째로는 침전물의 피복에 의한 먹이 사슬의 단절 등을 들 수 있습니다.  이들 모두 수서생태계에는 치명적일 수 있으며, 따라서 산성광산배수에 의한 수서생태계의 오염은 건강한 생태계를 해치는 결과를 낳습니다.

광산을 개발할 때 산성광산배수가 배출되지 않도록 주의하여야 합니다. 광산을 더 이상 운영하지 않아 폐광하게되면, 산성광산배수가 만들어지지 않도록 조치를 취한 후 폐광하여야 합니다.  만약 이와 같이 산성광산배수의 예방이 불가능하다면, 배출되는 광산 배수가 최대한도로 처리된 후 수서생태계에 유입되도록 노력하여야 합니다. 광산 배수의 예방과 처리에 대한 자세한 내용은 여러분들이 따로 찾아보시기 바랍니다.

지금까지 광산 개발로 인한 환경 문제에 대해 알아보았습니다.  이러한 환경 문제는 자원을 채취하면 피치 못하게 발생합니다. 이러한 문제를 최소화하거나 예방하기 위해서는 많은 예산이 소요되어 채광의 수익성이 축소되거나 악화될 수 있지만, 환경 문제가 터지고 난 후 수습할 때는 이보다 훨씬 많은 비용과 큰 노력이 들어가므로, 광산을 개발할 때부터 이들 환경 문제에 대채할 수 있도록 사업 계획을 잡는 것이 중요합니다.

다음 시간에는 방사능과 관련된 환경 문제에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

안녕히 계십시오

[끝]

심화 토론:

1. 우리 주변의 광산 개발과 관련된 환경 문제에 대해 찾아보고, 그러한 문제들이 지역 사회에 어떤 갈등을 불러왔는지, 이 문제로 인한 사회적 비용이 광산 개발로 얻은 지역 사회의 이익과 어떻게 비교되는지 살펴봅시다.