시멘트와 바다 1편

[박선장]

제1탄

[수온상승] [백화현상] [적조] 모두 시멘트 석회가 주원인이다.

동해의 푸른 바다속의 절경을 보며 어린시절을 보낸 나는 새로운 직장으로 서해로 와서 바다를 끼고 산지가 32년이 되었습니다.

항상 바다를 즐길 줄 안다고 자부하면서 30년 전 어느날 변산 앞바다의 작은 무인도에 가서 산소통을 메고, 서해에서의 첫 잠수를 하면서 본 바닷속의 광경을 지금도 잊어버릴 수 없습니다.

바닷속의 모든 바위들은 하얀색의 흰색 콘크리트를 발라 놓은 것 처럼 매끈하고 수초는 물론이고 생명체를 찾아볼 수 없는 것이 무척 신기하면서도 음침한 분위기의 바닷속을 잊을 수가 없습니다.

아래 글들은 화학전문가의 자료를 인용하여 우리바다가 왜 이지경이 되었는지 연구해보며, 이 글을 보며 자연이 고향인 우리 인간의 어리석음에 고향이 망가지고 있음을 반성해 봅니다

지구온난화를 알기 위해서는 수온상승을 알아야하고, 수온상승을 알기 위해서는 백화현상을 알아야 하고, 백화현상을 알기 위해서는 콘크리트 시멘트를 알아야 하고, 시멘트를 알기 위해서는 석회를 알아야 합니다.

백화현상과 시멘트를 공부하다 보면 적조도 알게 됩니다.

그리고 결국에는 굴양식장의 굴 껍데기가 지구를 구하는 최상의 방법이란 것을 알게 될 것입니다.

[석회를 알아야 바다를 살린다]

나는 [백화현상]-[수온상승, 지구온난화]-[적조]의 주원인이 석회라고 믿게 되었다. [백화현상]-[수온상승, 지구온난화]-[적조]와 같은 문제들이 석회라는 하나의 주원인에서 비롯된 것이라고 믿게 된 것이다. 그래서 이러한 환경재앙적인 문제들을 풀려면 석회에 대한 기본적인 이해가 뒤따라야 한다고 본다.

[다섯 가지 석회가 있다.]

자연계에서 순수한 석회는 다섯 가지 형태로 존재한다. 탄산칼슘(석회석), 중탄산칼슘(용액), 산화칼슘(생석회), 액체 상태의 수산화칼슘(석회수), 고체 상태의 수산화칼슘(소석회) 이렇게 5가지이다.

1. 탄산칼슘=석회석

탄산칼슘은 화학기호가 CaCO3으로 석회석이다. 석회석은 자연 상태에서 석회의 원료가 되는 원석 그대로의 석회암(석회석), 조개껍데기, 달걀껍질, 산호대리석, 방해석, 선석(霰石), 석회석, 백악 · 빙주석(氷洲石) 등으로써 존재한다. 자연계에 존재하는 염 중에서 가장 많다.

염이란 결정 또는 덩어리란 뜻으로, 정확하게는 산과 염기가 반응을 일으킬 때 물과 함께 생성되는 물질로써 산의 음이온과 염기의 양이온으로 만들어지는 화합물을 뜻한다. 고체일수도 있고, 액체나 기체일 수도 있다. 이러한 염이, 지구상에서 자연적으로 존재하는 광물 중 석회석이 가장 많다는 것이다.

탄산칼슘은 이산화탄소가 포함된 물에는 용해되는데, 이때 중탄산칼슘을 만들어내면서 녹는다. 석회동굴의 종유석이나 석순, 육상 건물의 백화현상도 이 작용(화학반응) 때문이다.

그리고 석회석(탄산칼슘)은 산과 만나면 이산화탄소를 발생시키는데, 석회석이 산을 만나면 이산화탄소를 발생시킨다는 것은 [바닷물의 수온상승]과 [적조]의 원인을 분석하는 데 중요한 단서이다.

지금 바다에는 엄청난 양의 석회수들이 녹아들어 농축되어 있는데, 우리나라의 경우 3~4월경에 석회수가 고체 상태의 탄산칼슘으로 엄청난 양이 석출되었다가 5월경부터 녹아 없어지는 것은 바닷물 속에 녹아들어온 인산 때문이다.

2. 중탄산칼슘 = 탄산수소칼슘

중탄산칼슘은 화학기호가 Ca(HCO3)2이다.

석회동굴의 종유석 맨 아래에 매달린 몇 방울의 맑은 물이나 석순의 맨 윗부분에 똑똑 떨어지는 맑은 물이 진한 중탄산칼슘 용액이다.

중탄산칼슘은 자연 상태의 석회석(탄산칼슘)이 이산화탄소가 녹아있는 물을 만나서 생성하는 석회수이다. 예전 설악산 오색약수에도 중탄산칼슘이 많이 들어 있었고 초정리 약수에는 중탄산칼슘이 많이 들어있다. 중탄산칼슘 약수란 석회수에 이산화탄소가 많이 녹아 있는 물이라는 뜻이다. 그래서 이 물들은 설탕이 안 들어있는 사이다 비슷한 맛이 나는 것이다.

'자연 상태의 석회석(탄산칼슘)에서 녹아나온' 중탄산칼슘 석회수는 사람이 '인공적으로 만들어낸 생석회(산화칼슘)가 이산화탄소가 녹아있는 물에 녹아서 만들어진' 수산화칼슘 석회수와 구분하여 알 필요가 있다.

자연계의 석회수는 중탄산칼슘 석회수로 시멘트가 나오기 전까지는 모두 중탄산칼슘 석회수였는데, 시멘트가 나온 이후로 대규모 콘크리트 공사가 진행되는 연근해의 바다에서는 수산화칼슘 석회수가 대량으로 흘러들어가게 된다.

3. 산화칼슘 =석회(생석회) 가루

산화칼슘은 화학기호가 CaO로 석회(생석회) 가루이다.

석회(생석회)는 자연 상태에서 채취한 석회석 원석(=탄산칼슘=CaCO3)을 도자기 굽는 것과 같이 825℃ 이상으로 장시간 구워서 석회석 원석에 포함된 이산화탄소(CO2)를 날려 보내서 석회성분(CaO)만 남게 하여 건조 상태에서 뽀사낸 가루이고, 그 가루에 아무 것도 섞지 않았다고 해서 생석회라고 한다. 일반적으로 생석회라는 말보다 그냥 석회라고들 한다.

이때 생석회 가루에 무엇을 첨가하느냐에 따라 석회고토(caco3mgco3), 패화석(caco3), 부산소석회, 부산석회도 되고, 그 쓰임새가 비료 등 극히 다양하다.

그러니까 생석회는 원래는 지구상에 존재하지 않는 광물이었는데, 사람이 이용하기 위하여 석회석 원석에서 이산화탄소를 쫓아내버리고 새롭게 만들어낸 광물인 것이다.

4. 액체 상태의 수산화칼슘 = 석회수

액체 상태의 수산화칼슘은 화학기호가 Ca(OH)2로 석회수이다.

석회(생석회) 가루를 증류수가 아닌 자연 상태의 물이 든 물 컵에 넣으면 물에 녹기도 하고 바닥에 가라앉기도 하는데, 생석회 가루가 물에 녹은 것이 수산화칼슘 석회수이다. 그리고 충분한 시간이 지났는데도 바닥에 석회가루가 가라앉아 있다면 그 위의 석회수는 포화상태의 석회수이고, 포화상태의 석회수는 pH 12.5의 강한 알칼리성이다.

흔히 말하는 석회수는 생석회 가루가 이산화탄소가 들어있는 물에 녹은 수산화칼슘 포화수용액이다. 자연 상태의 석회석이 이산화탄소가 들어있는 물에 녹은 중탄산칼슘 석회수와 구분된다.

그런데 인간이 인공적으로 만들어낸 생석회가 이산화탄소를 만나서 녹은 석회수인 수산화칼슘(석회수) 용액도 이산화탄소를 만나면 탄산칼슘(석회석)과 물로 분해되고, 그 석회석(탄산칼슘)이 다시 이산화탄소가 많이 들어있는 물을 만나면 그 물은 중탄산칼슘이 되므로 수산화칼슘 석회수도 결국에는 중탄산칼슘 석회수가 될 수 있다.

그러나 여기서 유의할 것은 인간이 콘크리트 공사현장에서 콘크리트를 건조시키기 전에 시멘트를 씻어서 흘러 보낸 석회수들은 시멘트 성분의 63%를 차지하고 있는 생석회가 이산화탄소를 만나서 녹은 석회수이므로 수산화칼슘이라는 것이다. 시멘트가루를 물과 섞으면 시멘트 성분 중 25%가 수용액 상태의 수산화칼슘 이온으로 결정화되고, 60% 정도는 콜로이드 상태의 규산칼슘수화물로 결정화 된다.

그리고 한 번 바다로 흘러든 수산화칼슘 석회수가 '수산화칼슘이 포화상태가 되어 탄산칼슘으로 되기 전'까지는 그 바닷물은 수산화칼슘이 많이 포함된 바닷물이라는 것을 알아야 한다.

그러니까 자연계에 녹아있는 석회수는 원래는 대부분 중탄산칼슘인데 그 이유는 지구의 바다 나이 40억년 동안 녹아든 중탄산칼슘이 바닷물에 녹아있었기 때문이었고, 그런데 시멘트가 나온 이후로 콘크리트 도시들이 형성되면서부터는 연근해 바다에 수산화칼슘 석회수가 대량으로 흘러들어 농축되었다는 뜻이다.

인구가 밀집한 거대한 콘크리트 도시 연근해의 바다의 석회수는 인간이 만들어낸 수산화칼슘의 바다라고 해도 과언이 아니다.

5. 고체 상태의 수산화칼슘 = 소석회

고체 상태의 수산화칼슘도 화학기호가 석회수와 같은 Ca(OH)2이고, 소석회이다.

소석회는 생석회를 물에 풀어서 가라앉은 가루 부분이 아니고, 소석회는 생석회를 물에 풀어서 충분한 시간이 지난 후에 가라앉은 석회가루가 더 이상 녹지 않는 포화상태에서 그 윗부분 맑은 물 상태의 포화상태 석회수 수용액만을 따라내 물을 증발시켜 말린 백색가루이다.

고체 상태인 소석회와 액체 상태인 수산화칼슘 석회수는 성분이 같다. 그래서 소석회와 수산화칼슘의 화학식이 Ca(OH)2로 같은 것이다.

[석회는 반응열이 크다]

모든 물질은 화학적인 변화(결합 또는 분해)를 거칠 때 주위의 열을 흡수하거나 반대로 주위에 열을 내뿜는 반응열이 있는데, 석회 또한 화학적인 변화를 거칠 때마다 반응열이 있고, 석회는 반응열이 대단히 큰 편이다.

화학적인 결합(변화, 분해)이란 화학적인 물질의 최소 단위인 원자와 원자들이 결합하여 물리적인 물질의 최소 단위인 분자 덩어리를 이루거나, 분자 덩어리와 분자 덩어리들이 다시 결합하여 성질이 다른 물질로 결합되는 것을 말한다.

석회석이 생석회로 될 때는 열을 받아들여서 주위의 온도를 낮추는 흡열반응이고, 생석회가 물과 만나서 소석회가 될 때는 주위의 온도를 높이는 발열반응이고, 물에 녹아있는 소석회가 이산화탄소를 만나서 원래의 성분인 석회석(탄산칼슘)으로 될 때도 주위의 온도를 높이는 발열반응이다.

생석회를 물에 넣어서 소석회를 만들어본 사람은 석회가 엄청난 열을 발산한다는 것을 알 것이다. 물이 반 정도 들어차있는 드럼통 안에 생석회 가루를 부어넣으면 2~3분 후부터 부글부글 끓어오르고, 긴 막대기로 슬슬 저어주면 석회가루들이 3~4m까지 튀어 올라간다. 이 정도 같으면 석회가 폭발한다고도 할 수 있다. 그리고 그 열이 200℃ 정도까지 올라간다고 한다.

군인들 전투식량을 불 없이도 따뜻하게 할 수 있는 것도 ‘석회가루와 물이 만났을 때 발생하는 발열반응’을 이용한 것이고, 등산 산악용으로 개발되고 있는 버너 없이 찬물만 부어서 끓여먹을 수 있는 컵라면도 이러한 생석회의 발열반응을 이용한 것이다.

석회의 수용액(=석회수)은 이산화탄소를 만나면 탄산칼슘(석회석) 건데기(결정)로 석출되어 굳어지는데, 수산화칼슘이 경화하면서 발열하는 열량은 1g당 78cal이라고 한다. 이러한 석회의 반응열이 연근해 바닷물 수온상승의 주원인이고, 적조가 없을 때도 물고기들이 아가미의 호흡곤란으로 몰살당하는 중요한 원인 중의 하나라는 생각이 든다.

[석회는 이산화탄소가 녹아있는 물에 녹는다.]

석회는 증류수인 수순한 물에는 녹지 않지만 이산화탄소가 들어있는 물에는 녹는다. 석회는 이산화탄소가 많이 들어있는 물에는 많이 녹고 이산화탄소가 적게 들어 있는 물에는 적게 녹는데, 25℃의 자연 상태의 1리터(L)의 물에 소석회(수산화칼슘)는 0.82g 정도까지 녹는다.

자연 상태에서 25℃의 1L의 물에 소석회가 0.82g 정도 녹아들면 그 물은 포화상태의 석회수가 되고, 포화상태의 석회수는 pH 농도가 12.5의 강한 알칼리성인데 바닷물에는 다른 염류들이 많이 포함되어 있어서 수산화칼슘 석회수가 포화상태가 된다고 해도 바닷물의 pH가 12.5까지 이르지는 못하겠지만 수산화칼슘이 바다로 대량 흘러들면 보통의 바닷물보다는 pH가 높아질 것이고, 포화상태의 석회수에 그 이상의 석회수가 들어가면 포화상태를 초과한 석회수는 탄산칼슘으로 석출되게 된다.

석회는 ‘1리터인 1,000cc 맥주잔’에 새끼손톱 반 정도의 소석회가 녹아들 수 있다는 것으로 아주 조금 밖에 녹지 않는다는 것을 알 수 있다. 이에 비해서 설탕이나 소금은 1000cc 맥주잔에 여러 숟가락의 양만큼 녹아들고, 인산의 경우 물의 양보다 약 5.4배나 녹아들 수 있다.

[용해, 용매, 용질, 용액, 포화상태, 석출]

석회는 이산화탄소가 들어있는 물에만 녹는데, 이 말은 석회가 물과 이산화탄소가 합해진 탄산수에만 녹는다는 뜻이다. 석회는 순수한 물만 있는 증류수에도 녹지 않고, 이산화탄소만 있어도 녹지 않고, 물과 이산화탄소가 합해진 탄산수에만 녹는 것이다. 물론 습기를 포함한다.

액체가 고체를 녹이는 것 또는 고체가 액체에 녹아들어가는 것을 용해라 하고(액체끼리 녹아드는 것도 용해라고 함), 그 녹이는 액체를 용매라 하고, 녹아들어가는 물질을 용질이라 하고, 용질이 용매에 완전히 녹아든 상태를 용액이라고 하고, 물질이 물에 녹으면 수용액이라 하고, 용액이 용질을 최대한 녹여서 더 이상 녹일 수 없는 상태를 포화상태라고 하고, 포화상태 이후에 온도변화나 압력변화 등으로 용액에서 건데기(결정, 가루, 고체)가 생기는 것을 석출이라고 한다.

포화상태 이하로는 아무리 많은 용질이 들어가도 무게만 늘어날 뿐 용매는 부피변화가 없고, 무색이다. 사람의 눈으로는 보이지 않는다는 뜻이다. 거름종이에도 걸리지 않는다.

이러한 용해의 특성 때문에 육지에서 아무리 많은 시멘트 가루에 포함된 석회가 녹아서 그 석회수가 강물에 섞이어 바다로 흘러들어가도, 장마철에 대도시 전체의 콘크리트 표면이 빗물에 녹고 그 석회수가 하수구를 타고 강물에 합쳐져서 바다로 흘러들어가도 관심을 갖고 신경을 쓰지 않으면 사람들이 모르게 되는 것이다.

[콘크리트 공사장 시멘트 씻어낸 석회수가 바다로 흘러든다]

뒤에 빙글빙글 도는 밀폐된 운반적재함이 있는 레미콘 차량이 [시멘트+물+모래+자갈]을 일정한 비율로 섞은 레미콘(아직 굳지 않은 콘크리트)을 싣고 와서 펌프카에 부어주면, 펌프카가 공기의 압력으로 레미콘을 형틀에 부어넣게 되는데, 레미콘 차량은 펌프카에 레미콘을 부어주고 나서 통속에 묻어있는 시멘트 가루를 바로 물로 씻어내야 하고 펌프카도 레미콘을 형틀(거푸집)에 부어넣은 다음에는 파이프와 호수에 남아있는 시멘트를 바로 씻어내야 한다. 묻어있는 시멘트들을 바로 씻어내지 않으면 그 시멘트들이 굳어서 기계가 작동되지 않아 다음 일을 할 수 없기 때문이다.

그

런데 이때, 대부분의 경우 레미콘도 하수구와 연결된 구멍으로 시멘트 씻어낸 물을 버리고 펌프카도 시멘트 씻어낸 물을 하수구로 버린다. 그러면 하수구는 시멘트 물 말고도 다른 물들이 계속 흘러들어 흐르게 되어 있어서, 시멘트 씻어낸 물에 포함된 석회 성분은 더 이상 굳지 않고 농도가 더 옅어진 석회수 상태로 강물에 모이고 바다로 흘러들게 된다. 그리고 석회수는 물에 녹은 이상 무색으로 변하여 사람들 눈에는 보이지 않게 된다.

레미콘 차량의 경우 보통 6루베(1루베는 가로, 세로, 높이 각각 1m씩의 체적)를 실어 나르는데, 큰 건물의 경우 한 층의 바닥만 해도 수십~수백 번의 레미콘 분량이 들어가고, 그때마다 레미콘은 펌프카에 레미콘을 부어주고 통속에 묻어있는 시멘트들을 물로 씻어내서 하수구로 버려야 하고, 펌프카도 한 번 작업을 끝내고 멈출 때마다 파이프와 호수 속에 걸려있거나 묻어있는 시멘트를 씻어서 그 물을 하수구로 버린다.

보통 건물의 경우 1층을 올릴 때 3~4번 정도에 걸쳐서 콘크리트를 부어야 하는데, 30층 건물의 경우 펌프카를 90~120번 씻어내야 한다는 것이고, 30층 높이의 경우 30층 높이만큼의 펌프카 파이프 또는 호수에 남아있는 시멘트를 물로 씻어내야 한다는 소리다.

그리고 그 시멘트 물들은 하수구에 버려져서, 하수구 물에 녹아서 사람 눈에도 보이지 않게 강물에 흘러들어 바다로 들어가는 것이다. 30층 아파트 1개 단지를 지을 때 얼마나 많은 시멘트 물들이 하수구를 통해서 바다로 흘러들어갔는지 생각해보라.

우리가 살고 있는 도시 자체가 콘크리트이고, 도시 전체의 콘크리트 구조물 하나하나를 세울 때마다 레미콘 통을 씻어내고, 펌프카를 씻어내고, 시멘트를 비빈 삽을 씻어내고, 미장쟁이들 미장통과 미장칼을 씻어내야 하는데, 그 시멘트 씻어낸 물들이 흔적도 남아있지 않다. 거의 대부분 하수구로 부어넣었고, 하수구에 부어넣은 시멘트 물은 석회수 용액이 되어 바다로 흘러든 것이다.

콘크리트 공사 시에 시멘트 씻어낸 물들은 생석회가 녹은 물들이라 수산화칼슘이고, 수산화칼슘 수용액은 포화상태에 이르기 전까지는 계속하여 농축될 수 있고, 농축되면 pH 12.5의 강한 알칼리성이 될 수 있고, 포화상태에서 이산화탄소를 만나면 탄산칼슘으로 석출될 수 있고, 물속에서 인산을 만나면 인산칼슘수화물로 바뀔 수 있는 성질을 가지고 있다.

[석회는 강한 염기성이다]

산성과 염기성(알칼리성)이란 말은 초등학교 과학책(옛날엔 자연책)에 처음 나오는데, 1부터 14까지 있는 pH(피에이치, 페하)에서 pH 7은 중성이고, 7미만은 산성이고, 7을 초과하면 염기성이라고 한다.

세상의 물질은 크게 산성과 염기성의 2가지 성질로 나눌 수 있는데, (수소이온의 함량 척도의 역수로 계산하여) pH 14등급으로 나누어서 그 중간인 증류수를 pH 7로 기준 삼아 증류수를 중성이라고 하고, 증류수의 7보다 낮은 상태를 산성이라고 하고, 증류수의 7보다 높은 상태를 염기성이라고 한다.

빗물은 pH 5.6 정도 되고, 사람이 일상적으로 마시는 물은 pH 7~8.5 정도가 적합하고, 사람의 혈액이 pH 7.4, 알칼리성 이온음료 포카리스웨트는 pH 7.5이고, 바닷물은 평균 pH 8.1~8.2 정도이다. 바다 속에 사는 물고기나 소라 같은 조개류나 미역 다시마 같은 해조류들도 사람과 같이 약알칼리성 물에 적응하여 진화하여왔다는 것을 알 수 있다.

산성은 김치나 레몬 같이 신 맛이 나는데, 레몬이 pH 2, 음식물을 소화시키는 사람의 위장 속은 pH 3, 커피 pH 5, 우유 pH 6 정도 되고, 산성 중에서 독한 물질들이 염산, 질산, 황산 같은 것들이다.

염기성은 쓴맛이 나고 단백질을 녹이는 성질 때문에 미끌미끌한 특징이 있는데, 다이알비누가 pH 9, 시금치 pH 9.5, 미역하고 다시마 pH 10, 암모니아하고 된장하고 눈물이 pH 11, 수산화칼륨 석회수 pH 12.5, 하수구 세척액 pH 13, 수산화나트륨 포화수액이 pH 14 정도이다.

생석회를 물에 녹인 포화상태의 석회수의 염기성이 암모니아보다 세고 하수구 세척액보다 조금 낮다는 것이다.

1편은 여기까지....

[이헌민]

그 석회성분이 역시나 시멘트에서 온 것이라니... 그렇다면 그 해결책도 당분간 없다는 말이되겠네요. 걱정스럽습니다.