석회의 이해

[석회의 이해]

 

나는 [백화현상] [적조] [수온상승] [지구온난화]의 중요한 원인과 그 해결책이 석회라고 믿게 되었다.

물론, 지구온난화와 수온상승의 경우 이산화탄소의 문제가 크다는 것을 알고 있지만, 지구온난화와 수온상승도 석회와 중요한 관계가 있고, [백화현상] [적조]와 같은 많은 환경재앙 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 콘크리트 대도시가 들어선 선진 각국의 바다 연근해에는 엄청난 양의 석회수들이 녹아들어 농축되어 있는데, 우리나라 바다의 경우 겨울이 시작되는 12월경부터 바닷물 속에서 석회가루가 부옇게 석출되기 시작하여 3~4월경에는 엄청난 양의 석회가루(탄산칼슘)이 갯바위나 바다 속 바위에 달라붙었다가, 5월경부터 녹아 없어지기 시작하여 6월경에는 완전히 녹아 없어진다. 이것을 1년 단위로 주기적으로 반복하고 있다. 석출되는 석회의 양이 점점 많아지면서.

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 석회수가 대량으로 흘러들어 농축되었다는 뜻이다. 특히, 부산과 같이 인구가 밀집한 거대한 콘크리트 도시 연근해의 바다는 석회수의 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. (이 부분은 뒤에서, 여러 가지 사건사고들을 예들 들면서 자세히 설명합니다.)

 

 

 

 

[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 맥주잔에 새끼손톱 반 정도의 소석회가 녹아들 수 있다’는 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 있다고 한다.

 

 

 

 

[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.

 

 

 

[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.

그런데 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.

 

 

 

 

 

[강알칼리성 석회의 활용과 그 자극성]

석회가루가 쌓이는 바다의 해조류들이 녹는 원인을 분석하기 위해서는 상대적으로 원인 분석이 쉬운 육지에서의 석회의 활용과 그 자극적인 독성의 피해를 살펴볼 필요가 있다.

광산에서 석회석 원석을 채취하여 825℃ 이상으로 장시간 구워서, 석회석 원석에 포함된 이산화탄소를 날려 보내고 남은 생석회를 가루로 빻아서 만들어낸 생석회 가루는 토양 중화제로 사용된다. 생석회의 강한 알칼리성 덕분에 화학비료로 산성화된 토양을 중화시키는 중화제로 사용되는 것이다.

석회가 없다면 비료를 많이 사용할 수밖에 없는 현대 농업은 거의 모든 농토가 산성화 되어 농사를 짓기 힘들게 될 것이다. 석회는 농업에서도 그만큼 중요하다. 그리고 논밭에 뿌려지는 석회는 갯녹음 백화현상과 크게 관련이 없다. pH 7 이하로 많이 떨어진 산성화된 토양에 pH 12.5 정도의 석회를 pH 7 정도의 중성이 되도록 맞추어 뿌리기 때문이다.

농부들은 논밭에 석회를 뿌릴 때 장갑을 끼고 마스크를 끼고 바람을 등지고 뿌린다. 맨손으로 석회를 오래 만지면 석회의 독성(알칼리성) 때문에 손에 점막이 생기고 물집이 터져서 허물이 벗겨진다는 것을 경험적으로 알고 있고, 일하다 땀나는 손으로 석회를 오래만지면 손에 화상을 입고, 바람을 등지지 않고 석회를 뿌렸다가 눈에 들어가면 큰 일 난다는 것을 알기 때문이고, 마스크를 쓰지 않고 석회를 뿌리다가는 목구멍과 콧구멍이 헐고 열이 나서 따갑게 된다는 것을 알기 때문이다. 그래서 옛날에 요소나 질소 같은 비료는 어린 학생들에게도 뿌리게 했으면서도 석회만큼은 경험 많은 어른들만 조심스럽게 뿌렸던 것이다.

어른들이라도 석회는 바람 없는 날에만 뿌린다. 일 욕심에 바람 부는 날 석회를 뿌렸다가는 목구멍, 콧구멍, 눈알까지 심하게 고생한다는 것을 알기 때문이다. 석회 성분이 독하고, 석회가 물에 녹고, 석회가 공기 중에서도 수분을 만나면 열을 낸다는 것은 시골에서 농사를 지어본 사람들한테는 상식이다.

농부들은 논밭에 석회 뿌리기 전에 일기예보를 꼭 듣고 바람 없는 날을 잡아서, 석회를 뿌리기 하루나 며칠 전에 석회 포대를 먼저 뜯어서 석회를 부은 다음에 넓게 펼쳐놨다가, 바람 없는 것을 확인하고 뿌린다. 석회 포대를 터서 펼쳐놓으면 석회가 공기 중의 수분을 흡수해서 무거워져서 덜 날리기 때문이다.

석회는 대부분 논밭에 작물이 없는 농한기에 뿌리는데, 하나의 작물을 걷어내고 다음 작물을 심기 전에도 뿌린다. 현대 농업에서는 작물을 키워내기 위해서는 화학비료를 뿌릴 수밖에 없고 그만큼 땅이 산성화되었다는 뜻인데, 다음 작물의 부실한 성장이 걱정되어서 석회를 뿌려서 땅을 건강하게 하기 위해서이다. 이때도 다음 작물을 심기 전에 여유를 두고 석회를 뿌리고, 석회를 뿌리고는 바로 논밭을 갈아엎는다. 석회가루가 작물이나 씨앗에 바로 닿으면 그것들이 죽어버리고, 석회가 땅속 수분에 녹거나 비가 와서 녹아서 땅속에 골고루 퍼져야 석회의 독성으로부터 작물의 피해를 예방할 수 있다는 것을 알기 때문이다. 

석회를 뿌리고 골고루 갈아엎지 않거나 가뭄에 석회를 뿌리고 비가 안 온 상태에서 종자를 파종하면 종자가 제대로 싹이 나지 않는다. 석회가 직접 닿거나 석회가루가 몰려있는 부분이나 석회가루 가까이 있는 종자들은 석회의 너무 강한 알칼리성 때문에 죽어버리거나 석회가 수분을 흡수해서 말라죽어버리기 때문이다.

그리고 성장하고 있는 밭작물 주위로만 석회를 뿌려놓아도 석회의 양이 많으면 땅에 닿아있는 밭작물의 줄기 아랫부분부터 죽기 시작하는데, 농부들은 이것을 ‘작물이 석회에 녹아버린다’고 한다. 그래서 농부들은 석회 비료를 너무 많이 뿌리면, 특히 밭에다 너무 많이 뿌리면 1년은 농사를 지을 수 없다는 것을 잘 알고 있다.

농부들도 한 번씩 석회 때문에 1년 농사를 망쳐버리는 경우가 있는데, 석회를 너무 많이 뿌린 경우이다. 석회 비료는 작물의 영양분 보급 차원도 있지만 ‘화학비료 과다사용으로 산성화된 땅을 중화시킬 목적’이 더 큰데, 산성화된 토양을 중화시키려다가 석회를 너무 많이 뿌려서 오히려 강한 알칼리성 토양으로 만들어서 작물이 살 수 없는 땅으로 만들어 버린 경우이다.

석회를 과다살포 시 논보다는 밭의 피해가 더 크다. 그 이유는 석회가 물에 녹기 때문에 물을 대기 쉬운 논은 물로 석회를 녹여서 비교적 쉽게 씻어낼 수 있는데 반해서 물을 댈 수 없는 밭은 비가 와서 석회를 녹여서 씻어 내려가 줄 때까지 기다릴 수밖에 없기 때문이다.

그래서 농부들은 석회를 뿌리다가 석회가 남는다 해도 정량 이상의 석회를 밭에 뿌리지 않는다. 그렇다고, 석회가 남는다고 남의 논밭에 함부로 뿌려줄 수도 없다. 논밭이 비어있는 겨울철 같으면 모를까, 우리 밭에 하나의 작물을 걷어내고 다른 작물을 심을 때는 다른 밭에는 아직까지 작물이 자라고 있는 수가 많아서, 석회가 작물에 직접 닿으면 안 되기 때문이다.

그렇다고 쓰다 남은 터진 석회를 집안 창고 같은 실내로 들이는 경우도 거의 없다. 화재의 위험성 때문이다. 농부들이 석회의 발열성을 알고, 석회가 공기 중에서 스스로 습기(수분)를 흡수해서 불을 낼까봐 석회를 실내에 들이지 않는 것이다. 터진 생석회는 절대로 실내에 두어서는 안 된다.

그래서 농부들은 밭에 뿌리다가 남은 석회가 있으면 ‘풀 좀 안 났으면 하는 자리’에 충분히 뿌려준다. 석회를 제초제로 쓰는 것이다. 그러면 그 자리에 풀들은 다 꼬실라져 죽어버리고, 석회가 녹아서 완전히 없어지고 난 다음에도 오랫동안 풀이 날 수 없게 된다.

그것도 아닌 경우에는 농부들은 쓰다 남은 석회를 밭의 작물과 멀리 떨어지고 감나무 같은 과일나무하고도 멀리 떨어진 못 쓰는 땅에 석회를 모아두는데, 석회가 빗물에 녹아서 밭작물이나 감나무 같은 유실수를 죽일 수 있다는 것을 알기 때문에 멀리 떨어진 노천에 석회를 모아두는 것이다.

그러면 석회를 쌓아둔 자리에도 몇 년 동안 풀이 나지를 못한다. 석회가 녹아서 없어진 후에도 한참 동안 그 자리에는 풀 한포기 못나고, 석회를 쌓아둔 주변 땅속에는 지렁이 한 마리 없고, 석회가 쌓여있던 자리에는 한동안 개미 새끼 한 마리도 얼씬 거리지 않는 죽어있는 땅이 된다는 것을 시골에서 살아본 사람들은 경험적으로 알고 있다.

이러한 상황들은 pH 12.5의 강한 알칼리성 석회가 골고루 넓게 퍼졌을 경우엔 땅을 중화시키는 중화제로 쓰이지만 과다하게 몰리면 식물과 동물에 치명적인 독성으로 작용한다는 것을 알게 해준다.

옛날 분들은 생석회가루 대신 조개껍데기를 제초제로 이용하기도 했는데, 장독대 주변의 조개껍질이나 대밭에 꼬막껍데기를 뿌려주는 것이었다. 그러면 조개껍데기를 뿌려둔 장독대 주변이나 꼬막껍데기를 뿌려둔 대밭에는 풀이 나기 어려운데, 이것은 탄산칼슘(석회석)으로 이루어진 조개껍데기들이 이산화탄소가 포함된 빗물에 녹아서 그 주변에 ‘석회동굴의 종유석에 달려있는 것과 같은’ 중탄산칼슘(탄산수소칼슘)이 주변 땅속으로 스며들어가 알칼리성으로 작용하여 잡초들이 자라기 힘들게 하는 것이다. 조개껍질은 89∼99%가 탄산칼슘(석회석)이고, 탄산칼슘은 pH 9.0~9.5 정도이다.

 

굴 양식장 근처의 굴 껍데기를 오랫동안 쌓아둔 자리 주변에도 풀이 나지 못하고, 굴 껍데기를 해변에 오랫동안 쌓아두면 굴 껍데기 녹은 물이 흘러들어가는 해변 역시 생물이 살기 힘든 죽은 땅이 되고 만다.

굴 많이 나는 경남 통영 사람들이 아니라도, 부산 살면서 옛날부터 가덕도로 낚시 다녀본 사람들은 용원선착장에 조개껍질 쌓이면서 그 자리가 죽은 갯벌로 되어버렸다는 것을 알 것이다. 조개껍데기 쌓이기 전까지만 해도 용원 선착장 뱃머리 그 자리에 옆으로 기어다니는 게들이 바글바글했고 꼬시래기(망둥어, 문저리)도 많이 나왔고, 낙지도 제법 있었는데, 조개껍데기 쌓이면서 아무 것도 살 수 없게 되어버렸다.

사람도 석회의 독한 알칼리성분을 느끼는데, 건축현장에서 콘크리트에 고여 있는 물을 오랫동안 만지고 작업을 하면 손에 점막이 생기고 물집이 생긴다. 특히 밤에 비 조금 와서 다음날 건축현장의 옥상에 물을 퍼내야 하거나, 비 많이 오고 나서 며칠 있다가 신축건설 현장의 옥상 같은 데 콘크리트 위에 고여 있는 물을 만지면서 장시간 작업을 하고나면 손이 따갑고, 작업 후에 손을 닦아도 손이 미끄럽고 손등에 빨간 반점이 생기거나 손가락에 반점이 생기거나 허물이 벗겨진다. 콘크리트 시멘트의 63%를 차지하고 있는 석회 성분이 녹아나온 강한 알칼리성 때문이다.

 

그리고 여름에 건설현장에 콘크리트 위에 물이 고이면 양달이건 응달이건 모기가 알을 낳아놓은 경우를 볼 수 없는데, 모기들도 콘크리트 고인 물에 알을 까놓으면 새끼들이 강알칼리성 물에 녹아서 죽어버린다는 것을 알기 때문이다. 모기는 알을 낳아놓으면 하루 만에 유충으로 까서 그 새끼들이 헤엄을 치는데, 모기도 콘크리트 위에 고인 물에는 알을 까지 않는다는 것이다.

 

조류독감 같은 전염병이 왔을 때도 하얀 옷을 입고 고글과 마스크를 쓰고 하얗게 뿌리는 것도 생석회 가루이다. 조류 인플루엔자(AI) 같은 전염병이 왔을 때 석회를 뿌리면 네 가지의 효과를 기대할 수 있는데, 석회의 알칼리성으로 죽이고, 석회가루가 물기를 머금고 있는 생명체의 물과 반응해서 뜨거운 열을 내서 익혀죽이고, 수분을 빼앗아 말려죽이고, 균들이 무겁게 달라붙은 석회 바위라는 짐을 진 채 멀리 떠돌아다니지 못하게 하는 효과가 있게 된다.

 

석회가 열을 낸다는 것은 소석회를 만들어본 경험이 없더라도 건설현장에서도 느낄 수 있는데, 장마철에 시멘트를 쌓아두면 시멘트 포대가 뜨거운데 그것은 시멘트의 63%를 차지하고 있는 주성분인 석회가 포대 안에서도 밖의 습기를 빨아들여서 열을 내는 것이고, 건설현장에서 일을 하다보면 햇볕이 들지 않는데도 ‘콘크리트 위에 시멘트 가루 앙금 가라앉은 위로 떠 있는 고여 있는’ 물이 의외로 따뜻한데 이것은 바닥의 시멘트 가루에 들어있는 생석회 성분(규산칼슘수화물, 수산화칼슘, 알루민산칼슘)이 물에 녹으면서 반응열을 발산하기 때문이다.

또 건설현장에서 일을 하다보면 젖은 운동화가 마르면서 운동화 바깥부분에 하얀 석회가루들이 생기면서 생각보다 많은 열을 내면서 발을 뜨겁게 하여 발목까지 허물을 벗겨지게 하는데, 이것은 일단 물에 녹아있는 시멘트 성분들이 내는 반응열과 수산화칼슘의 강한 알칼리성 작용이 동시에 일어나는 때문이다.

이것은 육지에서 녹아서 용액상태로 바다에 흘러든 수산화칼슘이 포화상태에 이르러서 탄산칼슘으로 석출될 때 발열반응을 일으키는 것을 이해할 수 있게 하고, [기체의 농도 확산의 원리]를 이용하여 아가미 호흡을 하는 물고기의 아가미 속에서도 발열반응을 일으키고 모세혈관을 손상시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있게 해준다.

 

어항 속의 석회수의 농도가 높아지면-

물고기 아가미의 호흡곤란이 생기고 특히 산소와 이산화탄소의 교환이 이루어지는 모세혈관이 파괴된다는 것을 수족관을 운영하는 사람들에게는 기본적인 상식이다. 집안에 수족관에서 열대어를 키우는 사람들도 석회수의 농도가 높아지면 물고기들이 호흡곤란 장애를 일으켜 죽어버린다는 것을 잘 알고 있다.

그래서 열대어를 키우는 사람들은 수족관에 산호초를 넣지 않는다. 산호초를 수족관에 넣으면 ‘자연 상태에서도 이산화탄소가 녹아있는 수족관 안의’ 물에 산호초가 녹으면서 수족관의 pH와 경도를 높이기 때문이다. 산호초는 석회석(탄산칼슘)이다. 그래서 산호초를 수족관에 넣으면 수족관 물속 석회수의 농도가 높아져 물고기들의 아가미 모세혈관을 파괴하여 열대어들이 호흡곤란으로 죽게 되는 것이다.

물고기 중에서도 유독 열대어가 들어있는 수족관에 산호초를 넣으면 안 되는 이유는, 열대어는 석회수의 농도가 낮은 열대지방에서 진화해온 물고기이기 때문이다. 수온이 따뜻한 열대지방의 물에는 석회수의 농도가 낮다. 이산화탄소는 압력이 높고 온도가 낮을수록 물에 잘 녹는데, 열대지방의 물은 따뜻해서 이산화탄소가 많이 녹아있지 않으므로 석회수의 포화상태 농도가 낮은 것이다. 이것은 병뚜껑을 열어놓은 사이다가 추운 겨울보다 더운 여름에 빨리 날아가 버리고, 남아있는 사이다는 설탕물에 가까워진다는 것을 생각하면 쉽게 이해가 될 것이다.

탄산수인 사이다에 녹아들어있던 이산화탄소가 많이 날아가 버릴수록 톡 쏘는 맛이 적어진다. 병뚜껑을 열어놓고 오래두면 톡 쏘는 느낌이 아예 없어져버린다. 사이다나 콜라나 맥주 같은 탄산수를 마실 때 목구멍이나 콧구멍에서 톡 쏘는 느낌을 받는 것은 이산화탄소가 터지면서(폭발하면서) 도망갈 때 일으키는 마찰 때문인데, 탄산수의 병뚜껑을 오랫동안 열어놓으면 자연 상태의 물속의 압력과 온도에 녹아있을 수 있는 이산화탄소만 남고 포화상태 이상의 이산화탄소는 공기 중으로 모두 날아가 버리기 때문에 더 이상은 터질 수 있는 이산화탄소가 없어서 사이다나 콜라나 맥주의 톡 쏘는 느낌이 없어져버린 것이다.

그래서 따뜻한 수온 때문에 이산화탄소의 포화상태가 낮아서 석회수의 농도도 낮은 열대지방에서 진화해온 열대어의 수족관에는 석회석과 같은 탄산칼슘 성분인 산호초를 장식품으로 넣으면 안 되는 것이다.

 

위의 내용들을 백화현상과 연관시켜 생각해보면 -

황폐화된 연근해 바다와 연관 지어 생각해보면, 바닷물에 석회가루(탄산칼슘)들이 고체 결정으로 석출(용액의 포화상태 이후에 고체 결정이 생겨나는 것)되어 바다 밑 암반에 쌓이고 달라붙는다는 것은 바닷물이라는 용액에 석회가루라는 용질이 포화상태에 이르렀다는 것을 알려주고 있다.

포화상태의 석회수는 pH 12.5 정도의 강한 알칼리성이고, 원래의 바닷물의 평균 pH 농도는 사람들이 일상적으로 마시는 음료수의 pH(산성도 또는 염기성도)와 비슷한 8.1~8.2 정도가 정상으로 모든 물고기와 조개류와 해조류가 pH 8.1~8.2 정도의 바닷물에 적응하여 진화하여 왔는데, 얼마나 많은 석회수들이 바다에 흘러들어갔기에, 그 많은 바닷물에 얼마나 많은 석회수가 농축되었기에 석회수가 포화상태에 이르렀을 때 나타날 수 있는 백화현상이 나타날 수 있다는 말인가?

백화현상이 나타나는 바다에는 물고기들이 도망가고, 전복과 소라 같은 조개류들도 도망가고, 미역과 다시마 같은 해조류들도 살기 힘들게 되어서 연근해의 바다 밑이 석회가루를 뒤집어쓴 채 황폐화되고 있다.

 

 

 

 

[석회의 순환과 백화현상]

앞에서 설명했듯이 순수한 석회는 자연계에 보통 5가지로 존재한다.

자연 상태의 석회암이나 조개껍데기 같은 상태의 석회석(탄산칼슘), 자연석 상태의 석회석이 이산화탄소가 많이 들어있는 물에 녹은 중탄산칼슘(탄산수소칼슘) 용액, 자연석이 석회석에 825℃ 이상의 온도에서 장시간 구워서 이산화탄소를 날려 보내고 절대건조 상태에서 가루로 만든 석회(산화칼슘, 생석회 가루), 그 생석회를 이산화탄소가 들어있는 물에 포화상태로 녹인 석회수(수산화칼슘), 그 포화상태의 석회수를 건조시켜 절대건조 상태로까지 말려낸 가루인 소석회(수산화칼슘)이다.

그러니까 원래 자연계에는 탄산칼슘(석회석)과 중탄산칼슘(석회수) 2가지 종류밖에 없었는데, 인간이 석회암에서 석회석을 채취하여 구워낸 이후로 생석회와 수산화칼슘 석회수와 소석회 가루가 생겨난 것이다. 그런데, 인간이 만들어낸 새로운 물질인 생석회와 수산화칼슘 석회수와 소석회 가루도 자연 상태에 방치하면 다시 원래 상태의 석회석인 탄산칼슘 성분으로 돌아간다. 이것을 석회의 순환이라고 부르기로 한다.

석회석을 구워서 만들어낸 생석회(산화칼슘)는 자연 상태에 방치하면 이산화탄소가 녹아있는 물(습기)과 반응하여 탄산칼슘이나 수산화칼슘이 되고, 수산화칼슘은 포화상태의 수용액 상태에서 또 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘이 된다. 그러니까 생석회는 모두 자연 상태의 탄산칼슘으로 돌아간다는 것을 알 수 있다.

석회의 순환이 진행되는 것을 잘 보여주는 예가 자연 상태에서는 [석회동굴]이다. 그리고 시멘트를 물과 섞어서 비벼서 콘크리트를 만들거나 생석회를 물과 섞어서 소석회를 만드는 것도 석회의 순환을 이용한 것이고, 바다에서의 [갯녹음 백화현상]도 석회의 순환의 한 과정이고, 석회를 구워서 생석회를 만들고, 생석회에 기능제 역할을 하는 첨가물들을 첨가하여 만들어낸 시멘트도 석회의 순환을 이용한 발명이다.

석회의 순환을 중학교 수준의 화학식으로 풀어서 설명하면 아래 내용들과 같다.

 

 

1. 생석회 만드는 원리 

CaCO3 → CaO ＋ CO2↑
(탄산칼슘) → (산화칼슘)＋(이산화탄소 증발)

위 식은 자연 상태의 석회석(탄산칼슘)을 채취하여 열을 가하면 이산화탄소가 날아가면서 생석회(산화칼슘)가 생긴다는 뜻이다. 이 공식을 이용해서 석회공장에서 석회석(탄산칼슘)으로 생석회(산화칼슘)를 만들어낸다.

이때 석회공장에서는 825℃ 이상의 열로 장시간 가열하는데, 이 공식은 자연 상태에서는 (석회암 지대의 용암분출을 제외하고는) 거의 일어날 수 없는 상황으로 인간이 인위적으로 만든 상황이기 때문에 일방적인 공식이다.

 

 

2. 석회동굴의 원리

CaCO3＋CO2＋H2O ↔ Ca(HCO3)2
(탄산칼슘) + (이산화탄소) +(물) ↔ (중탄산칼슘)

위 식은 자연 상태의 석회석(탄산칼슘)이 이산화탄소가 들어있는 물을 만나면 중탄산칼슘으로 녹는다는 것을 나타내고, 또 반대로 중탄산칼슘이 석회석과 이산화탄소와 물로 분해될 수 있다는 것을 나타낸다.

석회동굴에서는 이 공식이 반복된다. 그러면서 이산화탄소가 포함된 물은 석회암을 녹이고 뚫어서 동굴의 주로를 만들고, 동굴 속 공기와 동굴 벽이나 천장의 온도차이 때문에 벽과 천장에 이산화탄소가 포함된 습기가 맺히고, 그 이산화탄소를 머금은 습기들이 동굴 벽과 천장에서도 석회석을 녹여서 동굴이 계속 커지는 것이고,

그 중탄산칼슘 석회수가 흘러내리거나 떨어지는 과정에서 압력이 낮아져 물과 이산화탄소가 증발하면서 다시 탄산칼슘(석회석)이 생성되는 것이고,

그렇게 다시 생성되는 석회석들의 위치에 따라서 종유석(돌고드름)도 되고 석순(돌죽순)도 되고, 종유석과 석순이 결국에는 만나서 석주(돌기둥)를 만들어내는 것이다.

이 공식은 인간이 인위적으로 만들어낸 일방적인 공식이 아니고, 자연 상태에서도 쌍방으로 얼마든지 일어날 수 있기 때문에 일방적인 공식이 아니고 쌍방 공식이다.

더 상세하게, 위 공식을 나누어서 한쪽씩 풀어보면,

먼저

CaCO3＋CO2＋H2O → Ca(HCO3)2
(탄산칼슘) +(이산화탄소) +(물) → (중탄산칼슘) 

과 같이 나타낼 수 있다. 이것은 석회암 지대에 이산화탄소가 포함된 물이 흘러들어 석회암을 중탄산칼슘으로 녹이는 상황을 나타낸다.

그리고 뒤집어서 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Ca(HCO3)2 → CaCO3＋CO2＋H2O
(중탄산칼슘) → (탄산칼슘) +(이산화탄소) +(물)

이것은 석회암 지대에 이산화탄소가 포함된 물이 흘러들어 석회암을 녹인 중탄산칼슘 석회수가 다시 석회석과 이산화탄소와 물로 분해된 것을 나타낸다.

이 공식들로 석회암 동굴 벽이나 천장에 맺힌 석회수가 흘러내리거나 떨어져 수많은 물 조각들로 튕겨나면서 온도변화(높아짐)와 압력변화(낮아짐)가 생겨서 이산화탄소가 먼저 날아가고 물도 뒤이어 증발하고 석회석만 남아서, 종유석(돌고드름)과 석순(돌죽순)과 석주(돌기둥)가 만들어진다는 것을 상상할 수 있다.

 

 

3. 석회수에서 탄산칼슘 석출 원리

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 
(수산화칼슘=석회수) +(이산화탄소) → (탄산칼슘) +물

위 식은 사람이 인공적으로 만들어낸 석회수인 ‘수산화칼슘’이 들어있는 물에 입김을 불어서 이산화탄소를 불어넣었더니, 쌀을 씻어낸 뜬물 같은 허연 백탁의 석회가루(이때는 생석회 CaO가 아니라 석회석 CaCO3임)들이 생겨나는 상황을 나타낸다. 물도 추가로 생겨났지만 사람 눈에는 보이지 않는다.

그리고 이 식은 사람이 인공적으로 만들어낸 생석회를 이용하여 생성된 석회수(수산화칼슘)가 원래 자연 상태의 석회석으로 돌아간다는 것을 알려주기도 한다.

 

위의 내용들을 종합하여
연근해 바다의 갯녹음 백화현상에 연관시키면 -

콘크리트 공사현장에서 시멘트가 마르기도 전에 씻어낸 석회수(수산화칼슘)들이 바다에 흘러들어서 농축되어 포화상태에 이르렀을 때, 수면 위로 공기가 지나가면서 그 공기 중에 포함된 이산화탄소가 석회수와 만났을 때, 석회수와 이산화탄소가 결합하여 허연 백탁의 석회가루(탄산칼슘)를 만들어낼 수 있다는 것을 설명해준다.

그리고 바다에서 허연 백탁의 석회가루들이 생기는 백화현상은 석회수가 농축되어 바닷물의 일부분이라도 석회가 포화상태에 이르렀을 때만 나타날 수 있는 상황이다. 석회수가 들어 있는 물이라고 해서 입으로 분다고 무조건 허옇게 되는 것이 아니다. 일부분만이라도 포화상태에 이를 정도로 충분히 고농도의 석회수가 녹아들어 있어야 입으로 불었을 때 허옇게 석회가루가 생기는 것이다. 백화현상이 일어나는 연근해의 바닷물에 석회수가 포화상태에 이를 정도로 풍부하게 녹아들어 있다는 것이 증명되는 것이다.

 

 

 

 

[석회 동굴]

석회가 물에 녹는다는 것을 가장 확실하게 보여주는 것이 석회동굴이다. 웬만한 분들을 중학교 때 수학여행 때 석회동굴에 들어가 본 적이 있을 것인데, 단양 고수동굴(길이 1.3km, 동굴 높이 높은 곳은 75m)이나 강원도 영월 고씨동굴(주 길이 1.8km) 삼척의 환선굴(총 연장 6.2km) 같은 석회동굴에 처음 들어가서는 놀라고 말았을 것이다. 동굴의 규모와 석순과 종유석들과 석주(돌기둥)들의 규모와 형상에.

그리고 여러분들은 “이산화탄소가 포함된 빗물이 석회암 지대를 통과하면서 석회암 동굴을 만들어낸 것”이라고 설명을 들었을 것이다. 또 직접 확인도 했을 것이다. 거대한 고드름 같은 종유석을 타고 내리는 물방울이 종유석 끝부분에 달렸다가 떨어지는 아랫부분에 거대한 죽순 같은 석순이 솟아올라오고 있고, 한 방울 두 방울 떨어지는 석회수에 종유석이 밑으로 계속 커지고, 석순은 위로 커지다가 드디어 맞닿게 되는 자리에는 석주(돌기둥)가 생겨서 그 석주를 타고 내리는 몇 방울의 물에 석주가 계속 두꺼워지고 있는 진행상황을.

석회동굴은 이산화탄소가 포함된 물이 고여서 농도가 진해진 석회수(중탄산칼슘)가 석회암(탄산칼슘)에 구멍을 뚫어 동굴을 형성하고, 동굴 속의 공기와 동굴의 벽과 천장의 온도 차이로 생겨난 습기들이 물방울이 되고, 그 물방울 속에 포함된 이산화탄소 때문에 동굴 천장이나 벽(탄산칼슘)을 녹이면서 석회수(중탄산칼슘)가 되어서, 물방울이 커지면 주르르 흘러내리다가 표면적이 넓어지면서 압력이 낮아지기 때문에 다시 종유석이나 석순이나 석주 같은 고체(탄산칼슘)로 변하는 석회의 순환을 잘 보여준다.

그리고 석회동굴은 석회수가 탄산칼슘으로 변할 때는 그 탄산칼슘들이 뭉쳐서 돌로 굳어진다는 것도 확인시켜준다. 이것이 시멘트의 원리이다. 뒤에서 따로 설명하기로 한다.

그리고 석회동굴 안의 물은 깨끗해 보이는데도 풀도 물고기도 살고 있지 않는다는 것을 기억할 것이다. 강한 알칼리성 석회수이기 때문이다. 다만, 어떤 석회동굴에는 입구 부분에 물고기들이 몇 종 있기는 한데 그것은 석회동굴의 원 물줄기가 아니고 석회동굴 밖의 큰 물줄기(지표수)가 갑자기 유입된 경우이다.

그리고 석회동굴에서 흘러나간 물들이 다른 냇물과 합쳐진 이후에는 석회가루들이 쌓여있는 것도 보지 못했을 것이다. 석회수들이 다른 냇물들과 만나서 농도가 옅어져서 완전 수용액 상태로 바다로 흘러갔기 때문이다. 이것은 배추를 담그고 버린 소금물이 하수도나 하천에 소금으로 생겨나지 않는 것과 같은 이치이다. 진했던 소금물이 다른 하수구 물들을 만나 농도가 옅어져서 완전 수용액 상태로 바다로 흘러들어갔기 때문이다.

 

 

 

 

[석회가 물을 따라 움직인다.]

여기서 여러분들은 또 한 번 놀라야 한다. 여러분들이 수학여행 때 보고 놀란 동굴의 규모만큼 석회 성분들이 바다로 녹아들어갔다는 것에 대해서.

고수동굴 안에서 빗물이 고인 물이 0.76km가 넘는 어마어마한 석회를 녹여냈고, 고씨동굴 안에서도 빗물이 고인 물이 1.8km가 넘는 석회를 녹여냈고, 삼척의 환선굴에서도 빗물이 고인 물이 6.2km가 넘는 석회들을 녹여냈다. 그리고 바다로 흘려보낸 것이다.

환선굴에서 녹아나온 석회가루만 해도 서울시내 전체를 첫눈 오는 것만큼 쌓이게 뿌릴 수 있을 것이다. 그런데 우리나라에는 크기는 다르지만 석회동굴이 약 1,000개 정도가 있다고 하고, 시멘트 공장이 밀집되어 있는 삼척 옆에 태백에만 석회동굴이 20개 정도가 있다고 한다. 한 방울 두 방울 떨어지는 물들이 그 석회동굴의 석회를 용해시켜서, 그 석회수들은 냇물과 강물을 만나 희석되어 바다로 흘러들어간 것이다. 그러니까 바다에는 소금뿐만 아니라 어마어마한 양의 석회도 녹아있는 것이다.

그리고 농도가 옅어져서 바다로 흘러든 석회수들은 완전한 용액 상태로 조수간만으로 생기는 조류를 타고 대양을 순환하는 해류에 합해져서, 해류는 주기적으로 대양을 순환하면서 세계의 바다로 석회를 실어 날랐고 지금도 실어 나르고 있다.

해류가 추운 지방을 통과할 때는 ‘온도가 낮을수록 잘 녹는 석회’를 많이 녹이고 지나가다가 더운 해역에 접어들면 바닷물이 따뜻해져서 이산화탄소가 증발하게 되고, 그러면 그 바닷물은 포화상태의 정도(용해도)가 낮아져서 석회가루들이 석출되어 그 석회가루들은 바다에 가라앉아 해저에 석회암 지대를 이루고, 포화상태 안에 수용액 상태로 녹아들어있는 석회수들을 계속 해류를 따라 난류로 접어들면서 포화상태를 넘어서는 과포화상태의 양만큼 석회가루로 석출되면서, 대양에서 솟구쳐 올라온 섬들의 벽에 부딪혀서 부서질 때 물의 표면적이 낮아지면서 갑작스럽게 압력이 낮아져서 석회가루로 석출되는 양이 많아지면서 바위벽에 달라붙게 되는 것이다. 이러한 과정이 화산섬인 태평양 한가운데의 섬들이 석회암이 많은 이유이다.

 

태평양의 섬들은 -

심해저의 화산분출로 생겨난 화산 열도(바다 속 산맥들이 솟아나 꼭대기 부분들만 줄줄이 연이은 섬들의 군락)로 하와이 같은 큰 섬들도 있지만 많은 섬들의 해발이 고작 몇 미터밖에 안 되고 조금만 배를 타고 나가도 낭떠러지로 수심이 수 천 미터까지 깊어지고, 해발이 낮은 섬 자체가 석회암인 경우도 많은데 수많은 세월에 걸쳐 화산섬에 석회가루들이 달라붙은 것이다. 물론 석회질의 산호가 죽어서 달라붙은 것들도 있는데, 이 산호들 역시 해류가 싣고 온 석회 성분을 먹고 생겨난 석회조류이다.

그러니까 주변의 수심이 수 천 미터로 낭떠러지같이 깎여 내려가는 심해저에 솟아오른 태평양의 많은 석회암 섬들은 추운 지방에서 석회를 듬뿍 녹이고 온 해류가 태평양 따뜻한 바다를 지날 때 이산화탄소가 증발된 상태에서 석출된 석회가루나 석회수에서 영양분을 섭취한 산호(석회조류)들이 수 천 미터 깊이의 바다 위에 어쩌다가 솟아난 화산 꼭대기 부분에 달라붙어서 생겨난 육지라고 볼 수 있는 것이다.
 
화산분출로 생겨난 화산암 섬이 윗부분과 해류가 밀려오는 쪽에 석회암으로 퇴적되어 있다는 것은 어디선가 석회가 공급되었다는 것이고, 그것은 해류에 의한 석회 성분의 운반밖에는 생각할 수 없다. 육지(대륙)에서 녹아서 강물을 타고 바다에 흘러든 석회가 녹아서 대양의 조류를 타고 태평양 가운데까지 도달한 것이다.

그런데 지금 세계의 온난화 현상으로 바닷물 온도가 올라가면서 태평양의 해발 몇 미터밖에 낮은 섬들에 물이 차오르고 있고, 석회암들이 약해지면서 부서지고 있다. 이것도 콘크리트 시멘트에서 녹아나온 시멘트가 주원인이다.

인간이 자연석 석회석에 825℃ 이상 장시간 열을 가해서 이산화탄소를 쫓아내고 만들어낸 시멘트 원료가 되는 생석회는 엄청난 열을 품고 있는데, 소석회(수산화칼슘)를 만드는 방법에서 설명한 것처럼 생석회는 이산화탄소가 포함된 물과 만나면 수산화칼슘으로 수화하면서 엄청난 열을 발산하고, 1g의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 경화될 때 78cal의 열을 발산한다고 한다.

인간이 지구상에 어마어마한 콘크리트 도시와 콘크리트 구조물을 지으면서 그때마다 레미콘과 펌프카에서 시멘트 씻어낸 물들이 수용액 상태로 바다로 흘러들어갔고, 그것들이 농축되어 지금 세계 각처의 대도시 주변 연근해에서 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 석출되어 경화되는 백화현상이 발생되고 있는데, 세계 각처의 대도시 연근해에서 석회수가 탄산칼슘으로 바뀌면서 바닷물의 온도를 높이고 있다. 우리나라와 일본의 연근해는 엄청난 속도로 바다 밑바닥에 석회가루가 쌓이는 면적이 넓어지고 있다.

우리나라의 연근해 바닷물의 경우 산업화가 성공하기 시작한 최근 40년 동안 세계 바다의 바닷물 평균 온도 상승 속도보다 3배나 더 빠르다. 일본의 경우도 메이지유신 이후로 일찍이 백화현상과 적조가 발생하기 시작했고, 그 발생지역들이 콘크리트 도시가 들어선 대도시 주변이 확연하고, 홋카이도(북해도)와 일부 해역을 제외한 일본의 거의 모든 연근해의 수온상승 속도가 우리나라와 마찬가지로 세계 평균 바다수온보다 3배 정도 빨리 상승하고 있다고 한다.

석회수(수산화칼슘)가 바닷물에 한번 포화상태가 되면 탄산칼슘으로 석출되면서 바닷물의 온도가 올라가는 것은 당연하고, 이산화탄소는 온도가 높을수록 바닷물 속에서 포화상태가 낮아지기 때문에 온도가 올라간 바닷물이라는 용매는 수산화칼슘이라는 용질에 대해서 포화상태가 낮아지고, 그러면 더 많은 석회수들이 탄산칼슘으로 석출되는 악순환이 증가하면서 반복될 수밖에 없다.

이런 이유 때문에 콘크리트 도시를 세운 선진국들의 연근해의 바닷물이 세계 바다의 평균온도보다 3배나 빨리 올라가고 있는 것이고, 콘크리트 도시를 세운 선진국들의 따뜻해진 연근해 바닷물은 해류를 따라 움직이면서 세계의 바다를 데우는 것이다. (물론, 공기 중의 이산화탄소 증가로 바다 표면의 온도가 올라가는 것도 중요한 이유인 것도 당연하다. 석회의 수온상승도 인식하라는 뜻이다.)

그러면, 세계 바닷물의 온도가 전반적으로 올라간 이상 5대양에서 바닷물 속에 녹아있는 이산화탄소의 포화상태 농도가 낮아져서 ‘세계 각처에 콘크리트 도시들이 생기기 이전보다’ 더 빨리 석회수들이 탄산칼슘으로 바꾸어서 바다 밑으로 가라앉혀버리고, 이때 또 반응열을 발산해서 바닷물의 온도를 높이고, 석회수가 탄산칼슘으로 석출될 때 이산화탄소가 소모된 만큼 ‘화석연료의 사용으로 공기 중에 풍부해진’ 이산화탄소가 다시 바닷물에 공급되어 또 석회수를 탄산칼슘으로 석출시켜 바다 밑으로 가라앉히는 작업을 반복하면서, 그 반응열로 바닷물을 데워서 남극과 북극의 빙하들까지 녹게 하여 해수면을 상승시키게 되는 것이다.

또, 그동안 해류를 타고 추운 지역의 바닷물에서 따뜻한 해역의 바다로 운반되던 석회수들이 ‘세계의 각 도시들이 콘크리트 도시를 세우기 이전보다’ 더 빨리 탄산칼슘으로 석출되어 바다에 가라앉아버리거나 따뜻한 바다에 석회수들이 도착한다고 해도 그 양이 작아져서, 태평양의 해발 낮은 석회암들에 옛날만큼의 석회수나 석회가루가 충분히 공급되지 못하여 석회암들이 약해지고, 석회수에서 영양분을 섭취하는 산호초나 석회조류들의 번식도 줄어들게 되어 ‘생성되는 산호초의 면적’보다 태평양의 거센 파도에 ‘부서지거나 녹아버리는 산호초’의 면적이 많아지는 것이다.

역설적이게도 콘크리트 도시를 완성한 선진국들의 대도시 주변 바다에는 백화현상으로 뒤덮일 정도로 석회가루들이 많아졌는데 반해서, 남태평양의 따뜻한 바다에 떠 있는 산호초 섬들은 바다물의 온도 상승으로 석회수들이 거기까지 도착하기도 전에 석회가루가 되어 바다 밑으로 많이 가라앉아버려서, 옛날보다 바닷물에 녹아있는 석회수의 농도가 낮아져서 결국에는 석회암으로 이루어진 섬들이 점점 녹아내리는 결과까지도 초래될 수 있다. 석회는 농도가 낮아지면 다시 녹아버리기 때문이다. 이것은 석회동굴에서 이미 확인된 것이다.

여기에 대한 대책은 콘크리트 도시를 세운 선진국들의 연근해 바다에서 백화현상이 나타날 수 없는 정도까지 석회수의 농도를 낮추어야 하는데, 콘크리트 도시의 연안 바다에서 석회를 건져내는 방법밖에 없다. 특히 대도시의 강 하구에서 석회를 덩어리로 건져내면 효과적이다. 그리고 그 최상의 방법은 수하식 대량 굴 양식장을 형성하여 굴 껍데기를 통해서 석회를 덩어리째 건져내는 방법이다.  

                    [1편 끝]