이번 11판은 환경 화학의 주제를 직접 다루고 있다는 점에서 10판과 다르다. 다섯 가지 환경 영역 각각에서 일어나는 환경 화학 작용과 현상을 이해하기 위해서는 환경 화학에 대한 일반적인 이해가 필요하다. 따라서 1장 “환경 화학: 인간이 직면하는 도전에 대처하는 데 있어 필수적인 학문 분야”에서는 환경 화학 전반에 대한 일반적인 고찰을 다루었다. 독자가 환경 화학을 구성하는 지식의 핵심을 이해한 뒤에 이어지는 장으로 빨리 넘어갈 수 있도록 간결하고 핵심적인 내용으로 많이 수정되었다.
2~7장은 수권의 환경 화학에 대해 공부한다. 2장 “수권과 물 화학”에서는 수권과 이를 구성하는 물의 특성에 대한 개요를 다루는데, 수권의 물리적 성질을 결정하는 물 분자의 성질과 수권 내 물의 화학적 성질을 포함하여 수중 화학의 몇 가지 핵심적인 측면을 공부한다. 이 장에서 다루는 물 화학의 내용은 산-염기 반응과 평형, 물 중의 이산화 탄소, 알칼리도, 물의 경도, 착물화와 킬레이트화 등이다.
3장 “물 화학에서 산화/환원 반응”에서는 물에서의 산화 및 환원 반응을 논의한다. 물에서의 산화와 환원을 매개하는 촉매로서의 미생물의 중요성과, pH와 유사한 pE의 개념을 강조하고 있는데 pE는 물속 전자 활동도의 음의 로그로 정의된다. 철에 대한 단순화된 pE/pH 도표를 사용하여 pE의 개념 및 pH와의 상호 작용도 설명한다. 산화-환원 반응의 에너지 전이를 전자 1몰의 반응을 기준으로 표현하는 개념을 도입하여 이러한 반응의 에너지 변화를 공통 기반으로 표현할 수 있다.
4장 “물 화학에서 상 사이의 상호 작용”에서는 물속 종과 고체 및 기체 상태에 있는 종들 사이에서 일어나는 상호 작용을 다루며, 수질을 결정하는 데 있어서 퇴적물의 중요성을 강조하고, 콜로이드가 물에 미치는 중요한 역할을 설명한다.
5장 “수생 미생물 생화학”에서는 해조류, 세균, 원생동물, 진균을 포함한 물의 환경 화학에서 미생물이 수행하는 중요한 역할에 관한 세부 정보를 설명하며, 미생물에 의한 탄소의 변환, 유기물의 미생물 매개 생분해 및 세균에 의해서 일어나는 질소, 황, 인 화합물의 변환을 다룬다. 이 장은 세균을 매개로 황철광(FeS2)이 산화되어 폐광의 산성 광산 배수를 형성하는 것을 포함하여 세균이 금속 종과 물에 미치는 영향에 대해 논의하는 것으로 마무리된다.
6장 “물 오염 물질과 물 오염”에서는 다양한 물 오염 물질의 성질과 영향을 다루는데, 물 오염과 관련된 주제 중 무기 오염 물질, 유기 오염 물질, 유기금속 및 살충제에 대해 설명한다.
7장 “세계의 물 위기와 기후 변화: 물 혁신 및 재순환”에서는 지구의 기후 변화로 인해 악화된 전 세계적 물 위기에 대해 다루며, 다양한 수처리 과정도 설명한다. 또한 물을 완전히 재활용하기 위한 계획을 포함하여 물 부족을 타개하려는 방법도 소개한다.
8장 “대기와 대기 화학”은 대기권을 다루는 첫 번째 장이다. 이 장에서는 대류권, 성층권, 더 높은 상부층으로 나누어지는 대기권의 성층화를 포함하여 대기의 일반적인 특성을 다룬다. 대기 질량 이동, 에너지 수송, 날씨 및 기후 등 대기권과 관련된 다수의 일반적인 주제를 논의하며, 에너지, 날씨, 기후, 기본적인 광화학과 광화학 스모그와 같은 대기 현상을 결정하는 태양 복사의 역할을 소개한다.
9장 “대기 중 입자”에서는 대기 중에 부유하는 미립자 물질들을 다루며, 대기 오염 물질로서의 입자 및 대기 화학에 관여하는 미립자 물질의 역할에 대해 논의한다. 또한 아시아 갈색 구름과 같은 오염 현상의 원인이 되는 입자 오염 물질을 대기로 유입시키는 인류권의 영향에 대해서도 다루고 있다.
10장에서 다루는 “기체상 무기 오염 물질”은 1차 대기 오염 물질로서, 산성비와 부식성 황산염 및 질산염과 같은 더 유해한 2차 대기 오염 물질로 변할 수 있는 황 산화물과 질소 산화물들이다. 이 장에서는 햇빛의 광자를 흡수하여 광화학 스모그의 형성 과정을 개시하는 이산화 질소의 중요성에 대해 논의한다.
11장 “유기 공기 오염 물질”에서는 탄화수소, 산소를 포함한 유기물, 유기질소 화합물 및 유기황 화합물을 포함하여 대기를 오염시키는 광범위한 유기 화합물에 대해 논의하며, 인류권과 생물권, 특히 식물을 포함한 유기 공기 오염 물질의 발생원들에 대해 설명한다.
12장 “광화학 스모그”에서는 가장 심각한 공기 오염 현상인 광화학 스모그를 다루는데, 반응성 탄화수소, 질소 산화물 및 태양광이 상호 작용하여 생성하는 오존, 유기 산화제, 알데하이드 및 입자들을 설명한다. 또한 광화학 스모그를 형성하는 전구 물질들인 1차 오염 물질들의 발생원을 이들 오염 물질을 관리하는 관점에서 논의한다.
13장 “지구 대기권의 위기”에서는 지구 시스템과 현대 생물권에 가장 큰 위험을 초래할 수 있는 기후 변화와 그 영향에 대해 다루며, 지구 기후 변화의 주요 요인 중 하나인 대기로 배출되는 이산화 탄소에 관해서도 논의한다. 또한 기온, 빙하의 면적 변화, 강수량을 포함한 지구 기후 변화와 관련된 다양한 변화 추세들을 소개하며, 지구 기후 변화를 지연시키고 지구 기후 변화 발생 시 대처하는 방법들에 대해서도 설명한다.
14장 “지권과 지구화학”에서는 지권을 주요 환경 분야 중 하나로 소개하면서, 이를 구성하는 암석과 고체의 성질과 거동에 대해 논의한다. 또한 지구의 자연 자본을 제공하는 지권의 중요한 역할을 다루며, 지진과 화산 폭발 등 지권의 위험 요소에 대해서도 논의한다. 15장 “토양: 지구의 생명줄”에서는 인간을 비롯한 지구 생명체에게 생존에 필요한 식량을 제공함으로써 가장 중요한 지권이라고 할 수 있는 토양에 대해 논의한다. 토양이 무엇인지를 정의하고, 토양을 구성하고 있는 광물의 종류를 설명한다. 또한 토양 지평층과 같은 토양의 다양한 특성을 논의하며, 지구 기후 변화 시대에 맞춰 토양 관리와 관련된 문제도 다룬다.
16장 “인류권: 산업 생태학과 녹색 화학”에서는 인간에 의해 만들어지고 통제되는 환경의 권역을 소개한다. 인류권이 무엇인지, 지구가 새로운 시대인 인류세에 접어들 때까지 인류권이 어떻게 지구 시스템의 필수적인 권역으로 인식되게 되었는지를 정의한다. 또한 인류권과 지구 시스템의 다른 권역들과의 상호 작용을 설명하며, 인류권을 다른 환경 권역과 양립할 수 있도록 만드는 두 가지 중요한 접근법인 산업 생태학과 녹색 화학을 소개한다.
17장 “자원과 지속 가능한 물질”에서는 인류권이 지구의 자원과 자연 자본을 탐욕스럽게 소비하는 상황에서 공급이 부족한 금속과 같은 자원 중 재생 가능한 자원이 있는지, 그 방법은 무엇인지에 대해 다룬다. 또한 한정된 자원을 확장하는 데에 산업 생태학과 녹색 화학이 어떤 역할을 하는지에 대해서도 논의한다.
18장 “지속 가능한 에너지: 모든 것에 대한 열쇠”에서는 풍부하고 친환경적인 에너지를 이용하기 위해서는 지속 가능하게 만드는 것이 중요하다는 것을 논의한다. 에너지의 중요성을 반영하여 이 장은 비교적 길고 상세하게 서술하였으며, 풍력, 수력, 태양, 생물학적 에너지 등 재생 가능한 에너지원을 강조하였다.
19장 “유해 폐기물의 성질, 발생원 및 환경 화학”에서는 수십 년 동안 인류권에 의해 제기되었던 유해 폐기물의 생성과 처리에 대해 논의하며, 20장 “폐기물 최소화, 활용 및 처리를 위한 산업 생태학”에서는 그러한 유해 폐기물을 지속 가능하게 처리하는 방법 등을 다룬다.
21~23장은 생물권에 대한 내용을 다룬다. 먼저 21장 “생물권: 환경 생화학”에서는 기본적인 생화학을 소개하며, 22장 “독성 화학”에서는 환경 화학과 관련된 생물권의 매우 중요한 측면인 독성 물질의 영향에 대해 논의한다. 23장 “화학 물질의 독성 화학”에서는 특정 물질의 독성 효과와 독성 화학에 대해 공부한다.
이 책은 24장 “환경 화학과 독성 화학 분야의 화학 분석”으로 끝맺음한다. 이 장에서는 환경 화학 분야에서의 화학 분석에 대한 개요를 다루며, 생체 시스템에서 독성 물질과 그 생성물을 측정하는 방법에 대해 논의한다.
<역자 서문>
S. E. Manahan의 [Environmental Chemistry]는 다섯 권역의 넓은 분야의 환경을 화학적인 관점에서 저술한 훌륭한 환경 화학 책이다. 더욱이 1972년 초판 발행 이후 11판까지 내용을 보충해 오면서 더욱 체계적인 구성을 갖추었다. 특히 11판은 5년 만에 새로 펴낸 개정판으로, 10판에서 이미 그전 판에서 빠지거나 가볍게 설명하고 지나갔던 부분들을 보강한 것에 더해, 기후 변화와 펜데믹으로 인한 구체적인 실례들이 보강되어 한층 체계적이고 수준도 높아졌다.
이 책은 환경 과학, 환경 공학을 전공하는 대학 2, 3학년 학생들이 필수적으로 공부해야 할 것이며, 환경 분야에 관심이 있는 타 이공계 학생들을 위한 내용도 담고 있다. 대한민국 고등학교에서 화학 I, II를 배운 학생 정도의 수준이면 큰 어려움 없이 이해할 수 있을 것이다. 다소 많은 화학식이 포함되어 있어 화학에 자신이 없는 학생들은 부담을 느낄 수도 있으나, 핵심 개념에 충실하여 이해하려고 한다면 충분히 극복할 수 있을 것이다.
11판 번역은 환경 화학의 해당 부분을 전공한 역자들로 구성하여 전문성을 더욱 높였으며, 원본에 충실하고자 노력하였다. 또한 용어의 통일성을 꾀하였으며, 전문 용어 및 화합물의 명칭은 대한화학회의 화학 술어집 및 환경부의 환경 용어집을 따랐다. 특히 중요한 단어와 핵심 용어에는 영어를 병기하였으며, 지명이나 인명은 영어를 그대로 사용하였다. 그러나 일부 전문 용어의 경우 이제까지 잘못된 의미로 사용되던 한글 용어를 과감하게 바꾸고 통일하였다. 예를 들어 ‘수질 화학’을 ‘물 화학’으로 바꾸었으며, 원본에 충실하여 ‘atmosphere’는 다섯 권역 중 하나를 의미할 때는 ‘대기권’으로, 그 외에는 ‘대기’로, ‘air’는 ‘공기’로 용어를 통일하였다. 좋은 번역이 되도록 노력하였으나 부족한 부분이 있을 수 있다. 이 점은 양해를 바라며 출간 후에라도 수정 사항이 있을 경우에는 자유아카데미 홈페이지(www.freeaca.com) 자료실에 제공할 예정이다.
