<사진. 2005년 2월 베링 해의 산성도 지도. 가장 산성이 강한 지역은 보라색으로 보여 주고 있다. 온대 해수는 더 낮은 산성을 나타내고 있으며, 적도 태평양은 엘니뇨와 라니뇨 등의 높은 가변성 때문에 공백으로 남아 있다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

인간이 유발한 해양 산성화를 보여주는 새로운 전 세계 지도

미국 콜롬비아 대학 산하 라몬트 도허티 지구 관측소(Lamont-Doherty Earth Observatory) 소속의 지구화학자인 Taro Takahashi를 주축으로 하는 연구팀은 해양 산성화(ocean acidity)가 전 세계 해양에서 얼마나 다양한지를 보여주는 가장 포괄적인 그림을 제시한 지도를 제안했다. 동 연구는 수년 동안 인간이 유발한 배기가스의 상당한 양이 해양에서 증가하고 있다는 것을 보여 주었다.

Takahashi는 연구진이 측정될 수 있는 미래 변화에 대한 지구 표준을 수립했다고 밝혔다. 관련 연구는 Marine Chemistry 저널에 발표됐다. 연구진이 제작한 지도는 껍질을 구축하는 유기체에 의해 사용되는 탄산칼슘(calcium carbonate) 광물의 포화 수준과 함께, 계절과 지리적 위치에 따라 해양 산성화가 어떻게 증가하고 감소하는지를 보여주는 월 단위의 정보를 제공했다. 지도는 라몬트-도허티 과학자와 다른 연구진이 수행했던 40년에 이르는 측정 자료와 표준년(reference year)으로 2005년을 사용했다.

해양은 지난 200년에 걸쳐 인간이 대기로 배출했던 이산화탄소(carbon dioxide)의 1/4을 흡수했다. 그러나 지구 온난화를 상쇄하는 해양의 도움은 상당한 대가를 치렀다. 해양은 과도한 이산화탄소를 흡수할 때, 산성이 더욱 증가했다. 해양 산성화 정도가 해양 생물과 생태계에 어느 정도 손상을 초래하는지는 아직까지 불명확하다. 그러나 스트레스의 징후는 보다 더 산성화된 해수에 서식하는 산호, 연체동물 및 다른 껍질을 구축하는 유기체 등에서 이미 나타났다. 산업혁명 시대가 시작된 이후, 온화한 해수에서 평균 표면 해수 pH는 0.1 pH 단위로 8.2에서 8.1까지 떨어졌으며, 이것은 산성 농도의 30% 증가와 동일한 수준이다.(더 낮은 pH는 더 산성이 강한 조건을 의미한다.)

대부분의 산호가 성장하는 광대한 열대 및 온대 해양은 겨울철과 여름철에 온도가 변화할 때 8.05~8.15의 pH를 맴도는 최소의 변화를 나타냈다. 여기서 해수는 생존하기 위하여 껍질을 구축하는 유기체가 필요로 하는 물질인 광물성 아라고나이트(aragonite)에 대하여 과포화됐다.

해양 pH는 시베리아, 알래스카 및 태평양 연안 북서부와 남극 대륙 등의 차가운 해수에서 변동한다. 봄철과 여름철, 대량의 플랑크톤이 해수에서 이산화탄소를 흡수하여 번성하고 pH가 상승하여 해수 산성도는 감소한다. 겨울철에, 심해로부터 이산화탄소가 풍부한 물의 용승은 표면수를 더욱 더 강한 산성을 나타나게 하는 원인이 된다. 겨울철 북극 해양의 산성화는 아르고나이트 수준을 감소시켜, 수많은 포식 어류의 먹이가 되는 익족류와 복족류 달팽이의 성장을 지연시킨다.

지도는 북부 인도양이 독특한 지리 때문에, 남극과 태평양 해양보다 최소 10% 이상 더 강한 산성을 나타낸다는 사실을 규명했다. 북극해를 고립시킴으로써, 북부 인도양의 화학은 계절성 몬순 강우뿐 아니라 거대한 유라시아 대륙의 하천 배수로부터 영향을 받는다.

아이슬란드, 버뮤다, 카나리아 제도, 하와이 및 드레이크 해협 등으로부터 수집한 장기 자료를 분석하여, Takahashi는 아이슬란드처럼 멀리 떨어진 북부 해수와 남극 대륙처럼 멀리 떨어진 남부에서 10년당 5 %의 속도로 산성화되고 있다는 사실을 발견했다. 그의 추정은 인간이 대기로 추가한 이산화탄소의 양에 상응하는 것이며, 2014년 버뮤다 해양 과학 연구소(Bermuda Institute of Ocean Sciences) 연구 책임자인 Nicholas Bates 등이 수행한 연구를 포함한 최근 몇 년의 추정과 일치했다.

이 연구에는 참여하지 않았던 미국 해양 대기 관리처(NOAA; National Oceanic and Atmospheric Administration) 해양학자인 Rik Wanninkhof는 우리가 얼마나 많은 이산화탄소를 대기로 배출했는가에 대하여 예측했던 것과 일치했다고 밝혔다.

만약 현재의 해양 산성화 속도가 지속된다면, 2050년까지 온난한 해수의 산호는 현재보다 25% 더 높은 산성의 해수에서 서식하게 될 것이라고 Takahashi는 밝혔다. 산호가 현재 변화를 견뎌내고 있는 한편, 해양 생물학자들은 산호가 더 낮은 pH 수준에서 일 년 내내 성장을 지속할 수 있는지에 대해 의문을 가지고 있다. 장기적으로 산호가 경험하는 평균 pH는 산호가 성장하는 능력과 산호초를 구축하는 데 있어서 문제를 일으킬 것이라고 이 연구에 참여하지 않았던 마이애미 대학 소속의 해양 생물학자인 Chris Langdon은 밝혔다.

해양 산성화는 특히 심해수가 계절적인 용승을 겪기 때문에, 자연적으로 해수를 더욱 강한 산성을 만드는 지역에서 이미 영향을 끼치고 있다. NOAA에서 수행된 최근 연구는 워싱턴 주, 오리건 주 및 캘리포니아 주 등의 해안에서 채취한 익족류의 50% 이상이 껍질이 심하게 용해됐다는 것을 보여 주었다. 해양 산성화는 어류가 포식자의 냄새를 맡는 능력을 상실하는 것과 관련이 있으며, 매년 봄철과 여름철 보다 더 산성이 강한 해수가 표면에 도달하는 워싱턴 주와 오리건 주에 위치한 부화장에서 어린 굴을 사멸시키는 것과 관련이 있다.

2100년까지, 해양 산성화는 어업, 관광 및 무형의 생태계 서비스 등의 분야에서 연간 소실되는 전 세계 비용은 3조에 이른다고 유엔 보고서는 밝혔다. 미국 회계 감사원(Government Accountability Office) 등은 유사한 결과에 도달했으며, 오바마 대통령은 해양 산성화에 헌신하는 연구 및 모니터링 프로그램을 생성할 것을 권고했다.

라몬트 도허티 지구 관측소 소속의 Stuart Sutherland, David Chipman, John Goddard 및 Cheng Ho, 콜로라도 대학 소속의 Timothy Newberger, Colm Sweeney 및 David Munro 등이 이 연구에 저자로 참여했다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr