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출처. KISTI 미리안 글로벌동향브리핑>

고대 대변동 때 보다 빠른 속도의 현대의 해양 산성화

5600만 년 전, 대기 중으로 거대한 이산화탄소 분출이 일어남에 따라 지구의 온도가 빠르게 올라가게 되었다. 해양에서는 탄산염 퇴적물이 용해되고 몇몇 유기 생명체가 멸종되거나 진화의 과정을 거쳤다. 과학자들은 오랜 기간, 해양 산성화가 이러한 위기를 유발했다고 추정하였다. 현대에 와서도 이와 유사하게, 인간에 의해 유발된 이산화탄소가 해수와 결합하여 화학적인 변화가 유도되고 있다. 연구진은 고대 시절부터의 표면 산성화 정도를 정량화하였으며, 해양이 빠른 속도로 계속해서 산성화 단계를 밟고 있음을 확인하였다.

연구진은 해양 산성도가 수천 년 전에 비해 약 100% 증가하였고, 이러한 현상이 다음 70,000년 동안 이어질 것으로 예측하였다. 관련 내용은 “Paleoceanography(고해양학)” 최신호에 게재되었다. 이러한 급진적인 환경 변화에서, 일부 생물은 멸종하거나 적응 및 진화의 과정을 거쳐왔다. 연구진은 화석의 화학 성분 분석을 통해, 높은 이산화탄소 농도로 인해 육지 및 해양 온도가 급격히 상승한 팔레오세-에오세 최대온도(Paleocene?Eocene Thermal Maximum, PETM) 시대의 표면 해양 산성도를 재구성하였다.

콜럼비아대학교 Barbel Honisch는 “이번 연구 결과는 현대 해양 산성화에 가장 가까운 지리적 상사형이다. 고대의 이 거대한 변화는 현재 우리 인간이 겪고 있는 현상보다 약 10배 느리게 진행되었다.”고 설명하였다. 산업화 이후 인간 활동에 의해 발생된 대기 중 탄소의 1/3은 바다가 흡수하며, 이로 인해 지구는 일정한 온도 조절이 가능하다. 하지만 이러한 탄소 흡수에는 그에 따른 대가가 존재한다. 과도한 이산화탄소는 화학반응을 유발하며, 산호, 연체동물, 석회 플랑크톤이 필요로 하는 탄산염 이온이 계속해서 감소함에 따라 해수는 점점 산성화되고 있다.

지난 150여 년 동안, 해양의 pH는 상당히 감소하고 있었으며(pH 8.2 → pH 8.1), 이는 산성도가 25% 증가한 것도 동일하다. 금세기 말이면, 해양 pH는 0.3 pH 단위 정도 더 떨어진 pH 7.8 수준으로 예상된다. PETM 시대에서 이와 견줄만한 pH 감소 현상(0.3 pH 단위)이 있었으나, 이는 수천 년에 걸쳐 이루어진 변화였다. Richard Zeebe는 “우리 인간은 불과 몇 세기 만에 대기와 해양에 상당량의 탄소를 매우 빠른 속도로 유입시키고 있다. 계속해서 이러한 배출이 이어진다면, 표면 해양의 산성화 현상은 PETM 시대보다 더 극적인 방향으로 전개될 것”이라고 덧붙였다.

연구진은, 기존 모델을 기반으로 한 분석에서, 70,000년 이상 동안 산성화된 해양 조건이 지속됨을 확인하였다. 따라서 해양 산성화로부터 회복되기까지 수만 년이 소요될 것으로 예상되고 있다. 연구진은 일본 해역에서 수집한 해저 퇴적물로부터, PETM 시대에 살았던 플랑크톤의 껍질을 분석하였다. 해양 화학 측정을 위해 서로 다른 2가지 방법을 도입하여, 껍질 내 붕소 동위원소의 비율과 함량을 분석하였다. 이는 해양 pH 변화를 명확하게 보여주는 최초의 증거이다. 아직까지 PETM 시대의 탄소 대분출의 원인은 정확하지 않다. 다만 가장 설득력 있는 설명에서는, 전반적인 온난화 경향이 해저 내 메탄을 대기 중으로 분출하는 촉진 역할을 하였으며 이를 통해 더 많은 지구 온난화 가스가 대기와 해양으로 배출되었다고 보고 있다. 이 과정에서 저생성 유공층과 같은 해저 진흙에서 서식 생물은 멸종한 것으로 보인다. 다만 일부 생물종은 급격한 환경 변화에서도 번창하고 진화하였다. 와편모류의 경우, 서식 영역을 열대에서 북극, 심지어 육상으로까지 확대하였다. 궁극적으로, 해양과 대기는 해수에 씻긴 바위에서 침식된 원소로부터 중화되고 회복되었다.

현재, 일부 해양 생명체에서 문제가 감지되고 있다. 미국 해양대기관리처의 최신 연구에 따르면, 워싱턴, 오리건, 캘리포니아 주 해역에서 서식하는 미소 익족류의 절반 이상에서 껍질 용해 현상이 확인되었다. 2005년부터 해양 산성화는 워싱턴과 오리건 해역에서 발생하는 광범위한 새끼 굴의 폐사와 관련 있어 왔다. Donald Penman은 “해수 탄산염 화학반응은 복잡하지만, 해양 산성화 과정에서의 메커니즘은 매우 단순하다. 우리 연구진은 탄산염 화학반응이 이산화탄소 증가에 어떻게 반응하는가를 정확하게 예측할 수 있지만, 개별 생물체가 반응하는 과정과 생태계에 미치는 메커니즘에 대해서는 아직까지 미지로 남아있다”고 설명하였다.

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