<사진. 해양 플랑크톤의 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 이미지
출처. KISTI미리안>
해양에서 배출되는 온실가스를 강화시키는 온난한 기후
상승하는 지구 기온이 추가적인 기후 온난화로 촉진되어 전 세계 해양에서 자연적으로 배출되는 이산화탄소(carbon dioxide)의 양을 증가시킬 수 있다고 새로운 연구는 제안했다. 해양이 대기 중에서 이산화탄소 수준에 어떻게 영향을 끼치는가를 조명한 새로운 연구는 상승하는 기온(rising temperature)이 해양에서 배출되는 온실가스의 양을 간접적으로 증가시킬 수 있다는 것을 보여주었다.
과학자들은 대기 중 이산화탄소를 흡수하는 해양의 능력이 시간에 걸쳐 어떻게 변하는지를 규명하기 위하여 캘리포니아 만(Gulf of California)에서 26,000년이 된 침전물 코어(sediment core)를 연구했다.
연구진은 침전물 코어에서 플랑크톤(plankton)이라고 알려져 있는 작은 해양 유기체의 화석에서 핵심 원소인 실리콘(silicon)과 철(iron)의 풍부한 정도를 추적했다. 플랑크톤은 해양 표면에서 대기 중 이산화탄소를 흡수하고 다량의 탄소를 가둘 수 있다.
연구진은 이 기간 동안 실리콘이 상대적으로 온난한 기후와 상관관계가 있는 해수에서 최소의 양으로 존재했다는 것을 발견했다. 대기 중 철의 수준은 낮으며, 해양 플랑크톤에 의해 흡수된 이산화탄소는 감소됐다. 과학자들은 철이 이산화탄소를 흡수하기 위한 플랑크톤의 능력에서 중요한 역할을 하는 것으로 의심했다. 그러나 이러한 최신 연구는 해양 표면에서 철의 부족이 플랑크톤이 탄소를 흡수하는데 도움을 주는 다른 핵심적인 원소의 효과를 제한할 수 있다는 것을 보여주었다.
이러한 효과는 전 세계 대기에서 이산화탄소의 수준에 영향을 끼칠 수 있는 중요한 역할이라고 알려져 있는 지역인 적도 부근 태평양 및 연안 지역과 남부 해양에서 확대된다.
거대한 망망대해에서, 규조류(diatom)에 의한 1차 생산은 이산화탄소의 생물학적 흡수(biological uptake)를 제한하는 실리카(silica)의 이용 가능성에 의해 제한받을 수 있다. 오팔(opal)의 형태에 유기물에 의해 생성된 실리카의 매립은 해양 실리콘의 주요 침강이라 할 수 있다. 오팔 매립은 철이 제한된 대양과 용승된 지역, 특히 태평양 서부 용승 지역과 동등한 위치에서 일어난다. 그러나 오팔 매립이 이러한 지역에서 왜 효율적인지에 대한 이유는 불분명하다. 이 연구에서 연구진은 멕시코 만 용승 지역으로부터 침전물 코어와 침전물 트랩(sediment trap)을 분석하여, 유기물에 의해 생성된 재료의 흐름, 철과 결합된 규조류의 농도 및 실리콘 동위원소 비율 등을 측정했다.
침전물 트랩 재료에서 연구진은 강력한 용승 기간이 유기 탄소에 비례한 실리카의 높은 이출을 초래하는 일시적인 철 제한(iron limitation)과 관련이 있다는 사실을 발견했다. 강화된 실리카 매장(silica burial)과 철 제한 사이에 유사한 상관관계는 과거 26,000년에 걸쳐 형성된 침전물 코어에서 확인됐다.
전 세계 편성은 해양에서 실리콘 매립의 핫스팟이 철 스트레스 조건 하에서 성장하는 규조류에 대한 진단 특징인 유기 탄소 이출 비율(organic carbon export ratio)에 대한 높은 실리카를 가지는 특징을 보여주었다. 따라서 연구진은 해양에서 실리카 제한(silica limitation)의 우세한 조건이 주로 해양 탄소 흡수의 간접적인 제약으로 일어나는 철 결핍에 의해 초래된다고 밝혔다.
영국 에든버러 대학(University of Edinburgh) 소속의 연구진은 이 연구 결과가 해양에 의해 제어되는 대기 중 이산화탄소에 관여하는 철과 다른 핵심적인 해양 원소 사이의 복잡한 관계를 규명한 최초의 연구라고 밝혔다. 연구 결과는 모든 해양의 전 세계 산출에 따라 입증됐다. Nature Geoscience 저널에 발표된 연구는 SAGES(Scottish Alliance for Geoscience Environment Society)와 NERC(Natural Environment Research Council) 등으로부터 후원을 받았다.
이 연구를 주도한 에든버러 대학 지구과학과 소속의 Laetitia Pichevin 박사는 철이 플랑크톤을 위한 핵심적인 영양분으로 알려져 있지만, 연구진이 철이 해양에 의해 발산된 이산화탄소에 영향을 끼치는 수많은 방식을 확인하고 놀랐다고 밝혔다. 만약 온난한 기후가 해수 표면에서 철 수준을 낮춘다면, 과거에 일어났던 것처럼 환경에 나쁜 소식이 될 것이라고 Pichevin은 밝혔다.
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