2005년 6월 발트해를 위성으로 촬영한 사진. 심각한 부영양화로 인해 남세균이 대량으로 번성하고 있다. 출처: Kahru, M. and Elmgren, R.: Multidecadal time series of satellite-detected accumulations of cyanobacteria in the Baltic Sea, Biogeosciences, 11, 3619–3633, https://doi.org/10.5194/bg-11-3619-2014, 2014.) [CC BY 4.0]
빈산소화
기후변화와 부영양화로 인해 바다의 용존산소가 줄어드는 빈산소화가 심화되고 있다. 특히 기후변화로 인한 수온상승은 해수의 산소 용해도를 낮추고 표층수와 저층수 간 순환을 저해시켜 빈산소화를 심화시킨다. 부영양화가 일어나면 조류가 대량증식하고, 이들이 호흡하고 분해되는 과정에서 산소가 사용되어 바닷물 속의 용존산소가 크게 줄어든다. 빈산소화의 심화는 해양 생물들의 생존에 직접적인 위협이 되며, 이들의 생식과 성장에도 영향을 미친다. 결과적으로 생태계 전체 차원에서도 큰 불안정을 야기할 수 있다.
2007년 가을 발트해 저층수의 용존산소 값을 토대로 추정한 빈산소 및 무산소 영역 (발트해는 북유럽에 위치한 바다로, 스칸디나비아반도와 동유럽으로 둘러싸여 있다. 발트해는 대서양 북해로 이어지는 입구가 매우 좁아 들고나는 해수가 적어 수질오염에 취약하다. 발트해를 둘러싼 국가에서 나오는 생활하수와 농업비료 등의 영향으로 70년대 이후 심각한 부영양화와 산소 부족 현상이 일어나고 있다. 이로 인해 발트해 저층의 생태계는 커다란 교란을 겪고 있다. 유해 조류가 대번식하는 여름에는 발트해 여러 해변에서 수영이 금지되기도 한다) 출처: 유럽환경청(EEA)
빈산소화는 정확히 어떤 현상을 뜻하는가? 왜 일어나는가?
출처 : Global Ocean Oxygen Network, Breitburg, D., M. Gregoire, K. Isensee (eds.) 2018. The ocean is losing its breath: Declining oxygen in the world’s ocean and coastal waters. IOC-UNESCO, IOC Technical Series, No. 137 40pp. (IOC/2018/TS/137)
빈산소화(deoxygenation)는 물속 용존산소가 줄어드는 현상을 뜻하며, 전세계의 외해와 연안 해역 모두에서 이러한 현상이 나타나고 있다. 빈산소화는 인간 활동으로 인해 더욱 심화되고 있는데, 그 요인을 크게는 기후변화와 부영양화 두 가지로 파악할 수 있다. 이중 더 주된 요인은 기후변화로, 기후변화는 직/간접적인 방식으로 용존산소의 감소를 심화시킨다. 먼저 직접적으로는, 기후변화로 인해 바다의 수온이 상승하게 되면 바닷물 속 기체의 용해도가 낮아지게 되어 용존산소 또한 줄어들게 된다 ( Citation: Oschlies, Brandt & al., 2018 Oschlies, A., Brandt, P., Stramma, L. & Schmidtko, S. (2018). Drivers and mechanisms of ocean deoxygenation. Nature Geoscience, 11. . https://doi.org/10.1038/s41561-018-0152-2 ) .
또한 수온이 상승하면, 바닷물 속에서 같은 밀도별로 형성된 서로 다른 층간의 분리가 심화된다(층화, stratification). 이렇게 표층의 물과 저층의 물 간 순환이 잘 안 이루어지면, 산소가 풍부한 표층으로부터 상대적으로 산소가 부족한 저층 용존산소으로의 산소 공급이 잘 이루어지지 않아 저층의 용존산소가 크게 줄어들게 된다. 육지로부터 유출된 영양성분으로 인한 부영양화 또한 빈산소화를 심화시키는 요인이 될 수 있다. 영양성분이 풍부해지면 조류가 대량으로 번식하게 되고, 조류의 호흡과 죽은 뒤의 분해 과정에서 산소 소비가 크게 늘어나기 때문이다. 특히 농업에서 유출된 비료와 화석연료로부터 나오는 질소, 인 등이 주로 문제가 되고 있다.
ⓒ 유채원
빈산소화는 왜 문제가 되는가?
유산소호흡을 하는 많은 해양 생물들의 생존에 산소는 필수적이므로, 용존산소가 모자라게 되면 해양 생물들이 집단 폐사할 수 있다. 또한 산소의 부족으로 인해 어떤 생물들은 병에 더 취약해질 수 있으며, 성장이나 생식에도 제한을 받게 된다. 각 생물 개체들이 생존 가능한 수준의 용존산소가 있는 곳으로 이동하게 되어, 결과적으로 해양생태계의 생물다양성과 바다 내 생물종의 공간적 분포에도 큰 영향을 미치게 된다. 생태계 차원에서의 이러한 큰 변동은 직접적으로 생태계 서비스 중 공급 서비스에 악영향을 준다는 점에서 인간 사회에도 큰 문제를 일으킬 수 있다.
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얼마나 부족한 때 부족하다고 하는가?
산소 농도가 너무 낮은 상태에 일정 시간 이상 노출되면 해양생물은 사망에 이를 수 있으며, 이러한 환경 조건을 저산소 상태(hypoxia)라 한다. 그 임계는 생물 분류군마다 다르나, 일반적으로는 $2 mg l^{-1}$ 를 사용하여 왔으나 $6 mg l^{-1}$ 이하면 영향을 받기 시작하므로 기준치를 높이기 시작하고 있다. 또한 임계치는 오직 산소 농도에 의해서만 정해지는 것이 아니며, 이산화탄소와 수온에 의해서도 좌우된다. 따라서 해양 빈산소화의 영향을 파악할 때 온난화와 산성화의 영향을 함께 종합적으로 고려해야 할 필요가 있다 ( Citation: Keeling, Körtzinger & al., 2010 Keeling, R., Körtzinger, A. & Gruber, N. (2010). Ocean deoxygenation in a warming world. Annual Review of Marine Science, 2(1). 199–229. https://doi.org/10.1146/annurev.marine.010908.163855 ) .