해양 산성화란 무엇인가? 원인, 생물과 인간에게 미치는 영향

해양 산성화란 무엇인가?

해양 산성화의 원인

해양 산성화란 전 세계적으로 이산화탄소 배출량이 증가함에 따라 지구의 해양이 더욱 산성화되는 과정을 말합니다. 수집된 데이터에 따르면 산업 혁명 이후 지구의 해양은 화석 연료 연소로 인해 방출되는 대기 이산화탄소(CO2)의 25% 이상을 흡수했습니다. 일단 바다에 들어가면, 용해된 이산화탄소는 바다의 수소 이온 농도 지수(pH)와 탄산염 광물을 낮춥니다. 그러면서 수소 이온의 농도를 높이는 일련의 화학 반응을 겪게 되는데 이를 해양 산성화라고 합니다. 새로운 연구에서 해양 산성화는 해양 생물과 해양 자원에 생계를 의존하는 지역 사회에 극적인 결과를 초래할 수 있는 것으로 나타났습니다.

 

대기 중 이산화탄소가 바닷물에 용해되면 탄산을 형성하고 수소이온을 방출합니다. 산도 또는 알칼리도는 물에 용해된 수소 이온(H+)의 수에 따라 결정되며 pH 척도로 측정됩니다. 이러한 수소 이온은 이용 가능한 탄산염 이온(CO3-)과 결합해 중탄산염(HCO3-)을 형성합니다. 이는 결과적으로 이용 가능한 해양의 탄산염을 고갈시킵니다. 바다에 탄산염이 적어질 경우 산호, 조개, 성게, 플랑크톤을 비롯한 석회화 생물들은 탄산칼슘(CaCO3) 껍질이나 골격을 형성하는 데 어려움을 겪습니다. 버지니아 대학교 환경과학과 교수 스콧 도니는 "현재 우리는 연간 약 100억 톤의 탄소를 대기 중으로 배출하고 있으며, 그중 약 25억 톤이 바다로 배출되고 있다"라고 말했습니다.

 

200여 년 전 산업화가 시작된 이후 해양 표층수의 pH는 0.1 단위 감소했습니다. 이는 별 차이가 아닌 것처럼 보일 수도 있지만 pH는 대수적이므로 모든 단위는 산도의 10배 증가를 나타냅니다. 결국 0.1은 약 30%의 산도 증가를 의미합니다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널은 "전 세계 배출량이 평상시와 같은 접근 방식으로 계속된다면 금세기 말까지 pH가 0.4 단위까지 감소할 수 있다"라는 추정값을 내놨습니다. 실제로 연구자들은 바다가 그 어느 때보다 빠르게 산성화되고 있음을 발견했습니다. 지난 3억 년을 가리키는 이 기간에는 4번의 대량 멸종도 포함됐습니다. 도니는 "1950년대부터 사람들은 바다가 모든 탄소를 흡수할 것이라고 우려했다"라고 전했습니다. 이어 그는 "우리는 이것이 바닷물의 화학적 성질을 변화시키리라는 것을 알고 있었지만 90년대 후반까지 유기체가 해양 산성화에 얼마나 민감한지 알지 못했다"라고 지적했습니다.

 

산성화가 해양 생물에게 미치는 영향

불행히도 해양 산성화에 가장 민감한 유기체 중 상당수는 해양 환경의 생태적 먹이 그물 기반을 구성합니다. 이러한 종을 위협하면 더 많은 수의 해양 생물이 위험에 빠지게 되고, 결과적으로 한때 바다의 풍부한 자원에 의존했던 공동체도 위험에 빠지게 됩니다. 산호를 비롯해 이미 해수 온도 상승으로 위협을 받고 있는 해양 동물들은 특히 해양 산성화로 인해 더 큰 위험에 처해 있습니다. 해양 산성화의 증가는 많은 산호 종의 칼슘 골격 성장 능력에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

 

반면에 작고 석회화되는 식물성 플랑크톤 석회비늘편모류는 기후 변화의 이점을 일시적으로 활용하고 있는 것으로 확인됐습니다. 단세포 식물과 유사한 이 동물은 지구 해양의 상층부에 풍부하게 서식하며 광합성을 통해 햇빛과 이산화탄소를 흡수합니다. 콕콜리투스목은 탄산칼슘으로 형성되는 미세한 갑옷 판으로 유명합니다. 이 갑옷 판은 콕콜리스라고 불리며 아름답고 복잡한 형태를 가집니다. 작은 조류는 바다의 주요 석회화제이며 지구 탄소 순환에 중요한 기여를 합니다. 이 조류가 죽으면 방해석 껍질은 해저로 가라앉고, 탄소를 축적합니다. 노스캐롤라이나 대학교 윌밍턴 해양과학센터 연구원 사라 리베로 칼레는 "지난 수십 년 동안 이산화탄소의 증가는 광합성 시스템이 아직 이산화탄소로 포화되지 않았고 추가 에너지가 더 높은 성장률로 전환되었기 때문에 석회비늘편모류를 차별적으로 선호해 왔다"라고 설명에 나섰습니다. 이산화탄소 수준이 특정 임곗값에 도달하면 성장과 분열이 아닌 석회화에 더 많은 에너지를 전환해야 하기 때문에 성장 속도는 더 이상 증가하지 않습니다. 칼레는 "그런 의미에서 이 플랑크톤은 다른 석회화제와 크게 다르지 않다. 해양 산성화와 관련된 pH는 궁극적으로 해양이 석회화되기 어렵게 만든다"라고 부연했습니다.

 

산성화가 인간에게 미치는 영향

산호는 다른 유기체가 사는 서식지를 생성하기 때문에 기초 종이라 불립니다. 산호가 이동하거나 변화할 경우 인간을 비롯한 모든 생명체에 영향을 미칩니다. 산호는 개발도상국에게 특히 중요한데, 이는 많은 소규모 해안 및 섬 국가가 식량 공급 및 관광 등을 통해 창출되는 수입을 산호초에 의존하고 있기 때문입니다. 아울러 산호는 폭풍과 파도로부터 해안선을 보호하므로 산호초가 침식되기 시작하면 보호 기능도 함께 저하됩니다. 해양 산성화의 영향은 모든 지역에 걸쳐 동일하게 나타나지 않습니다. 일부 지역과 유기체는 다른 지역보다 더 빨리, 더 큰 영향을 받을 것입니다. 실제로 많은 연안 해역은 이미 해양 산성화의 부정적인 영향을 겪고 있습니다. 오염된 강은 산성이 높은 물을 해안으로 유입시켜 추가적인 압박을 가할 수 있습니다. 바다 깊은 곳에서 더 차가운 물과 더 높은 농도의 이산화탄소를 표면으로 가져오는 해양 용승 또한 연안 해역의 해양 산성화 영향을 확대합니다.

 

도니는 "미국의 태평양 북서부와 대서양 북동부 해안이 특히 위험하다"라고 경고했습니다. 이 지역에는 국지적인 산성화의 영향을 직접 목격하고 있는 수백만 달러 규모의 조개류 산업이 존재합니다. 태평양 북서부의 굴 양식장은 해양 산성화로 인해 수십억 개의 굴 유충이 용해된 후 심각한 생산 실패를 경험했습니다. 어린 연어의 주요 먹이원인 작은 해양 달팽이의 껍데기, 즉 익족류 또한 산성 조건에서 용해되는 것으로 알려져 있기 때문에 이 지역의 야생 연어 어업도 위험에 처할 수 있습니다. 과학자들은 "당신이 바다의 미세한 식물성 플랑크톤이든 육지를 사랑하는 인간이든 해양 산성화는 장기적으로 당신의 삶에 영향을 미칠 가능성이 매우 높다"라고 관측했습니다. 더욱 나쁜 소식은 전 세계적으로 이산화탄소 배출이 계속됨에 따라 바다가 계속해서 더욱 산성화될 것이라는 점입니다. 도니는 "가장 좋은 방법은 탄소 배출을 안정화시키는 것"이라고 강조했습니다. 현재 대기 중 이산화탄소 농도는 약 410ppm인데, 이는 해양 산성화가 안정화될 수 있는 수준입니다. 도니는 "최악의 경우는 우리가 탄소 배출을 늦추지 않고 산성화가 계속해서 증가한다는 것이다"라면서 "생태계가 더 이상 따라잡을 수 없는 한계점에 도달하게 될 것"이라 전망했습니다.