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연구정보

Korea Institute of Ocean Science & Technology

Rapid Progression of Ocean Acidification in the California Current System

  • 조회 : 3412
  • 등록일 : 2013-12-24
Rapid Progression of Ocean Acidification in the California Current System
캘리포니아 해안에서는 해양산성화가 빠르게 진행 중임

 

□ 2012년 7월 13일, SCIENCE (REPORTS)

 

지난 세기 동안 이산화탄소 흡수로 인해 바닷물의 pH가 감소되어 왔으나, 그 크기가 너무 작아서 해양생물 피해나 원소순환 변화 등이 잘 관측되지 않았음. 하지만 pH 감소에 민감하게 반응하는 해양생물의 피해가 보고된 이후에는 해양산성화가 심각한 이슈가 됨. 탄산칼슘으로 골격을 형성하는 생물에게는 탄산염 포화상태 (Ω) 가 매우 중요함. 이 포화상태는 바닷물에 녹아있는 방해석 또는 아라고나이트, 마그네슘 탄산염과 같은 탄산칼슘이 과포화 (Ω > 1) 혹은 저포화 (Ω < 1) 되었는지 나타내는 기호임.

 

남빙양 용승지역은 낮은 pH와 Ω을 지님. 캘리포니아 연안에서도 최근 Ω arag < 1인 해수가 용승됨. 낮은 산성도와 낮은 Ω arag 의 해수가 캘리포니아 연안을 따라 용승하는 것은 자연적인 현상임. 모델과 자료에 기반하여 추정한 결과 산업혁명 이래 대기 중 이산화탄소 증가가 바다 pH를 약 0.1 낮추고, Ω arag g 를 약 0.4 정도 낮추는데 기여했음. 향후 캘리포니아 해류 지역에서 용승에 따른 해양산성화 정도를 평가하는 것이 중요함.

 

캘리포니아 해류 지역은 생물다양성과 수산업 측면에서 세계에서 가장 중요한 생태계 중 하나임. 이 지역은 산성도와 Ω arag 가 낮기 때문에 탄산염 저포화 상태가 광범위하게 분포할 가능성이 높음. 범지구 해양모델은 해상도가 낮기 때문에 낮은 산성도와 낮은 Ω arag 를 지니는 바닷물이 용승하는 캘리포니아의 지역적인 상황을 예측할 수 없었음. 본 연구는 지역 모델을 사용하여 이 한계를 극복했음. 또한 탄소배출 시나리오 A2(고배출)와 B1(저배출)의 조건에서 1995년~2050년 동안 캘리포니아 해류 지역에서 해양산성화 진행을 예측함. 사용된 모델은 캘리포니아 해류 환경의 ROMS, 질소기반 생태계 모델, 해양 무기탄소 시스템을 결합한 것임. 대기 중 이산화탄소와 용존 무기탄소의 경계조건을 제외하고는 관측에 기초한 오늘날 기후 경계조건에 맞춤.

 

산업화 시기 이전 단편 시뮬레이션(slice simulation)에서는 이산화탄소 부분압이 280 ppm으로 묘사됨. 일시 시뮬레이션(transient simulation)에서는 1995년 364 ppm에서 2050년에 492 ppm (B1 시나리오), 541 ppm (A2 시나리오)으로 증가함. 1750년~2005년 사이에 캘리포니아 해류 지역의 표층 해양산성도의 변화를 시뮬레이션한 결과 연평균 8.12±0.03에서 8.04±0.03으로 감소함. 같은 기간 동안 대기에서 해양이 흡수하는 이산화탄소를 반영하면 연평균 표층 Ω arag 가 2.58±0.19에서 2.27±0.20로 감소함.

 

A2 시나리오에 따른 대기 이산화탄소 부분압 조건에서는 2050년까지 더 가파른 감소를 보임. 캘리포니아 해류 전체 지역에서 연평균 표층 pH와 Ω arag 가 각각 7.92±0.03, 1.77±0.16, 그리고 중부 캘리포니아 해류 지역에서는 7.82±0.04, 1.26±0.12로 더 가파른 감소가 예측됨. 용승이 최대가 되는 여름이 되면 산성도와 Ω arag 는 더 낮아짐.

 

1750년에 아라고나이트 포화 수심은 원양에서는 약 350 m, 근해에서는 약 300 m에 위치하나, 2005년에는 150 m 정도 얕아지게 되고, 2050년에는 추가적으로 100~150 m 정도 더 얕아지는 것으로 예측됨. 2050년 아라고나이트 포화수심은 원양지역에서 100 m까지 얕아지며, 근해에서는 50 m 이하까지 얕아짐. 여름에는 캘리포니아 해류지역 곳곳에서 아라고나이트 포화 수심이 표층에 이름. 따라서 해양산성화는 아라고나이트 저포화 상태에 민감한 여러 생물들의 서식지를 상당히 감소시킬 것임.

 

1750년에 캘리포니아 해류 전체 부피의 60%에서 Ω arag 값이 1.5~2.0 사이의 범위를 보이며, 약 16%는 2.0 이상, 24%는 1.0~1.5의 범위를 나타냄. 2005년에는 1.0~1.5 범위의 해수가 우세하며, 1.5 이상의 해수는 약 20%까지 하락할 것임. 계절적으로 저포화 상태를 보이는 해수도 나타남. 향후 수십 년 동안에는 1.0 이하의 값을 갖는 해수가 절반 이상을 차지할 것이며, 여름에는 비율이 70%로 증가하며, 중부 캘리포니아 해류 지역은 대부분 저포화 상태를 보일 것으로 예측됨. A2 시나리오에서는 향후 20~30년 안에 저포화 해수의 양이 빠르게 확장되어 중부 캘리포니아 해류 전체 유광층은 1년 내내 저포화 상태가 지속됨.

 

해양산성화 진행은 본 모델이 예측한 것보다 더 낮은 대기 이산화탄소 농도에서 빠르게 일어날 수 있음. 그 이유는 첫째, 본 모델은 연안 Ω arag 값을 과대평가하는 경향이 있음. 둘째, 지구온난화가 진행되면 용승에 유리한 바람이 증가할 것으로 예상하는 연구가 있으나 본 모델의 바람은 현재 기후상태에 맞춰져 있음.

 

본 연구는 캘리포니아 해류 지역에서 해양산성화 진행에 대한 화학적 변화를 예측하고 있음. 이러한 화학변화가 생물, 생태계, 생지화학적 순환에 미치는 영향은 매우 불확실함. 익족류나 굴처럼 아라고나이트를 이용하는 생물의 생활사 초기에는 낮은 Ω arag 값에 의해 피해를 받을 수 있다는 제한적인 증거가 있음. 저포화 상태에서 생물학적 피해는 연구되어 있으나 Ω arag =1에서 생물학적 반응에 대한 연구는 아직 없음. 일부 생물은 높은 Ωarag 값에서 부정적인 반응을 보이기도 함.

 

캘리포니아 해류 지역에 살고 있는 생물은 산업혁명 이후에 빠르게 변하는 해양산성화를 겪어오면서 해양산성화 영향에 덜 취약하게 진화했을 수도 있음. 하지만 본 연구 결과는 캘리포니아 해류 지역의 해양산성화 진행 정도는 자연적인 수준을 벗어나 빈번하고 지속적인 저포화 상태를 향해 빠르게 변화하고 있음을 보여줌. 이는 생태계와 이에 의존하는 수산업에 피해를 가져다 줄 것임.

 

본 연구는 Ω arag 값 변화에 초점을 두었지만 해양산성화는 생리적 과정, pH, 이산화탄소 농도, 중탄산염 화학의 모든 양상을 변화시킴. 이러한 특성은 모두 연결되어 있음. 캘리포니아 해류 지역에서 해양산성화는 수온상승, 무산소와 같은 현상과 상승작용을 일으켜 생태계에서 더 큰 피해를 줄 수 있음. 캘리포니아 해류 시스템과 유사한 다른 해류 시스템에서의 빠른 해양산성화 진행에 특별히 관심을 두어야 할 것임.


2013-12-24 

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최종수정일 :
2018-11-05