1950년대 후반, 화석연료 사용 때문에 증가한 이산화탄소 중 많은 부분이 해양으로 흡수된 다는 연구 결과가 발표된 이후, 1970년대 초반에는 ‘해양산성화’ ¹⁾ 라는 용어가 처음 사용되었고, 90년대 후반부터 해상산성화가 해양생물에 미치는 영향이 크게 나타날 것이라는 연구가 지속적으로 발표되었다. 또한, 2000년대 이후부터는 기후변화에 따라 해양에서 나타나는 중요한 현상 중의 하나로 해양산성화가 부각되었으며, 2014년에 발간된 IPCC 5차 보고서에는 해양산성화가 해양생물에 미치는 영향은 심각한 것으로 분석되었다. 특히, 2014년 평창에서 열린 12차 생물다양성협약 당사국회의에서는 해양산성화가 해양생물 다양성에 미칠 영향에 대한 최신 정보를 종합적으로 분석한 기술보고서가 발간되었다. 이 보고서에서는 산업혁명 이후 해양의 산성도는 26% 이상 증가하였으며, 이러한 속도로 진행되면 향후, 100년 내에 해양생물 및 해양생태계 영향이 증가하여, 결국은 해양에서 받는 대부분의 서비스와 자원도 영향을 받을 것으로 분석하였다. 특히 우리나라가 전세계의 어패류 산업에 차지하는 비율(세계 시장의 2%)을 고려할 때, 탄산염 골격을 가지는 생물에 치명적인 영향과 산호초 파괴 및 어패류 자원 감소로 인한 경제적 피해가 예상됨에 따라, 향후 100년 동안 우리나라는 연간 720억 원의 피해가 나타날 것으로 추정되었다. 더욱 심각한 것은, 우리나라 주변해 및 연안의 해양산성화 진행속도는 전 지구적인 해양산성화 진행 속도에 비해 약 2배 정도 빠르며, 그럼에도 불구하고, 우리나라 해역에서의 해양산성화 진행 현황 및 해양생태계에 미치는 영향에 대한 정확한 평가가 이루어지지 않아 해양산성화에 따른 해양생태계 영향을 최소화 할 수 있는 국가차원의 관리방안이 시급한 상황이다.

1) 일반적인 해수는 pH 8.1-8.2 사이로 약 알카리성 상태를 보이지만, 해양에 이산화탄소 농도가 증가되면 pH가 낮아져 해수의 pH가 중성(pH=7.0)에 접근하는데, 이 현상을 해양산성화라 정의하고 있다.

■ KIOST 관련 연구사업 소개

해양산성화 관리를 위한 정책보고서에 의하면, 연안 어패류들은 해양산성화에 심각하게 노출되어 있기 때문에 이를 완화하고 적응시킬 수 있는 전략과 스트레스를 최소화할 수 있는 대응 전략이 필요하다. 특히 인간의 활동이 활발히 이루어지는 연안역의 해양산성화로 인한 해양생태계 피해 및 수산자원 감소는 결국 지역 경제활동에 막대한 피해를 주기 때문에 연안역의 산성화를 줄이고 이를 관리할 수 있는 포괄적인 정책 수립이 필요하다. 이를 최소화하기 위해서는 우선적으로 대기에서 유입되는 이산화탄소 이외에 주변 환경에서 유입되는 다양한 산성화 발생 원인에 대한 파악과 해양산성화 발생요인을 차단시킬 수 있는 정부차원의 법적 규제와 과학적인 조사 결과가 필수적이며, 해수 속의 이산화탄소 변동량 및 해양산성도를 파악하기 위한 정밀 분석 장비와 표준화 분석 방법이 요구된다. 해양산성화 연구는 국가차원의 통합 연구 프로그램으로 시작되었는데, 대표적인 해양산성화 프로그램인 유럽연합의 EPOCA(유럽연합의 해양산성화 연구), 독일의 BIOACID(해양산성화에 따른 생물영향), 일본의 AICAL(해양산성화가 석회화생물에 미치는 영향연구)에서 첨단 해양산성화 연구장비 및 실험장비가 구축되었고, 이를 통하여 해양산성화 진행 현황 및 해양생물에 미치는 영향 등을 파악하였다. 국내에서는 2009년부터 한국해양과학기술원(KIOST)에서 해양산성화에 주요한 요인인 이산화탄소 증가에 따른 해양생물의 영향 진단 연구가 시작된 이후, 국립수산과학원, 포항공대, 부경대, 원광대 등 소규모의 연구그룹 중심으로 해양산성화 연구가 진행되고 있다. 하지만, 해양산성화가 해양생태계에 미치는 영향을 종합적으로 평가하고, 국가적 해양생태계 관리 방안을 수립하는데 한계가 있었던 바, 2015-2016년에 해양수산부는 국가 차원의 해양산성화 관리를 위하여 해양산성화에 의한 해양생태계 건강성 평가·복원 기술개발 기획연구를 수행하였다.

위와 같은 해양산성화 연구를 통한 과학적 기대효과로는 해양산성화 관측인자 측정 방법을 100% 국산 표준화 및 국내 적용 자동화 연속 관측 시스템으로 구축하여, 해양산성화 모니터링 결과를 관리할 수 있을 것이다. 또한 해양생태계를 구성하는 다양한 분류군에 대한 해양산성화 영향 평가 방법 및 평가 항목에 대한 표준화 지침과 주요 생물의 산성화 영향 평가 DB 구축을 통해 해양산성화에 취약한 국내 해양생물 관리 및 해양생태계 변화를 예측할 수 있다. 해양산성화에 영향을 주는 원인 메커니즘을 파악하여 향후 해양산성화 영향을 최소화 할 수 있는 기술 개발은 물론, 유전자 바이오 마커 기술을 통하여 해양산성화에 의한 해양생물의 건강성 상태를 신속히 평가 및 관리할 수 있게 된다. 그리고 다양한 과학적인 기술을 확립하여 미래 해양 환경 변화의 효율적 관리와 해양환경지표를 제공하고, 국가 기후 변화 대응 정책 수립에 활용할 수 있을 것이다. 나아가, 최근 파리협정에 따라 기후변화 대응 체계에 필요한 해양 분야의 과학적 정보제공 등 향후 국제적인 후속 협상에도 주도적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

■ 국제동향

해양에 흡수된 이산화탄소량을 파악하기 위해서 1994년에 해양에서의 이산화탄소 측정 방법에 대한 매뉴얼이 발간되었다. 그러나 분석자가 측정 방법에 이용된 각 항목들을 기록하지 않는 경우, 자료의 상호 비교가 어려운 점을 보완하기 위하여, 국내·외로 해양의 이산화탄소 시스템과 관련된 여러 인자들에 대한 측정방법의 표준화가 필요한 상황이다. 또한 연안의 해양산성화 진행 정도를 파악하기 위해서 관측부이 운용 및 다양한 선박 등을 이용한 연안 모니터링 네트워크 구축이 이루어지고 있는데, 특히 연구선, 선박, 유람선 등의 일정한 루트를 가지고 운항되는 배에 자동 관측 시스템을 설치하여 넓은 지역에서 관측을 수행, 자료의 공간적 분포 확대를 꾀하는 VOS(Volunteer Observing Ship) 프로그램이 운용되고 있으며, 최근에는 탄소 웨이브 글라이더를 이용한 관측도 성공적으로 수행되었다.

해양생물 가운데 탄산칼슘의 골격으로 이루어진 산호, 극피동물, 이매패류, 석회조류 등이 해 양산성화에 치명적으로 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 개별 생물에 대한 해양 산성화의 영향은 전 세계적으로 약 100여종 가량 연구되고 있다. 해양산성화는 산호의 석회화율(calcification rate) 감소 및 사망률 증가를 초래하며, 무척추동물은 유생 단계에서 현저한 감소를 보이는 등 해양생물 생활사의 초기단계에 커다란 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 패류의 40% 이상이 산성화에 직접적인 위협을 받고 있으며, 어류는 60% 이상이 산성화에 간접적인 영향을 받는 것으로 파악되었다. 최근에는 해양산성화에 따른 해양생물의 건강성을 쉽게 평가할 수 있는 바이오마커 기술이 활용되고 있는데, 서식하는 생물의 상태만으로 환경의 상태를 파악할 수 있는 효율성과 지시종의 검사만으로 주변 환경과 서식생물의 상태를 유추할 수 있는 편리성, 그리고 물리·화학적 조사를 보완하고 검증함으로써 환경변화의 상태와 예측의 정확도를 높일 수 있다는 정확성의 장점이 있는 것으로 알려지고 있다. 그러나 많은 노력과 비용이 소요되기 때문에, 현재 해양산성화에 민감하게 반응하는 석회화생물과 주요 유용자원생물(어류와 해조류)에 대한 바이오마커 기술 개발이 진행되고 있으며, 특히 선진국에서는 생태계를 평가하는 방법으로 서식하는 생물의 유전자를 이용하여 환경을 평가하기 위한 관련 연구가 빠른 속도로 발전하고 있다.

현재 대기의 이산화탄소 증가를 억제하기 위한 방법으로는 ‘지구공학적방법’이 제안되었으나 광범위하게 나타나는 해양산성화 현상을 저감시키기에는 부족하기 때문에, 주변 환경 변화에 따라 복잡한 양상을 띠는 연안지역의 산성화를 저감시키기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 특히, 패각 활용기술 ²⁾ 개발이 활발히 진행되고 있는데, 미국 NOAA의 굴 복원 프로젝트(Oyster Restoration Projects)와 일본의 굴 패각을 이용한 종합적인 저질개량기술 개발이 그 예이다. 해수에 미세전류를 발생시켜 패각 형성을 증진시키는 기술인 바이오락 기술은 현재 열대 산호초를 복원하는데 이용되며, 이산화탄소 증가에 따라 성장이 증진되는 해조류를 이용하여 해양산성화를 저감하는 기술도 다양하게 적용되고 있다. 특히, 다영양단계 복합 양식(Integrated Multi-Trophic Aquaculture: IMTA)기술은 해조류와 어패류를 동시에 양식하여, 어패류의 생산에서 발생된 이산화탄소 양을 해조류가 흡수하여 복합 양식장 주변 해역의 해양산성화를 효과적으로 제어할 수 있는 것으로 여겨지고 있다.

2) 산성화에 영향을 받는 패류의 패각을 활용하여, 패각을 다시 자연으로 되돌려 보내, 살아있는 패류의 패각이 녹는 현상을 억제하게 하는 기술

■ KIOST 연구사업에 미치는 영향

국가 해양산성화 관리방안 연구에 필요한 해양산성화 모니터링 기술과 해양생물의 영향 평가 및 건강성 평가 기술, 그리고 저감기술 등은 서로 상호 보완적으로 연결되어 있기 때문에, 각 기술과의 연관성 로드맵을 통하여 동시에 순차적·단계적으로 추진하여 국가 해양생태계 관리기술을 수립하는 것이 매우 중요하다. 최근 국제연합의 각종 절차와 여러 국제 협약 및 지역 협약에서 해양산성화에 주목하고 있고, 기후변화협약(UNFCC)과 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)에서도 해양산성화에 대한 현황 및 생태계 영향에 대한 결과를 정기보고서 형태로 받기 시작했다. 따라서 해양산성화 문제는 빠른 시일 내에 국가의 해양정책 방향에 중요한 문제로 대두될 가능성이 높으며, 그 방향을 선정하는데 있어 KIOST의 역할이 매우 중요할 것으로 여겨진다. 특히, 2009년부터 KIOST 기본과제로 수행된 해양산성화 연구를 위한 인프라 구축과 일부 분류군의 해양산성화 영향평가를 위한 실험 설계 및 실험 장비 운용 기술은 향후 국가 해양산성화 관리방안 연구를 수행해 나갈 수 있는 원동력이 될 것으로 여겨지는 바, 기존의 연구 인프라와 연구장비 및 생물의 영향 연구 노하우를 유지할 수 있는 연구 투자가 필요하다. 또한, 국가 해양산성화 관리방안 연구에 필요한 세부기술 가운데 우선적으로 확립이 필요한 분야 위주로 연구 투자가 지속된다면, 향후 국가 해양산성화 관리방안 연구 수행을 하는데 유리할 것이다.

■ 결론 및 정책 제언

국내 해양산성화에 따른 해양생태계 관리방안 연구는 국내의 해양산성화 현황과 해양생물 및 생태계 영향을 파악하고, 생태계 건강성을 효과적으로 평가 및 산성화 저감기술개발을 목적으로 한다. 아직 국내에서는 해양산성화에 따른 해양생태계 영향에 대한 문제가 주요 이슈로 부각되지 못하고 있지만, 현재 단편적이나마 국내의 피해가 보고되고 있어, 향후 해양에서 중요한 이슈로 부각될 가능성이 높다. 따라서, 국가 해양산성화 관리방안 연구가 진행되기 전까지 2009년부터 소규모 연구비로 진행되어 확립한 해양산성화 연구 인프라 시설 및 연구장비 운용기술과 생태계 건강성 평가를 위한 유전자 분석 기술 등을 유지·발전시킬 수 있도록 연구자들의 끊임없는 관심과 기관의 지원이 필요하다. 특히 2022-2023년에 출판될 IPCC 6차보고서에 국내의 해양산성화 현황 및 생태계 영향 및 저감기술에 대한 내용을 포함시켜, 국제 사회에서 해양산성화 문제를 해결하는데 KIOST가 주도적 역할을 할 수 있도록 정책적 지원이 필요할 것으로 여겨진다.

|생태기반연구센터 유옥환 책임연구원