[국내논문]동해 난수역의 일차생산에 대한 대한해협 유입 영양염의 기여 Contribution of Nutrient Flux through the Korea Strait to a Primary Production in the Warm Region of the East Sea원문보기
대륙주변해인 동해의 일차생산력은 조사하기 쉬운 듯하지만 해황의 역동적 변동성 때문에 현장 관측으로 파악하기 매우 어렵다. 이 연구에서는 난수역의 평균적인(총)일차생산 배경값을 생지화학적 가설에 기반하여 추정하였다. 계산에 사용된 비혼합-부상 가설은 일단 일차생산이 오로지 대한해협을 통해 수송된 영양염에 의해서만 일어난다고 가정했을 경우로서, 결과($209\;gC\;m^{-2}\;y^{-1}$)는 발표된 위성기반 순일차생산력과 대등한 것으로 나타났다. 그런데 일차생산이 100% 신생산에 의존한다고 가정했었기 때문에 이 구속을 풀어 신생산지표를 0.6이라 가정하면 일차생산력은 40% 가량 높아진다. 결과는 오로지 대한해협을 통해 유입되는 영양염만으로도 기존에 알려진 일차생산을 지지하고도 남음을 말해준다. 그런데 배경값을 구하기 위해 배제시켰던 여러 가지 변동 요인들, 예컨대 용승, 지하수 유입, 대기 유입, 해양 투기, 태풍 등 배경에 더 해지는 교란은 모두 일차생산을 추가로 부양하는 요인이고, 여기에 아직 정량화 되지 못한 초미소남세균의 광합성에 대한 기여까지 고려하게 되면 실제 일차생산력은 배경값의 두 배 이상도 가능할 것으로 추정된다. 이 경우에 일차생산력은 신생산지표가 0.6으로 알려진 페루 용승역과 비등한 규모가 된다.
대륙주변해인 동해의 일차생산력은 조사하기 쉬운 듯하지만 해황의 역동적 변동성 때문에 현장 관측으로 파악하기 매우 어렵다. 이 연구에서는 난수역의 평균적인(총)일차생산 배경값을 생지화학적 가설에 기반하여 추정하였다. 계산에 사용된 비혼합-부상 가설은 일단 일차생산이 오로지 대한해협을 통해 수송된 영양염에 의해서만 일어난다고 가정했을 경우로서, 결과($209\;gC\;m^{-2}\;y^{-1}$)는 발표된 위성기반 순일차생산력과 대등한 것으로 나타났다. 그런데 일차생산이 100% 신생산에 의존한다고 가정했었기 때문에 이 구속을 풀어 신생산지표를 0.6이라 가정하면 일차생산력은 40% 가량 높아진다. 결과는 오로지 대한해협을 통해 유입되는 영양염만으로도 기존에 알려진 일차생산을 지지하고도 남음을 말해준다. 그런데 배경값을 구하기 위해 배제시켰던 여러 가지 변동 요인들, 예컨대 용승, 지하수 유입, 대기 유입, 해양 투기, 태풍 등 배경에 더 해지는 교란은 모두 일차생산을 추가로 부양하는 요인이고, 여기에 아직 정량화 되지 못한 초미소남세균의 광합성에 대한 기여까지 고려하게 되면 실제 일차생산력은 배경값의 두 배 이상도 가능할 것으로 추정된다. 이 경우에 일차생산력은 신생산지표가 0.6으로 알려진 페루 용승역과 비등한 규모가 된다.
In situ measurement of a primary production in East Sea, a marginal sea with a fair accessibility, is nonetheless an arduous task because of dynamic variability. In this study, we estimated the mean value of background (gross) primary production over the warm region of the East Sea based on a biogeo...
In situ measurement of a primary production in East Sea, a marginal sea with a fair accessibility, is nonetheless an arduous task because of dynamic variability. In this study, we estimated the mean value of background (gross) primary production over the warm region of the East Sea based on a biogeochemical hypothesis. We propose an immiscible-shoaling hypothesis for the estimation of primary production, which assumes that primary production in the warm region occurred only by the nutrient supply through the Korea Strait. Annual primary production thus estimated is $209\;gC\;m^{-2}\;y^{-1}$, which is comparable to the satellite-based estimates of net primary production in the region. However, since this hypothesis assumes that primary production is based on only the new nutrients supplied to the system, primary production would increase by 40% if we release the assumption, and assume f = 0.6. This suggests that nutrient influx through the Korea Strait alone is more than enough to support primary production previously reported. Primary production may increase as much as two times if we considered other external perturbations excluded intentionally to estimate the background level of primary production, such as coastal upwelling, submerged ground water discharge, aeolian input, ocean dumping, and mixing by typhoons as well as the contribution of cyanobacteria that has not been quantified in the region. This implies the primary production in the warm region of the East Sea would be comparable to that of the Peru upwelling region with f = 0.6.
In situ measurement of a primary production in East Sea, a marginal sea with a fair accessibility, is nonetheless an arduous task because of dynamic variability. In this study, we estimated the mean value of background (gross) primary production over the warm region of the East Sea based on a biogeochemical hypothesis. We propose an immiscible-shoaling hypothesis for the estimation of primary production, which assumes that primary production in the warm region occurred only by the nutrient supply through the Korea Strait. Annual primary production thus estimated is $209\;gC\;m^{-2}\;y^{-1}$, which is comparable to the satellite-based estimates of net primary production in the region. However, since this hypothesis assumes that primary production is based on only the new nutrients supplied to the system, primary production would increase by 40% if we release the assumption, and assume f = 0.6. This suggests that nutrient influx through the Korea Strait alone is more than enough to support primary production previously reported. Primary production may increase as much as two times if we considered other external perturbations excluded intentionally to estimate the background level of primary production, such as coastal upwelling, submerged ground water discharge, aeolian input, ocean dumping, and mixing by typhoons as well as the contribution of cyanobacteria that has not been quantified in the region. This implies the primary production in the warm region of the East Sea would be comparable to that of the Peru upwelling region with f = 0.6.
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문제 정의
이 논문에서는 가설 적용과 지화학적 단순 물질균형 관점에서 동해 난수역의 배경 일차생산력을 간접적으로 추정하고 기존 결과와 비교해 보았다. 여기서 ‘배경’이란 단서를 붙인 이유는 토의 부분에서 다시 다루겠지만 소용돌이와 용승에 의해 지지되는 시공간적 변동성이 큰 일차생산을 일단 논의에서 제외했음을 뜻한다.
가설 설정
가설에 따르면 난수역에서 용존산소 최소층은 대한해협 해수의 저층수이자 진광대의 바닥이면서 상부혼합층의 바닥이란 아주 특별한 층으로 해석된다. 이전에는 난수역에 발달된 강력한 성층이 일차생산에 미치는 제약의 가능성은 전혀 주목 받지 못했고, SCM이 널리 발달하는 것이 일반적인 특성이다라는 정도로 다루어졌다.
이 가설은 대한해협으로 진입하는 해수의 유광대 아래에 풍부하게 들어있던 영양염이 난수역의 아표층엽록소최대층(SCM)을 만들어 놓는다는 사실에(노 등 2012) 바탕을 두고 사고실험적으로 확대 해석한 것이다. SCM이 만들어지고 유지되려면 우선 쓰이지 않은 영양염을 가지고 대한해협으로 진입한 저층 해수가 다른 해수와 섞이지 않은 상태로 유광대로 부상하여야 한다.
보다 심각한 변동 요인으로 들만 한 것은 최근에 일차생산에서 관심 대상으로 주목을 받고 있는 연안 용승과 이것과 소용돌이와의 상호작용으로 만들어지는 고생산성 필라멘트를 계산에서 고려하지 않은 것과, 재생산이 0이라고 한 가정 2의 적용이다. 이 논문에서는 대한해협에서 유입된 인 가운데 쓰이지 않고 외부로 유출되는 양과 용승으로 공급된 양이 같다고 가정하고 계산하였다. 다소 무리해 보이는 이 가정을 도입한 이유는 해수의 경우에는 냉수역으로 나간 양만큼 용승으로 되돌아 오면 정상상태가 유지되지만 인(영양염)의 경우에는 농도가 거의 0인 표층 해수가 빠져나가고 영양염이 풍부한 용승 해수로 보충되기 때문에 간단한 상자 모형에서조차 정상상태가 유지되지 않기 때문이었다.
일차생산 추정에 쓰인 것 가운데 가장 문제가 되는 것은 DIP가 단 한차례 쓰이고 유광대 밖으로 내보내진다고 하는 가정 2, 즉 인의 표층수 재순환 효율을 0으로 본 것이다. 이는 일차생산 배경값의 최소한의 규모를 알아보고자 설정된 가정이다.
용존무기인은 쿠로시오가 주공급원이고, 용존유기인은 남해 연안수가 주공급원이다. 장강이 배출한 용존무기인은 모두 광합성을 거쳐 용존유기인으로 유입되는 것으로 가정하였는데 이것의 기여도는 6.5% 정도로 추정되었다. 계절에 따라 출현하는 대한해협저 층수의 기여도는 무시할 정도였다.
제안 방법
대량영양염(macronutrients) 가운데 순환 방식이 가장 단순한 인(P)을 골라 플럭스를 계산하였다. 대한해협으로 유입되는 인의 플럭스는 용존무기인(DIP), 용존유기인(DOP)과 입자꼴 유기인(POP)으로 나누어 볼 수 있다.
현장 관측 자료 부족은 1998-2000년도에 수행한 ONR JES 프로그램으로 크게 해소되었다. 이 광역탐사의 결과로 동해를 일차 생산의 변동성 관점에서 네 개의 생물지리구역으로 나누어 보게 되었다. 봄과 가을의 두 차례에 걸쳐 식물플랑크톤 번성이 일어나며, 남부의 난수역이 북부의 냉수역에 비해 생산성과 변동성이 큰 것으로 밝혀졌다(Ashjian et al.
대한해협으로 유입하는 해수 수송량(Takikawa and Yoon 2005)에 기여하는 기원수로는 쿠로시오, 장강 유출수, 동중국해 대륙붕수, 남해 연안수와 대한해협저층냉수를 고려하였다. 이들의 기여도는 월별 염분 수지를 이용하여 산정하였고(최, 2008) 기여도에 문헌에 나와있는 기원수의 인산염 농도를 곱해서 플럭스를 구했다(Table 1). POP는 Yanagi (2002)의 값을 해수 수송량 2.
대상 데이터
63을 곱해서 총인의 플럭스를 구했다. 해수 유입은 Takikawa and Yoon(2005)의 장기간 월 평균 해수 유입량 자료를 사용하였다. 연간 해수 유 입량은 2.
데이터처리
인의 자료로 탄소 고정을 추정하는데 쓰인 C: P화학량비도 결과에 영향을 준다. 제시한 결과는 전통적으로 사용되어 온 Redfield 비 106:1로 계산한 것이다(Table 2). C:P의 보고된 최대값은 123±10(Körtizinger et al.
성능/효과
(2005)의 추정치에 대해 비례 식을 적용하면 일본쪽 동부의 일차생산은 252 gC m2 y-1으로 계산된다. GPP에서 10-30%를 제한 것을 NPP로 보면 신생산을 고려했을 때 대한해협으로 유입된 영양염이 단독으로 지지할 수 있는 일차생산은 기존의 NPP추정값을 넘어선다. 울릉분지의 신생산에 대해 이전에 보고된 값으로 Moon et al.
(2005)을 들 수 있다. 저자들은 난수역을 생산력이 더 높은 우리나라 쪽 울릉분지와 낮은 일본 쪽 야마토분지로 갈리는 것으로 파악하였으며, 일차생산력은 각기 222 gC m2 y-1와 191 gC m2 y-1라 발표하였다. 뒤 이어 국내 학자들이 주도하여 울릉분지에서 일차생산이 높은 원인에 대한 고 찰이 있었다.
43×1010 mol P y-1; Table 1)은 모두 일차생산에 쓰인다. 즉, 유입된 용존유기인과 입자유기인도 현장 재무기화를 거쳐 일차생산에 기여하는 것으로 보았다.
후속연구
요약하자면 지금까지 동해 난수역에서 수행된 일차생산력 추정 연구 결과는 크게 과소평가 되었을 소지가 아주 높다는 것이다. 앞으로의 평가에서는 기존 측정 방법을 반복 적용하는 것보다는 새로운 측정법을 적용하는 것이 바람직해 보인다. 예컨대 최근에 제안된 삼중산소 동위원소 측정법(Luz and Barkan 2000)이 좋은 대안의 하나가 될 것으로 보인다.
온난화에 의한 성층 강화뿐만 아니라 이류의 강화에 의한 수괴 안정도의 약화도 함께 고려되어야 할 것이다. 향후 SCM을 이루는 플랑크톤-미생물 조합이 동해 외부에서 계속해서 동중국해-쿠로시오 계에서 유입되는지를 확인해 보고, 만일 이러한 접종가설(inoculation hypothesis)이 긍정적이라면 이는 비혼합-부상 가설에 크게 힘을 실어주게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양의 일차생산이란?
해양의 일차생산은 해양이 어떻게 작동하는 지를 이해하는데 있어서 아마도 물리적 상태 변수들 못지않게 영향력이 가장 큰 변수라 지목된다. 대륙주변해는 특히 생물 생산력이 높아서 과학적 이 해뿐만 아니라 경제적 중요성 때문에 일차생산을 파악하는 것이 요구된다.
ONR JES 프로그램이 밝힌것은?
현장 관측 자료 부족은 1998-2000년도에 수행한 ONR JES 프로그램으로 크게 해소되었다. 이 광역탐사의 결과로 동해를 일차 생산의 변동성 관점에서 네 개의 생물지리구역으로 나누어 보게 되었다. 봄과 가을의 두 차례에 걸쳐 식물플랑크톤 번성이 일어나며, 남부의 난수역이 북부의 냉수역에 비해 생산성과 변동성이 큰 것으로 밝혀졌다(Ashjian et al.
대륙주변해의 중요성은 어떠한가?
해양의 일차생산은 해양이 어떻게 작동하는 지를 이해하는데 있어서 아마도 물리적 상태 변수들 못지않게 영향력이 가장 큰 변수라 지목된다. 대륙주변해는 특히 생물 생산력이 높아서 과학적 이 해뿐만 아니라 경제적 중요성 때문에 일차생산을 파악하는 것이 요구된다. 이 논문의 대상 지역인 동해 아극전선 이남의 난수역의 일 차생산은 양호한 접근성에도 불구하고 소규모의 단기 변동성이 강한 해황 특성과 국가간 자료 교환의 어려움 등으로 인해 정량적으로 파악하기가 어렵다.
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