[논문]태평양 북극 결빙 해역 내 유색 용존 유기물 CDOM 분포에 따른 태양광 투과 비교

강성호; 김현철; 하선용

doi:10.4217/opr.2018.40.4.281

태평양 북극 결빙 해역 내 유색 용존 유기물 CDOM 분포에 따른 태양광 투과 비교
Transmission of Solar Light according the Relative CDOM Concentration of the Sea-ice-covered Pacific Arctic Ocean 원문보기

Ocean and polar research, v.40 no.4, 2018년, pp.281 - 288

강성호 (한국해양과학기술원 부설 극지연구소 극지해양과학연구부) , 김현철 (한국해양과학기술원 부설 극지연구소 극지해양과학연구부) , 하선용 (한국해양과학기술원 부설 극지연구소 극지해양과학연구부)

Abstract ▼ AI-Helper

The transmission of solar light according to the distribution of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) was measured in the Pacific Arctic Ocean. The Research Vessel Araon visited the ice-covered East Siberian and Chukchi Seas in August 2016. In the Arctic, solar [ultraviolet-A (UV-A), ultraviolet-B (UV-B), and photosynthetically active radiation (PAR)] radiation reaching the surface of the ocean is primarily protected by the distribution of sea ice. The transmission of solar light in the ocean is controlled by sea ice and dissolved organic matter, such as CDOM. The concentration of CDOM is the major factor controlling the penetration depth of UV radiation into the ocean. The relative CDOM concentration of surface sea water was higher in the East Siberian Sea than in the Chukchi Sea. Due to the distribution of CDOM, the penetration depth of solar light in the East Siberian Sea (UV-B, $9{\pm}2m$; UV-A, $13{\pm}2m$; PAR, $36{\pm}4m$) was lower than in the Chukchi Sea (UV-B, $15{\pm}3m$; UV-A, $22{\pm}3m$; PAR, $49{\pm}3m$). Accelerated global warming and the rapid decrease of sea ice in the Arctic have resulted in marine organisms being exposed to increased harmful UV radiation. With changes in sea ice covered areas and concentrations of dissolved organic matter in the Arctic Ocean, marine ecosystems that consist of a variety of species from primary producers to high-trophic-level organisms will be directly or indirectly affected by solar UV radiation.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Stations of sea ice-covered East Siberian Sea, Central Chukchi Sea and Chukchi Sea on August
표 Table 1. Data of relative concentration of CDOM and penetration depth (Z:1%) of solar lights (UV-A, UV-B, and PAR) on the Chukchi Sea and East Siberian
그림 Fig. 2. UV-B irradiation transmission on the sea ice (a) and compared the transmission of PAR irradiation between sea ice and open sea on the Chukchi sea (b) in Pacific Arctic Ocean
그림 Fig. 3. Relative CDOM concentration at surface seawater (bar) and penetration depth of UV-B (dark gray line), UV-A (gray line), and PAR (black line) in the (a) East Siberian, (b) Central Chukchi Sea and (c) Chukchi Sea

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구의 목적은 태평양 북극 결빙해역 척치해 및 동시베리아해의 용존 유기물(CDOM)의 상대적인 농도 분포를 살펴 본 후, 유색 용존 유기물(CDOM)의 광차단 효과에 따른 태양광(장파, 중파 자외선 및 광합성 유효광) 투과량의 변화를 살펴보고자 하였다.

제안 방법

수층 내 투과되는 태양광(장파, 중파 자외선 및 광합성 유효광)은 각 연구정점에서 RMSES radiometer(TriOS GmbH, Germary)를 이용하여 측정하였다. 표층부터 수심 40 m에서 50 m까지 중파 자외선(UV-B; 280−320 nm), 장파 자외선(UV-A; 320−360 nm), 그리고 광합성 유효광 (PAR; 400−700 nm)의 세기(W m^-2)를 측정하였으며, 상대광량 1%되는 수심을 구하였다.
식물플랑크톤 생체량을 나타내는 엽록소 a(Chl a)의 농도는 각 정점 표층에서 해수를 채수한 후 47 mm GF/F Whatman 여과지를 통하여 여과한 후 분석 전까지 -80ºC 냉동고에 보관 후 측정하였다.
태양광 투과에 영향을 미치는 유색 용존 유기물 (CDOM)의 상대적인 농도는 표층에서 중점적으로 측정하였다. 연구 정점 간 지역적차이를 보기 위해서 동시베리아해(정점 18, 20, 21), 척치해(정점 14, 29, 30), 이 두 지역의 중간부분(중앙 척치해; 정점 15, 16, 23, 24, 28)으로 총 세 개 해역으로 나누었다(Fig. 1). 연구 정점의 수온, 염분 자료는 아라온호에 장착되어 있는 Sea-Bird 911 plus system CTD(Sea-Bird, Inc.
1). 연구 정점의 수온, 염분 자료는 아라온호에 장착되어 있는 Sea-Bird 911 plus system CTD(Sea-Bird, Inc., NY, USA)를 이용하여 획득하였으며, CTD/Rosette 시스템을 이용하여 수심별 해수를 채수하였다.
유색 용존 유기물(CDOM)의 상대적인 농도는 CTD/ Rosette 시스템을 이용하여 광합성 유효광의 상대 광량 (100%, 50%, 10%, 1%)에서 채수한 후, 50 ml 주사기와 주사기 필터(Advantec; cellulose acetate, 0.2 µm)를 이용 하여 최대한 천천히 여과된 해수를 미리 태운(450 o C, 4 h) 갈색병에 보관하였다.
이후 상온과 온도 평형을 이룬 후 10 cm 석영셀에 넣고 UV spectrometer(Cary100, Agilent Technologies)를 이용하여 250−800 nm(spectrum resolution was 1 nm) 파장에서 얻은 값에 350 nm의 흡광도값을 사용하여 유색 용존 유기물(CDOM)의 상대적인 농도값(m-1)으로 표현하였다.
본 연구는 2016년 8월 3일부터 19일까지 태평양 북극 결빙 해역인 척치해 및 동시베리아해를 국내 유일한 쇄빙 연구선 아라온호을 이용하여 시료를 얻었다. 총 11개 정점 에서 중파 및 장파 자외선, 광합성유효광선의 투과 깊이(표층 상대광량 1% 도달 수심)를 측정하였으며, 각 정점 에서의 해빙 분포는 위성 관측을 통해 나타내었다(Fig. 1, Table 1). 태양광 투과에 영향을 미치는 유색 용존 유기물 (CDOM)의 상대적인 농도는 표층에서 중점적으로 측정하였다.
1, Table 1). 태양광 투과에 영향을 미치는 유색 용존 유기물 (CDOM)의 상대적인 농도는 표층에서 중점적으로 측정하였다. 연구 정점 간 지역적차이를 보기 위해서 동시베리아해(정점 18, 20, 21), 척치해(정점 14, 29, 30), 이 두 지역의 중간부분(중앙 척치해; 정점 15, 16, 23, 24, 28)으로 총 세 개 해역으로 나누었다(Fig.
표층부터 수심 40 m에서 50 m까지 중파 자외선(UV-B; 280−320 nm), 장파 자외선(UV-A; 320−360 nm), 그리고 광합성 유효광 (PAR; 400−700 nm)의 세기(W m-2)를 측정하였으며, 상대광량 1%되는 수심을 구하였다.

대상 데이터

본 연구는 2016년 8월 3일부터 19일까지 태평양 북극 결빙 해역인 척치해 및 동시베리아해를 국내 유일한 쇄빙 연구선 아라온호을 이용하여 시료를 얻었다. 총 11개 정점 에서 중파 및 장파 자외선, 광합성유효광선의 투과 깊이(표층 상대광량 1% 도달 수심)를 측정하였으며, 각 정점 에서의 해빙 분포는 위성 관측을 통해 나타내었다(Fig.
해빙 밀도(sea ice concentration)는 미국 National Snow and Ice Data Center(NSIDC)에서 제공하는 공간해상도 25 km의 일간(daily) 해빙 밀도 데이터(Cavalieri et al. 1996)를 활용하여 각 지점 및 날짜별 정보를 획득하였다.

이론/모형

식물플랑크톤 생체량을 나타내는 엽록소 a(Chl a)의 농도는 각 정점 표층에서 해수를 채수한 후 47 mm GF/F Whatman 여과지를 통하여 여과한 후 분석 전까지 -80ºC 냉동고에 보관 후 측정하였다. 각 여과지는 90% 아세톤으로 추출하였으며, 형광광도계(model Trilogy, Turner Designs, USA; method: Parson et al. 1984)을 통하여 농도를 측정하였다.

성능/효과

동시베리아와 척치해의 해빙 분포는 연구 기간 동안 평균적으로 해빙이 40−56%(위성 관측) 정도 분포하고 있는 것으로 관측되었다(Table 1).
동시베리아해 및 척치해, 그리고 두 해역으로 중간 교차 해역인 중앙 척치해의 유색 용존 유기물(CDOM) 농도에 따른 태양광의 투과 깊이의 차이는 뚜렷하게 나타났다 (Table 1; Fig. 3). 동시베리아해의 경우, 다른 해역에 비해 상대적으로 높은 표층 유색 용존 유기물(CDOM)의 농도 (평균 0.
동시베리아해와 척치해의 중간 연구 정점들(중앙 척치해)의 평균 유색 용존 유기물(CDOM)의 농도(0.011 ± 0.002 m-1)와 태양광 투과 깊이(중파 자외선: 평균 11.5 ± 2.5 m; 장파 자외선: 22.4 ± 6.4 m; 광합성 유효광: 47.5 ± 7.6 m)는 두 해역의 중간 값을 보임에 따라 표층 유색 용존 유기물(CDOM)의상대적인 농도 분포는 태양광 투과 깊이에 영향을 주었음을 알 수 있었다.
2b). 따라서, 북극 해빙은 자외선 스트레스로부터 표층 해양 생태계를 일차적으로 보호하고 있는 것을 볼수 있으며, 다년생 해빙으로 덮여 있던 해역이 기후변화를통하여 해빙의 두께가 얇아짐에 따라 증가된 투과광량에 의해서 새로운 위해 환경에 노출될 수 있음을 보여준다.
게다가 지구 온난화의 가속화로 인한 북극 해빙분포의 급격한 감소는 결과적으로 유해 중파 자외선으로부터 보호 받았던 해역까지 새로운 위해 환경에 노출됨으로써 북극 해양 생태계는 일차생산자부터 상위 포식자까지 전체적인 영향을 직·간접적으로 받을 것으로 예상된다. 본 연구 결과는 북극해 결빙해역 해빙의 분포와 유색 용존 유기물의 분포에 따라 투과되는 태양광의 차이를 뚜렷하게 보이고 있다. 따라서 북극 해빙의 변동성과 유색 용존 유기물의 순환은 해양 생태계의 변화와 상당히 밀접한 관계를 가지고 있으며, 장기적인 추적 관측이 필요하다고 판단된다.
상대적으로 유색 용존 유기물(CDOM)의 농도가 낮은 북극 척치해는 육상 기원의 유기물의 공급이 상대적으로 적고, 해양 기원 유색 용존 유기물(CDOM)의 영향이 많은 해역으로 중파 자외선 및 광합성 유효광 대역의 태양광의 투과 깊이가 훨씬 높은 것을 볼 수가 있다(Table 1). 이런 결과들을 종합해 볼 때, 중파 및 장파 자외선, 광합성 유효광의 투과 깊이는 식물플랑크톤 군집 및 생물량, 탄소 흡수율에도 영향을 미칠 것으로 보인다.
2a). 투과 깊이가 가장 깊은 광합성 유효광 대역에서도 해빙의 의한 광흡수율이 상당히 높은 것을 볼 때 해빙에 의해서 일차적으로 태양광을 차단하는 효과를 확인할 수 있었다(Fig. 2b). 따라서, 북극 해빙은 자외선 스트레스로부터 표층 해양 생태계를 일차적으로 보호하고 있는 것을 볼수 있으며, 다년생 해빙으로 덮여 있던 해역이 기후변화를통하여 해빙의 두께가 얇아짐에 따라 증가된 투과광량에 의해서 새로운 위해 환경에 노출될 수 있음을 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	태양광 중 장파자외선의 특징은 무엇인가?	태양광은 일반적으로 장파 자외선(Ultraviolet-A radiation: UV-A) (315−400 nm), 중파 자외선(UV-B) (280−315 nm) 그리고 단파 자외선(Ultraviolet-C radiation: UV-C) (200− 280 nm)로 나누어지며, 생물에 미치는 자외선의 영향은 자외선 파장대역에 따라 다르게 나타난다. 장파자외선 (UV-A)은 광합성 과정 중 에너지 원이나 DNA 관련 수리 기작에 대한 에너지 원으로 사용될 수 있기 때문에 부정 적인 영향(negative effect) 또는 긍정적인 반응(positive effect) 을 일으킬 수 있다(Häder et al. 2007).
	육상 기원 유색 용존 유기물은 무엇으로 이루어져 있는가?	특히 자외선 또는 가시광선(visible light)을 흡수할 수 있는 유색 용존 유기 물질(Chromophoric Dissolved Organic Matter; CDOM)은 태양광의 투과 깊이에 영향을 미친다(Nelson and Siegel 2002). 육상 기원 유색 용존 유기물(CDOM)은 고등식물이 분해된 유기산 폴리머(organic acid polymers)로부터 휴믹산과 퍽빅산과 같은 난분해성 물질(refractory organic matter)로 이루어졌다(Harvey and Boran 1985; Carder et al. 1989; Opsahl and Benner 1998).
	태양광은 파장에 따라 어떻게 나뉘는가?	태양광은 일반적으로 장파 자외선(Ultraviolet-A radiation: UV-A) (315−400 nm), 중파 자외선(UV-B) (280−315 nm) 그리고 단파 자외선(Ultraviolet-C radiation: UV-C) (200− 280 nm)로 나누어지며, 생물에 미치는 자외선의 영향은 자외선 파장대역에 따라 다르게 나타난다. 장파자외선 (UV-A)은 광합성 과정 중 에너지 원이나 DNA 관련 수리 기작에 대한 에너지 원으로 사용될 수 있기 때문에 부정 적인 영향(negative effect) 또는 긍정적인 반응(positive effect) 을 일으킬 수 있다(Häder et al.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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