지구온난화는 온실가스 배출로 유발된다. 온실가스 전체 배출량 중 72%는 이산화탄소이며 18%는 메탄, 9%는 질소산화물로 분류된다. 때문에 이산화탄소 배출은 지구온난화를 유발하는 가장 큰 요인으로 꼽힌다.
이산화탄소는 석유, 천연가스, 디젤, 에탄올 등과 같은 연료 연소로 인해 불가피하게 발생된다. 지구 표면의 70%를 뒤덮고 있는 바다는 이 같은 인간 활동으로 배출된 이산화탄소의 약 25% 이상을 흡수한다. 산업혁명 이후 이산화탄소 배출량이 급격히 늘어나 바다가 처리해야 할 분량은 더 많아졌다.
그 원인은 두 가지로 꼽혔다. 그중 하나는 지구온난화로 인한 바다의 온도 상승 때문이며, 다른 하나는 이산화탄소 흡수량 증가로 인한 바다의 산성화가 지목됐다.
최근 유럽의 과학자들은 이 같은 해양의 이산화탄소 흡수 능력 저하에 대한 원인을 좀 더 구체적으로 밝힌 연구결과를 잇달아 발표해 주목을 끌고 있다.


해양 산성화로 미세 플랑크톤 번성해



독일 GEOMAR 헬름홀츠 해양연구소를 포함한 국제 공동연구팀은 해양 산성화가 심화될수록 미세한 플랑크톤 군집들이 더 번성해 해양의 이산화탄소 흡수를 방해한다는 연구결과를 과학저널 ‘Biogeosciences’ 최근호에 발표했다.
미세한 플랑크톤들이 증식하게 되면 크기가 큰 플랑크톤 종이 소비하는 것과 동일한 종류 및 양의 영양염을 소비하게 된다. 그것은 곧 큰 플랑크톤 종이 섭취할 식량이 부족해짐을 의미한다.
크기가 큰 플랑크톤은 황화합물로 불리는 기후 냉각 가스의 중요한 생산자인데, 이 물질은 해양 상공에 구름 형성을 촉진시킨다. 황화합물의 양이 적다는 것은 더 많은 햇빛이 지구 표면에 도달한다는 것을 의미한다.
또한 큰 플랑크톤 종은 이산화탄소의 심해 저장에서 중요한 역할을 맡고 있다. 하지만 미세한 플랑크톤 종이 많아질 경우 표층수로부터 심해로 이동하는 이산화탄소의 양이 적어질 수밖에 없다. 따라서 해양 산성화로 인해 플랑크톤 먹이사슬 내에서의 잠재적인 불균형이 지속되면 해양의 이산화탄소 흡수 능력에 큰 영향을 초래할 수 있다는 것이 연구진의 의견이다.
특히 해양 산성화는 이 연구가 진행된 노르웨이의 스발바드 해역 같은 북극에서 더욱 빠르게 진행되고 있다고 연구진은 밝혔다. 이산화탄소는 냉수 중에서의 용해도가 온수에서보다 높으므로 북극의 차가운 기온은 해양으로 하여금 더 많은 이산화탄소를 흡수하게 한다. 따라서 극지의 생태계는 해양 산성화에 가장 취약해 미세한 플랑크톤들이 증식할 우려가 높다.
그러나 아직까지 해양 산성화가 해양 먹이사슬의 최하층을 차지하고 있는 생물들이나 해수 내 이산화탄소 이동을 어떻게 변화시키는가는 알려져 있지 않다.


무산소수괴 확장으로 CO

한편, 덴마크 남부대학 연구진은 전 세계적으로 존재하는 3곳의 무산소수괴에서 엄청난 질소 가스가 생산돼 해양의 이산화탄소의 흡수 능력을 저하시킬 수 있다는 연구결과를 발표했다.
3곳의 무산소수괴가 위치하는 곳은 페루 및 칠레 연안의 태평양, 멕시코 및 과테말라 연안의 적도 북쪽, 그리고 아라비아해다. 수심 약 100~500미터의 수중에 존재하는 이 무산소수괴들은 주위를 둘러싼 해수와는 접촉하지 않으며 산소를 함유하고 있지 않다. 따라서 어떠한 동물도 이 대역에서는 생존할 수 없으며, 산소를 필요로 하지 않는 박테리아만이 이곳에서 번성하게 된다.
연구진은 적도에서 기인한 박테리아가 해류와 함께 흘러 남극을 향해 이동하며, 남쪽으로 이동하는 과정에서 해수에 존재하는 암모니아를 제거해 무산소수괴 내의 질소가스로 전환시킨다는 사실을 발견했다고 밝혔다.
적도에서 기인한 이 박테리아는 ‘아나목스(Anammox) 박테리아’라고 불리는데, 아질산염을 암모니아와 반응시켜 질소 가스를 형성하는 과정에서 에너지를 얻어 성장한다. 연구진은 이러한 유형의 박테리아가 태평양의 거대한 무산소수괴에서 질소 가스를 생산하는 역할을 한다는 사실에 대해 놀랐다고 밝혔다.
무산소수괴 외의 다른 유형의 대역에서는 ‘탈질 박테리아’로 불리는 유형의 박테리아가 질소 가스를 생산하는 역할을 하고 있다. 탈질 박테리아는 아나목스 박테리아와는 달리 유기물질을 연소시킬 때 질산염과 아질산염으로부터 질소 가스를 생산한다. 그런데 탈질 박테리아가 질소 가스를 생산하기에 충분한 유기물질을 얻지 못하기 때문에 결국에는 적도에서 기인한 해수와 함께 이동하는 아나목스 박테리아에 밀릴 수밖에 없다고 연구진은 주장했다.
전 세계에 존재하는 무산소수괴들이 확장되고 있다는 징후가 있는데, 이는 대기 중의 질소 가스 생산량을 증가시키는 원인이 될 수 있다. 이 같은 질소 가스의 증가는 해수 내의 조류를 감소시키는 원인이 되어 해양 미생물의 식량을 부족하게 만드는 역할을 하게 된다.
또한 무산소수괴의 확장은 해양이 이산화탄소를 흡수하는 능력을 저해할 수 있다. 해수 내에 아질산염을 섭취하는 박테리아의 수가 증가하면 플랑크톤이 섭취할 수 있는 아질산염의 양이 감소하기 때문이다. 플랑크톤은 이산화탄소를 효과적으로 흡수하므로 먹이 부족으로 플랑크톤의 수가 감소하면 이산화탄소의 흡수량이 감소할 수밖에 없다.


철 성분 해양 투입 아이디어



그런데 호주를 중심으로 한 극지 연구팀의 최신 연구결과에 의하면 지난 2010년 2월에 남극의 메르츠 빙하가 대규모로 붕괴한 이후 그 지역의 해양 이산화탄소 흡수량이 크게 증가했다고 한다. 그 이유는 오래된 빙하의 융해로 인해 철 성분이 대량으로 해양에 유입됨으로써 플랑크톤의 폭발적인 증식이 이루어졌기 때문이다.
실제로 철 성분을 해양에 투여함으로써 플랑크톤의 양이 증가해 주변 대기의 이산화탄소 농도가 크게 감소했다는 실험결과도 있다. 따라서 일부 과학자들은 철 성분을 비료처럼 바다에 투입해 이산화탄소의 흡수 능력을 높이는 방법에 대해 많은 관심을 보이고 있다. 그러나 철 성분을 실제로 바다에 뿌렸을 때 어떤 상황이 발생할지는 아무도 알 수 없기 때문에 이에 대해서는 조심스럽다는 게 대체적인 의견이다.