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기후 변화, 호수의 호흡성 대사에 영향…수면 온도 높아지고 바닥은 차가워져
등록일 : 2019-09-18 15:40 | 최종 승인 : 2019-09-18 15:40
심현영
탄소 순환은 대기 중 탄소를 조절하는 자연 과정이다(사진=위키미디어커먼스)

[리서치페이퍼=심현영 기자] 몬트리올대학과 바젤대학의 연구팀이 기후 변화로 호수 수면이 따뜻해졌지만, 바닥은 더욱 차가워진 상태를 발견했다. 

연구팀은 지구 온난화의 직간접 영향을 판단하기 위해 호수 생태를 연구했다. 이에 지속적인 기후 변화가 탄소 순환과 관련된 수역에 어떻게 영향을 미치는지 조사했다. 특히 수온과 호수에서 발생하는 온실가스를 분석했다. 

연구팀은 호수가 지구 탄소 순환에 직접적인 연관이 있다고 설명했다. 호수는 온실가스에 대한 천연 생물반응장치처럼 기능하고 있다. 호수는 수온에 따라 탄소와 메탄을 과잉 생산하거나 가스 생성을 억제한다. 이는 호수 속에 생물학적 호흡 프로세스를 하는 미생물이 존재하기 때문이다.

공동 저자인 모리츠 레흐만 교수는 “호수의 호흡성 대사 과정 속도가 수온이 증가한 속도보다 높다는 것은 의심의 여지가 없다”며 “그러나 기후 변화로 모든 호수가 따뜻하지는 것은 아니었다”고 말했다.

다양한 수역은 지구의 탄소 순환에서 중요한 역할을 한다(사진=픽사베이)

탄소 순환에서 호수의 역할

다양한 수역은 지구의 탄소 순환에 중요한 역할을 한다. 탄소 주기란 탄소가 지구의 여러 측면에서 교환되는 생물지화학 순환으로 동물과 식물, 지구의 자연적인 특징으로 인해 탄소가 이 주기 속으로 들어가는 것이다. 그 결과, 탄소는 생명체와 살아있는 유기체가 생존 및 번식하는 데 활용할 수 있는 여러 가지 물질을 지원한다.

하지만 탄소의 양이 대기 중에 과다해지면 이 가스는 단점으로 작용하게 된다. 다시 말해, 지구 내부로 열을 가두는 담요처럼 기능하는 온실가스가 되는 것이다. 

이처럼 탄소가 순환하지 않는다면 지구의 기온은 인간을 포함해 대부분의 생명체를 위험에 빠뜨릴 수 있는 수치에 다다를 수 있다. 따라서 탄소 주기는 대기 중 탄소를 조절할 수 있을 정도로 최적의 기능을 유지할 수 있어야 한다.

수온과 가스 생성의 상호작용 모델

연구팀은 호수 수온과 온실가스 생성에 대한 데이터를 수집했다. 그리고 수온과 가스 생성이 상호작용하는 방법을 평가할 수 있는 모델을 개발했다. 그 후 호수 속에서 호흡 프로세스에 참여하는 미생물 및 여러 가지 유기체를 포함한 요인들을 통합했다.

연구 결과, 전 세계 다양한 호수의 수면은 점점 따뜻해지고 있었다. 이는 지속적인 기후 변화의 직접적인 영향을 받기 때문인 것으로 확인됐다. 그리고 조류가 번식하고 혼탁도가 높아져 호수의 투명도는 낮아졌다. 조류는 수온이 높은 곳에서 번식한 반면, 물 속의 미세먼지로 인해 혼탁도가 높아졌다.

하지만 호수 바닥은 마치 기후 변화의 영향을 받지 않는 것처럼 차가운 수온을 유지했다. 연구팀은 이 이례적인 현상의 원인을 분석했다. 

그리고 따뜻해진 수면의 투명성이 사라지면서 호수의 상층부에 열이 갇히게 됐다는 것을 알게 됐다. 이 때문에 고온인 수면부와 저온인 바닥을 분리하는 층이 생겼다. 

바닥부 수온이 차가운 호수는 온실가스를 다량으로 생성하지 않았다. 수온이 차갑기 때문에 미생물의 호흡 부식물 생성 속도가 둔화됐다. 따라서 이산화탄소 생성이 줄어들고 호수 침전물에 가스가 묻히게 됐다.

호수 바닥이 차가울수록 탄소 배출은 줄어들지만 대신 다량의 메탄을 배출한다(사진=위키미디어커먼스)

이산화탄소 배출이 적은 호수의 단점

바닥 수온이 차가운 호수는 탄소를 많이 배출하지는 않지만 다량의 메탄을 생성하는 것으로 확인됐다. 호수 바닥에서 제대로 환기가 되지 않으면서 산소가 특정 미생물에 도달하지 못하고 있다고 연구팀은 지적했다. 그리고 이 미생물은 빠른 속도로 메탄을 배출하고 있다.

메이시 바르토세윅 박사는 지고 온난화로 인해 지구의 모든 호수에서 온실가스가 다량 배출되고 있다고 일반화했다. 호수의 생물학적 프로세스를 변화할 정도로 수온이 높아지고 있기 때문이라는 설명이다. 

그러나 온난화 효과는 간접적이고 가스 생성이 많아질수록 호수 바닥의 산소 수치가 줄어들고 있다고 덧붙였다. 

한편 미국 환경보호청에 따르면, 온실가스의 65% 가량은 화석연료와 산업화 과정에서 배출되는 이산화탄소다. 그리고 숲과 기타 토지 사용으로 인해 메탄은 16%, 이산화탄소 11%로 구성돼 있다.

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