해양과 담수에서 산소가 놀라운 속도로 감소하고 있으며, 최근 여러 연구에서는 이러한 현상이 지구를 회복하기 어려운 심각한 상태로 몰아넣고 있다고 경고하고 있습니다. 과학계는 수년간 수중 산소 부족 현상에 대해 경고해 왔지만, 이번 두 건의 독립적인 연구는 이 현상의 전 지구적 영향과 기후 변화나 생물 다양성 손실과 같은 주요 지구적 위협으로 다뤄야 할 필요성에 초점을 맞추고 있습니다.
미국 스크립스 해양학 연구소가 주도한 한 연구에서는 용존 산소량을 지구 안정성 유지에 중요한 과정들을 규명해 온 ‘행성 경계(Planetary Boundaries)’ 체계에 포함시킬 것을 제안했습니다. 연구진에 따르면, 바다, 강, 호수에서 산소가 급격히 감소하는 현상은 산성화, 생지화학적 순환 등 다른 경계들과 상호작용하여 인간의 시간 척도에서는 돌이킬 수 없는 연쇄 효과를 일으킬 수 있습니다. 학술지 ‘Limnology and Oceanography’에 발표된 이 연구는 산소 부족 현상이 단독으로 발생하는 것이 아니라 지구 온난화, 해양 오염 , 해양 순환 변화 등이 주요 원인이라고 강조합니다.
산소 부족으로 붕괴 직전에 놓인 행성
여러 대학의 과학자들이 참여한 스크립스 연구소의 연구는 산소 손실이 기후를 조절하는 생물학적 및 화학적 과정에 어떤 변화를 가져오는지 분석합니다. 미생물부터 대형 해양 포식자에 이르기까지 모든 생물은 용존 산소에 의존하며 , 산소 감소는 수생 생물과 더 나아가 지구 전체의 건강을 위협합니다. 연구진은 산소 부족 현상이 이미 연안 생태계, 강, 호수에 영향을 미치고 있으며, 생물 다양성 손실, 질소 및 인의 흐름 변화와 같은 다른 지구적 한계 요인들이 그 영향을 더욱 악화시키고 있다고 지적합니다.
이번 연구의 주저자인 에리카 페레르는 마드리드에서 열린 COP25에 참석한 후 이 아이디어가 떠올랐으며, 이번 검토를 통해 정책 입안자들이 지구 시스템 안정에 있어 용존산소 감소를 핵심 요소로 고려하는 데 도움이 되기를 바란다고 설명 했습니다. 지구 경계 프레임워크에 용존산소를 추가하자는 제안은 생물 다양성과 기후를 유지하는 데 도움이 되는 완화 조치를 장려하고 인식을 제고하는 것을 목표로 합니다.
퀴트랄코 피오르드: 산소 부족의 자연 실험실
한편, 칠레 남부 아이센 지역의 퀴트랄코 피오르드에서 여러 분야의 과학자들이 참여한 연구팀이 극심한 산소 고갈 현상을 기록했습니다. 이는 해당 지역에서 용존 산소가 완전히 없고 대부분의 생물에게 유독한 화합물인 황화수소 농도가 높은, 이른바 '혐기성 피오르드'가 발견된 첫 번째 사례입니다. 로스라고스 대학교의 이마르 센터가 주도한 이번 연구는 이러한 현상이 제한된 물 순환, 긴 체류 시간, 그리고 인근의 리키녜-오프키 단층과 마테 그란데 및 허드슨 화산의 활동 등 자연적 요인에 기인한다는 것을 밝혀냈습니다.
2022년부터 2025년까지 연구를 진행한 연구진은 무산소층이 수심 90~120m 사이에서 시작하여 약 160m 깊이의 해저까지 뻗어 있음을 발견했습니다. 표층수는 대기와의 산소 교환 덕분에 정상적인 산소 농도를 유지 하지만, 수심이 깊어질수록 수질은 완전히 달라집니다. 질산염은 사라지고 암모늄, 인산염, 메탄, 황화수소는 증가하며, 미생물 군집은 혐기성 박테리아가 지배하게 됩니다. 피오르드에는 연어 양식장이 있지만, 연구진은 이러한 무산소 상태가 주로 자연적인 현상이라고 결론지었습니다. 따라서 퀴트랄코는 화산 활동과 제한된 해류 순환이 해양 생태계를 어떻게 변화시키는지 연구할 수 있는 독특한 실험실이 될 수 있습니다.
과거로부터 배우는 교훈: 대멸종
산소 손실이 가속화될 경우 어떤 일이 벌어질지 더 잘 이해하기 위해 과학자들은 과거를 살펴보고 있습니다. 약 2억 5200만 년 전, 페름기-트라이아스기 대멸종, 즉 '대멸종' 당시 해양 생물의 96%와 육상 생물의 70%가 사라졌습니다 . 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 스탠퍼드 대학교의 연구에 따르면, 이 대멸종의 주요 원인은 극심한 폭염과 대규모 화산 폭발로 인한 해양 산소 농도 감소가 복합적으로 작용한 결과였습니다.
연구진은 살아있는 생물을 대상으로 실험을 진행하여 각 집단의 취약성을 비교했습니다. 그 결과, 완족류처럼 신진대사가 느리고 이동성이 제한적인 동물들은 수온 상승과 산소 고갈에 훨씬 더 민감한 반면, 근육과 아가미 능력이 뛰어난 연체동물, 어류, 극피동물은 생존하고 번성할 수 있었습니다. 이러한 생물학적 변화는 되돌릴 수 없었습니다. 대멸종 이전에는 완족류가 바다를 지배했지만, 오늘날에는 이매패류가 완족류보다 훨씬 많습니다. 이번 연구는 현재의 온난화 예측치가 페름기-트라이아스기 시대보다 낮기는 하지만, 이러한 추세는 우려스럽고 아직 행동할 시간이 있다고 경고합니다.
산소를 지구 환경 한계에 포함시키자는 제안, 퀴트랄코의 자연적 사례, 그리고 대멸종에서 얻은 교훈이라는 세 가지 측면을 종합해 보면, 수중 산소 부족 현상이 21세기의 주요 환경 문제 중 하나로 대두되고 있음을 알 수 있습니다. 과학자들은 지구 온난화와 영양염 오염 등 수중 산소 부족 현상의 주요 원인을 완화하는 것이 지구가 회복 불가능한 임계점을 넘어서는 것을 막는 데 필수적이라고 강조합니다. 해양과 담수의 건강은 결코 사소한 문제가 아닙니다. 지구 전체 생태계의 안정성이 여기에 달려 있기 때문입니다.