3.1. 황해의 해양학적 환경
3.1.1. 황해의 지리적 환경
○ 황해는 태평양의 일부로 대한민국, 북한, 중국 연안에 위치한 바다이다. 황하의 토사가 유입되어 바다색이 대체로 황색으로 보이기 때문에 황해라는 이름이 붙었다고 한다. 황해는 남북길이 약 1,000, 동서길이 약 700에 이른다. 총 면적이 380,000이고 평균수심은 44 이며 용적은 18,000에 불과하다.
조수간만의 차가 심하며 겨울과 여름의 수온차가 심하다.
○ 황해의 남쪽 경계는 한국의 진도 서단, 제주도, 중국의 양자강 하구를 연결하는 선으로 이를 통해 남쪽의 동중국해와 구분된다. 황해의 북쪽은 이전에는 산동 반도와 요동반도를 잇는 선으로 발해만과 구분하였으나 최근에는 발해만을 포함한 해역까지 황해라 부른다([그림 1-3-1]).
○ 황해는 전부가 대륙붕에 해당되며, 난류와 한류가 만나는 곳으로 어장이 풍부 하며, 한반도의 황해 연안에는 갯벌과 모래사장이 발달하였으나, 3면이 육지로 둘러싸여 있는 반폐쇄성 수역으로써 주변국가의 상황에 따라 해양오염에 노출 되기 쉬운 매우 취약한 지리적 제약을 가지고 있는 해역이다.
○ 60여 개 이상의 크고 작은 강들을 통해 유입되는 담수와 부유물량이 각각 연간
1.5조 톤 및 16억 톤에 달하고 바람과 해류의 영향을 적게 받는 지형적 조건으로 인해 외양해수와의 혼합 및 교환이 느리고 오염물질의 유입과 확산이 용이하여 오염에 취약한 환경을 지니고 있다.
[그림 1-3-1] 황해 위성사진
3.1.2. 황해의 수괴
○ 황․동중국해의 수괴는 6가지로 나눌 수 있는데 이는 ①대마난류수, ②북상하는 대마난류수의 일부가 제주도 남부를 거쳐 황해로 유입되는 황해 난류수, ③중국 대륙 하천수의 유입으로 형성되는 중국 연안수, ④여름과 가을철에 황해의 중앙역 에 분포하는, 수온은 6∼9℃ 정도이며, 염분은 약 33 PSU인 황해중앙 저층냉수,
⑤한국서해안 연안수, ⑥한국남해안 연안수이다. [그림 1-3-2]에 황해 순환 해류
양상을 겨울철과 여름철로 나누어 제시하였다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
[그림 1-3-2] 황해 순환해류: (a) 겨울, (b) 여름
3.1.3. 황해 해양생태계
가) 황해 해양생태계 기본조사
○ 국토해양부(www.mltm.go.kr)는 우리나라 해양생태계 전반에 대한 조사를 통해 해양생태계의 장ㆍ단기 변동 특성을 체계적ㆍ종합적으로 파악하여 해양생태
DB구축, 해양생태도 작성, 해양보호구역 지정 등 해양생태계 보전정책 수립 및
대국민 정보제공에 활용하기 위하여 「해양생태계의 보전 및 관리에 관한 법률」
제10조 내지 제12조에 의거, 매 10년 주기로 ‘해양생태계기본조사’를 우리나라 전 해역을 대상으로 실시하고 있다. 1단계 기간은 2006∼2015이며, 2013년까지 조사 후 2년간 보완조사 및 2단계 계획을 수립할 예정이다.
○ 조사내용은 해양생물의 분포현황, 수질, 해저퇴적물, 지형 및 경관, 보호대상 해양생물 등의 서식현황 등이며, 조사항목은 <표 1-3-1>과 같다.
구분 세부분야 세부조사 내용
저서환경생태
저서환경 입도, 유기탄소, 총 질소, 탄산염, 금속(Cd, Co, Cr, Cu, Pb, Ni, Al) 저서동물 저서갑각류, 저서연체류, 저서다모류, 유공충(‘09년)
해조류 녹조류, 갈조류, 홍조류, 해산종자식물
부유환경생태
부유환경 수온, 염분, 영양염, 용존산소, POC, 금속(Cu, Cd, Pb, Zn) 식물플랑크톤 엽록소, 종조성, 현존량
동물플랑크톤 요각류, 지각류, 모악류, 단각류, 난바다곤쟁이류, 난자치어 유영생물 어류, 두족류, 갑각류
<표 1-3-1> 해양생태계 기본조사 조사항목
○ 2006년 서해북부 해역을 시작으로 2007년 서해중부, 2008년에는 서해남부 해역 을 조사함으로써 서해에 대한 조사를 마무리하였다. 국토해양부의「서해 해양 생태계 기본조사」결과에 의하면, 서해에는 총 2,218종의 생물이 출현하며, 이중 보호대상종 6종, 유해생물 25종, 신종 가능종은 총 8종으로 파악된다. 올챙이 새우류(Pacifistylis hexaspinula) 등 3종의 저서생물은 국제학술지 투고 등 신종 으로 기재 중이다.
3.2. 기후변화와 황해 생태계
3.2.1. 국제해양생태계 연구프로그램(GLOBEC)
○ 해양과학위원회(SCOR)와 정부간해양위원회(IOC)의 후원을 동시에 받고 있는 대형과학프로그램인 GLOBEC은 기후변화에 따른 생태계의 중위 및 상위포식자 의 반응에 대한 연구이다.
○ GLOBEC 과학집행위원회는 1999년에 연구를 수행하기 위한 실천계획을 수립
하였으며, GLOBEC 프로그램은 국제지권생물권연구(IGBP)의 핵심과제로 지정 되어 향후 10년 동안 지속될 계획이다.
○ 구체적으로는 <4개의 연구 초점>, <체제구축활동>, <지역프로그램>, <종합화>
등으로 구성되어 있으며, 가장 중요한 연구활동인 <4개의 연구초점>은 다음과
같다. ①과거자료 분석(retrospective analyses), ②과정 연구(process studies),
③예측과 모델링 능력(predictive and modelling capability), ④피드백
(feedbacks).
○ 현재, ①남극해 GLOBEC (SO-GLOBEC), ②소형표층어류와 기후변화(SPACC),
③대구와 기후변화(CCC), ④기후변화와 환경수용력(CCCC)의 4개 국제적 지역
프로그램이 있으며, 이들은 모두 우리나라 해양 및 수산연구와 밀접한 관련이 있다. 미국, 일본 등에서 국가 및 지역 프로그램을 운영하고 있으며, 이 수효는 점차 증가할 전망이다. [그림 1-3-3]에는 GLOBEC 프로그램에 참여하고 있는 국가들을 제시하였다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
[그림 1-3-3] GLOBEC 프로그램 참여국가(김수암, 2000)
3.2.2. 기후변화와 해양산성화
○ 기후변화에 관한 정부간 패널(Intergovernmental Panel on Climate Change,
이하 IPCC)은 온실가스가 현재 수치, 혹은 그 이상 계속해서 방출될 경우, 지구
온난화 현상은 물론 지구 기후 시스템에도 20세기에 발견됐던 것 이상으로 많은 변화가 있을 것이라고 경고했다([그림 1-3-4]). 수치적으로는 정상적인 수십년 변동성(multi-decadal variability)을 넘어설 것이며, 이는 생태계에 영속적인 변화를 가져올 수 있다.
○ 대기와 해양의 기후는 긴밀하게 연결되어 있으며, 그 중 해양은 지구 및 지역의 기후 패턴을 일정하게 유지하는데 중요한 역할을 한다. 20세기 이후, 인위적 요인에 의한 온실가스가 지구의 평균기온 상승의 원인임이 밝혀졌다. 대기 중 이산화탄소의 농도가 증가할수록 해양은 산성화된다. 기후변화와 해양의 산성화는 해양생태계와 밀접한 관련이 있으며, 또한 기후변화는 해양생태계에 광범위하게 - 직접적으로 혹은 간접적으로, 생물의 종의 분포나 소멸 등 많은 영향을 미친다 ([그림 1-3-5]).
[그림 1-3-4] 온실가스시나리오(B1, A1B, A2)에 따른 2100년까지의 지표온도변화예측도(IPCC, 2007)
[그림 1-3-5] 기후변화와 해양산성화에 따른 영향(IPCC, 2007)
3.2.3. 지구생태계 건강성 평가지표 9가지
○ 스웨덴 스톡홀름 레질리언스센터는 ‘네이처’에 게재된 「A safe operating space for humanity」라는 논문(Rockström et al., 2009)에서 ①기후변화, ②바다산성화,
③오존층 파괴, ④영양염 순환, ⑤담수이용, ⑥토지이용, ⑦생물다양성 손실,
⑧대기 중 먼지입자 농도, ⑨독성물질 오염 등 지구 생태계의 건강성 평가 지표
9가지를 제시하였으며 이중 3가지 <기후변화>, <영양염 순환>, <생물 다양성 손실>에서는 이미 안전기준을 초과하였다고 평가하였다([그림 1-3-6]).
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
[그림 1-3-6] 지구생태계 건강성 평가지표 9가지
3.2.4. 이산화탄소의 증가 해양 생물 다양성의 30% 감소 가능성
○ 영국 플리머스 대학의 해양생물학자 제이슨-스펜서 박사는 대기 중 이산화탄소 농도가 계속 상승할 경우 금세기 안에 해양 생물 다양성이 30% 가량 줄어들 것이라고 캐나다 밴쿠버에서 열린 2012년 미국 과학진흥협회(AAAS) 회의에서 발표했다([그림 1-3-7]).
○ 바닷물의 산성도가 높아질 때 생물이 적응하지 못하는 현상이 나타났으며, 특히 유럽과 멕시코 바하 캘리포니아 및 파푸아 뉴기니 부근 바다의 해상 화산 열수구 주변을 관찰한 결과 산성도가 높은 열수가 분출되어 많은 생물이 적응하지 못하고 죽는 것을 확인하였다고 밝혔다.
[그림 1-3-7] AAAS 발표 내용
3.2.5. 수온 증가에 따른 미국 메인만(Gulf of Maine)에서의 생체량 증가 현상
○ 생물들은 수온, 염분, 해수 등의 변화에 반응한다. 예를 들어 수온이 올라가는 등 서식지 환경이 변하게 되면 생물은 수온이 낮은 북쪽으로 이동을 하거나 깊은 곳으로 내려가게 된다.
○ [그림 1-3-8]은 메인만에서의 붉은 남방대구(red hake)4)의 공간분포의 연 변화를 살펴 본 것으로 파란색 계열은 생물량이 적은 것을, 붉은색은 생물량이 많아 지는 것을 의미한다. 이는 해수온도가 상승함에 따라 붉은 남방대구가 적절한 서식지를 찾아 메인만의 북쪽으로 이동하였음을 보여준다(Nye et al., 2009).
[그림 1-3-8] 메인만에서의 붉은 남방대구의 생체량 공간분포 변화
3.2.6. 황해의 해수온도 상승
○ 황해의 가장 눈에 띄는 특징은 수온의 상승이다. [그림 1-3-9]와 [그림 1-3-10]은 각각 ‘PICES 보고서’(Yoo, 2010)에 나타난 황해의 겨울과 4월의 수온의 변화를 나타낸 것이다. [그림 1-3-9]를 살펴보면, 1980년대 중반 이후로 황해의 겨울철 표층수온(Sea Surface Temperature, 이하 SST)이 약 1.7도씨 상승한 것을 알 수 있다. [그림 1-3-10]에서는 SST뿐만 아니라 50m 깊이의 수온 또한 상승한 것을 알 수 있다.
[그림 1-3-9] 황해의 겨울철 SST의 변화(1950~2008년)
4) 대구목에 속하는 어류로서, 저서 또는 중층에 서식한다. 상업적으로 중요한 종으로 주로 뉴질랜드에 서식한다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
[그림 1-3-10] 4월 기준 황해 수온 변화: (a)황해 중심지역, (b)동중국해 북쪽 대륙붕, (c)쓰시마해류 지역 (붉은색=표층, 푸른색=50 )
3.2.7. 수온상승에 따른 해파리 대량 증식
○ 황해의 해수온도가 상승하면서 해파리의 대량 증식 현상 및 대형해파리가 나타 나기 시작했다(<그림1-3-11>). 해파리는 멸치 등과 같은 동물플랑크톤을 좋아 하는데 해수온도가 상승하면서 동물플랑크톤이 풍부해지고, 해파리들이 자연 스럽게 먹잇감을 찾아 이동하면서 증식하게 된다. [그림 1-3-12]를 보면 황해의 수온상승 추세와 비슷한 형태로 1980년대 중반부터 동물플랑크톤이 증가한 것 을 볼 수 있다.
○ 해파리는 해양생태계에 이상 현상 발생을 가장 먼저 알리는 경종으로, 해양과학자 들은 우리나라 근해에서의 해파리 출현을 주시하고 있다. 해파리의 대량 증식
은 ‘기후변화에 의한 해수온도 상승 → 동물플랑크톤 증가 → 해파리 출현 →
생태계 파괴 → 지구온난화에 의한 재앙’으로 이어지는 일련의 재난 시나리오를 가진다. 특히, 해파리는 어류와 같은 부유동물을 먹이로 하고 있어 해파리의 급증은 어류의 서식지를 빼앗아 어류들의 생존 공간을 위협하게 된다.