1.1. 연구의 필요성
1.1.1. 해양-대기 이산화탄소 교환량 및 해양산성화 연구
○ 전 지구 탄소순환은 산업혁명 이전에는 평형상태를 이루고 있었으나, 산업혁명 이후에 화석연료사용, 개간, 시멘트화 등 인위적 요인에 의해 이산화탄소 (anthropogenic )가 대기와 해양, 육상생태계 등에 지속적으로 축적되고 있으며, 추가 방출량과 축적량은 꾸준히 증가하고 있다.
○ IPCC 보고서에 의하면, 2000~2005년 인간 활동에 의해 추가 방출된 이산화
탄소는 7.2±0.3 로 이중 4.1±0.1 이 대기에 축적되어 대기 이산화탄소 농도를 증가시켰으며, 추가 방출량의 약 30%인 2.2±0.5 이 해양으로 유입되어 해양에 축적되는 것으로 나타났다(Solomon et al., 2007).
○ 전 세계 해양에서 대기에서 해양으로 유입되는 이산화탄소 플럭스(flux)는 해역 에 따라 다르기 때문에 미래 대기 이산화탄소 농도 증가를 정확히 예측하기 위해서는 해양-대기 간 이산화탄소 플럭스를 정확히 측정할 필요가 있다.
○ 해양 내에 축적되는 이산화탄소가 늘어갈수록, 해수 내 탄산과정에 의해 해수의 pH와 탄산염( , carbonate) 농도가 감소하는 해양산성화가 나타났다.
○ 해양산성화는 산업혁명 이후 화석연료의 사용에 의해 대기 중으로 방출된 이산화 탄소가 해양으로 흡수됨으로써 해수의 pH가 낮아지는 현상으로 산업혁명 이전 해양의 pH는 8.2 정도였는데, 현재는 8.1로 지난 200년 동안 0.1 가량 낮아졌다.
○ 현재와 같은 추세로 대기 이산화탄소 농도가 증가하면 앞으로 100년 후에는 해양의 pH가 0.2∼0.4 가량 낮아질 것으로 예측하고 있어 앞으로 해양산성화가 급격히 일어날 것으로 전망된다.
○ 황해는 수심이 100 이하인 매우 얕은 바다이기 때문에 해양 이산화탄소 거동 이 수심이 깊은 대양과는 매우 다른 양상을 보일 것으로 예상되며, 해양-대기
이산화탄소 플럭스도 다른 해양과 달리 매우 클 것으로 예상된다. 또한, 해양 산성화도 수심이 깊은 해양에 비해 빠르게 진행될 가능성이 매우 높다.
○ 황해는 인위적인 인간 활동에 의한 대기 이산화탄소 농도 증가에 대해 매우 취약한 해역임에도 불구하고 아직까지 해양 내 이산화탄소 거동, 초과 이산화 탄소량(excess )및 인위적 요인에 의한 이산화탄소량 추정, 해양-대기 이산화 탄소 교환량 추정, 해양산성화에 대한 연구가 전혀 수행되지 않아 이에 대한 연구가 필요하다.
1.1.2. 황해 생태계모델 친생물원소 지수화 연구
○ 영양염을 포함한 친생물원소는 해양생태계 물질순환의 기저를 이루고 있는 것으로 이들의 현존량 변화를 포함한 거동을 연구하는 것은 생태계 모델 입력 자료에서 가장 중요한 기초자료가 된다.
○ 최근 황해의 영양염 농도 자료들에 의하면, 과거 수십 년간 수층의 영양염 농도 및 영양염간의 농도비 변화가 뚜렷하게 나타나고 있다. 이러한 변화는 식물플랑 크톤 및 동물플랑크톤의 반응에 중대한 영향을 미치게 된다.
○ 황해 수층 영양염 수지에 영향을 미치는 주요 외부 유입원과 내부 순환에 대한 정확한 이해가 요구된다.
○ 주요 외부 유입원으로는 하천 및 대기 기원이 있으며 이에 대한 보다 정량적인 자료의 수집이 요구된다.
○ 또한 황해는 동중국해와의 사이에 나타나는 강한 열염분전선역과 연안에 나타 나는 강한 조석전선역으로 특징지어진다. 따라서, 이들 전선역의 역할과 전선역 을 통한 교환량에 대한 연구가 요구된다.
○ 황해는 평균 수심이 44, 최대 수심 100 내외로 천해의 특성을 보이고 있다.
따라서 수층과 퇴적물간의 상호작용 또한 영양염 수지 계산에서 중요한 요소로 작용할 수 있다. 그러나 이에 대한 연구는 거의 이루어진 바가 없다.
1.1.3. 식물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
○ 식물플랑크톤은 해양생태계의 일차생산자로써 이산화탄소와 광에너지를 이용 하여 유기물을 생산하며 이들 광합성 산물은 해양생태계의 먹이망에서 가장
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
중요한 에너지 공급원으로 작용한다. 따라서 식물플랑크톤은 해양생태계의 생 물생산력을 결정하는 중요한 생물이다.
○ 식물플랑크톤은 분류군에 따라 생태계에서 기능적 역할을 달리하는데, 유사한 가능을 가진 그룹을 식물플랑크톤 기능그룹(Phytoplankton Functional Group,
PFG)으로 구분한다. 이들 기능그룹들은 해양의 생지화학적 순환에 있어 핵심
적인 역할을 담당한다.
○ 해양생태계는 전 지구적 기후/환경변화에 따라 급속한 변화가 예상되고 있다.
해양환경변화에 따라 식물플랑크톤 생체량, 군집구조 및 다양성의 변화가 진행 되고 있으며, 이러한 변화는 생태계의 구조 및 기능적 변화와 연동되어 나타 난다. 따라서 황해 생태계를 보호하고 지속적인 이용가능성을 유지하기 위해 서는 황해의 식물플랑크톤 생태계의 구조 및 기능의 이해와 환경변화에 연동 되는 생태계 변화에 대한 이해가 요구된다. 또한 황해에 적합한 모델을 개발 하고 향후 나타날 변화를 예측함은 물론 이를 이용한 해역 보존 및 이용방안 수립이 요구되는 시점이다.
1.1.4. 동물플랑크톤 조사 및 반응실험 연구
○ 동물플랑크톤은 해양생태계에서 식물플랑크톤과 상위 영양단계인 어류와의 연결고리에 해당되는 부분으로 황해 생태계 모델링을 위해서는 생태계 먹이망 에서 주요 중형동물플랑크톤 매개 변수 개발 및 지수화가 필요하다.
○ 해양생태계모델은 기본적으로 N(영양염)-P(식물플랑크톤)-Z(동물플랑크톤)의 연결고리를 포함하고 있으며, 식물플랑크톤과의 관계에서는 섭식률에 의하여 그 현존량과 종조성이 달라진다. 따라서 황해처럼 생지화학적 물질 수지가 급격 하게 변동하는 해역에서의 생태계모델 개발에 중요 구성성분 중의 하나인 동물 플랑크톤의 지수화는 매우 중요하다.
1.1.5. 박테리아, 원생동물 조사 및 반응실험 연구
○ 해양생태계는 이산화탄소와 광에너지를 이용하여 유기물을 생산하는 광합성 생물에 의해 생산성이 결정된다([그림 2-1-1]). 광합성 생물에 저장된 에너지는 동물플랑크톤에 섭식되어 상위영양단계로 전달되거나(섭식 먹이망), 용존유기물 로 전환되어 박테리아 → 원생동물 → 동물플랑크톤을 경유하는 미생물먹이망 을 통해 상위단계로 전달된다.
○ 미생물 먹이망을 통한 에너지의 흐름은 섭식 먹이망과 경쟁적 관계에 있으며, 생태계의 이차생산성 결정에 중요하다. 예를 들어, 일차생산력이 미생물 먹이망을 통해 전달되면, 에너지 전달 효율을 감소시켜 유사한 일차생산력을 갖는 섭식 먹이망 우세 생태계에 비해 어획량이 감소될 수 있다. 따라서 박테리아와 원생 동물을 통한 에너지 흐름을 이해하고 정량적으로 예측하는 모델의 확립은 생태계 의 모델을 완성하는데 매우 중요하다.
[그림 2-1-1] 해양생태계에서의 물질흐름 모식도(Azam & Malfatti, 2007)
1.1.6. 어류 조사 및 반응실험 연구
○ 황해의 해양생태계를 이해하고 기후변화에 따른 어류 자원량의 변동을 예측하기 위해서는 어류군집의 특성과 구조 분석이 매우 중요하다.
○ 어류군집의 구조는 해양환경변화, 생물의 종간 상호작용, 어로활동 등의 직접적인 영향을 받는다. 해양생태계 내의 상위영양단계의 구성원인 어류군집의 변화는 먹이사슬을 통해 하위영양단계의 생태구조 변화에 직접적으로 영향을 미친다.
○ 어류의 군집 특성 분석을 위해서는 종별 분포, 먹이습성, 포식자, 성장률과 사망률, 산란특성, 지표어종, 지수개발 등의 다양하고 많은 생태정보는 물론 장기적이고 지속적인 자료 축적이 필수적이다.
○ 현재 어류의 종별 생태정보가 축적된 종들은 상업적 가치가 높은 종들로 제한 되어 있으며, 산란생태정보는 기후변화에 따른 어류자원의 구조 변화, 현존량 측정과 예측에 활용되는 중요한 인자임에도 불구하고 종별 산란생태정보는 소수의 종에 국한되어 있다.
황해 생태환경에 대한 결합모델링 및 물리-생지화학 과정 기획연구
1.2. 연구 목표
○ 황해 생태변수에 대한 현장조사 및 실험을 통하여 황해의 물리-생지화학 과정을 이해하며,
○ 환경 압력 및 기후 변화에 반응하는 최적의 생태계모델 개발을 위한, 생지화학적 구성 요소들의 특성과 상호작용을 반영할 수 있는 최적의 생태계모델 지수를 개발 한다.