대양 중층생태계의 특성과 생•물리•화학 과정의 연계성: 무인잠수정 선단을 활용한 중층성 생물의 수직 이동 및 혼합 과정 모니터링

Abstract

중층생태계는 수심 100m 〜 800m 내에 주로 동물플랑크톤 및 소형 어류의 군집으로 존재하며 음파를 활용한 해저 지형 탐사 센서에 마치 해저면처럼 나타날 정도로 밀집되어 존재한다. 이러한 중층 생물 군집층을 Deep Scattering Layer （DSL）이라고 하는데，DSL은 해수의 물리적 움직임으로는 설명할 수 없을 정도의 빠른 속도인 1〜3 m/s 로 매일 수직 이동을 하고 있다. 이러한 밀집된 생물군의 빠른 수직 이동은 물리적으로 난류 발생을 일으킬 가능성이 있으며，이를 정량화하는 것은 매우 중요한 과제라 할 수 있다. 실제로 동물플랑크톤의 수직 이동 시에 난류도가 10,000 배 이상 급격하게 증가한다는 사실이 사이언스지에 보고가 되었으나，이후 다른 연구자들에 의해서 난류도는 높아지지만 혼합으로의 에너지 전환 효율이 매우 낮아혼합을 증가시키는 실효성은 없다고 알려져 있었다. 그러나， DSL은 동물플랑크톤 뿐 아니라 소형 어류의 대규모 군집이며，기존에 난류도 증가를 보였던 연안 경우와 달리 10 배 이상의 빠른 수직 이동속도를 가지고 있기 때문에 실질적 혼합과정에 기여할 가능성이 매우 높다. 최근 네이처지에 보고된 바에 의하면，단일 동물플랑크톤의 수직 이동은 에너지 전환 효율이 낮지만，군집으로 이동하는 경우에는 높은 에너지 전환 효율을 가질 수 있음을 실험을 통해 입증하였다. 게다가 북서태평양 해역은 이중 확산이 나타날 수 있는 조건을 가지고 있기 때문에 비난류성 혼합에도 DSL 의 수직이동이 촉진체 역할을 할 수 있기 때문에，DSL 의 수직 이동에 따른 혼합 과정을 정량화하기 위한 연구는 매우 중요하다고 할 수 있다. DSL 내부의 생물 군집 분포와 특성에 대해서 거의 알려진 바가 없기 때문에，우선적으로 수중카메라 및 EK80 센서와 같은 sonar 를 탑재한 무인잠수정을 활용함으로써 자세한군집 분포와 특징에 관한 자료를 수집하는것이 필수적이다. 그러나 일반적인 스러스터 추진식 무인잠수정은 자체적 진동이 크기 때문에 혼합도를 측정하는 목 적 에 는 부 적 합 하 므 로 ， 난 류 와 생 지 화 학 적 변 수 를 동 시 에 측 정 할 수 있 는 수 중 글 라 이 더 를 운용함으로써 DSL 수직 이동에 따른 난류 증가도와 생지화학적 미세 변화를 모니터링하는 것이 필요하다. DSL 수직이동이 일어나는 시점은 일몰와 일출이 일어나는 불과 1-2 시간 이내이므로 여러 대의 수중글라이더와 무인잠수정을 동시에 복합적으로 운용하는 것이 중요하다. 순간적인 혼합도는 매우 작을 것으로 추정되지만，지속적으로 매일 일어나는 현상임을 감안할 때 이로 인해 생태계에 미치는 영향은 매우 클 것으로 사료되므로 일정기간 지속성 있는 관측이 요구된다. DSL 수직 이동에 따른 유의미한 혼합 증가는 유광대층으로의 새로운 영양염 공급 루트로서 기여할 수 있으며, 이로 인한 추가적인 carbon 고정 및 DSL 수직이동에 따른 심층으로의 carbon 제거 과정과 맞물려 해양의 새로운 이산화탄소 제거 기작을 밝히는데 중요한 역할을 할 것으로 사료된다.