최근 전 세계적으로 지구환경변화에 대한 관심이 고조되면서 지구환경변화를 이해하고 예측하기위한 다양한 형태의 연구가 진행되고 있다. 특히 인류의 일상생활과 직접적으로 관계되는 많은 환경변화 중에서 홍수, 한발, 건조 등과 같은 장·단기의 기후변화에 관한 사항은 당면한 관심사 중 가장 주목받는 분야라 할 수 있다. 중·장기적인 시간 스케일로 고려했을 때 엘니뇨(El-Nino), 라니냐(La-Nina)로 이어지는 해양환경변화는 기후변화와 밀접한 관계를 가지는 것으로 인식되고 있다. 이러한 시대적 정황에 근거하여 본 연구실 소개에서는 최근에 진행되고 있는 기후변화에 대한 연구 중에서 열대 및 아열대지역에 분포하는 산호를 이용한 기후변화와 지역적 환경변화에 관한 연구사례를 살펴보기로 한다. 

 열대 및 아열대의 조초 생태계에서 대규모의 산호는 범 지구 규모의 기후변화에 대하여 많은 정보를 제공한다. 특히 산호는 광범위한 지화학적 정보를 골격(coral skeleton)속에 포함하고 있으며, 넓은 지역에 분포하고 있고 정확한 연대측정이 가능하다는 점에서 중요한 재료로 사용 가능하다. 기존 연구에 의하면 산호골격을 분석하여 범 지구규모의 기후변화에 대한 연구, 해양환경변화와 오염과 같은 지역적 환경변화 연구에 적용한 사례가 많다 (e.g., Gagan et al., 2000; Inoue et al., 2004). 여기서는 경산호 (hard coral)를 이용한 기후변화의 연구사례와 지역적 환경변화(오염)를 소개하기로 한다. 

   

 과거 십여 년 동안 새로운 기후변화 추적자를 찾으려는 노력이 집중되어 왔으며 자료의 획득과 측정을 위해 보다 정교한 수법이 개발되어 왔다. 그 결과 산호는 고기후 연구에 있어 매우 중요한 재료이며 특히 열대 및 아열대 해역의 기후변화 연구에 중요한 정보를 제공하고 있음이 밝혀졌다 (Gagan et al., 2000; Watanabe et al., 2001). 매년 1 cm 내외의 성장 속도를 보이는 산호는 계절에서 년 변화의 고분해 연구에 최적의 재료이며 열대해역 기후변화에 대한 불확실성을 해결하는데 중요한 정보를 제공하고 있다. 특히 역사적인 관측이 없는 과거 수 백 년에 이르는 연속적인 기록은 자연적인 한계와 더불어 사회적 관심과 관계되는 열대의 대기·해양간의 기후변화 변화양식을 밝혀줄 것으로 기대되고 있다.  

 

 산호를 이용한 기후변화 연구사례 중 가장 좋은 예가 Gagan et al. (2000)에 의해 수행된 연구결과이다. Fig. 1의 각 지점은 Gagan et al. (2000)이 인도양과 태평양에서 현재까지 얻어진 산호의 동위원소 자료를 통합하여 기후변화 연구사례를 고찰한 지점이다. 주지하다시피 남서태평양의 적색부분은 잘 알려진 온난수괴(Western Pacific Warm Pool : WPWP)를 의미하는 것이며 이는 연평균 평균 수온이 28℃ 이상인 지역으로 정의된다. 이 지역은 막대한 열에너지를 보유하고 있기 때문에 기후변화 연구에 꼭 필요한 지점으로, 특히 산호를 이용하여 기후변화 연구를 할 때는 이 지역에서의 산호채취와 현장조사가 필수적이다. Gagan et al. (2000)은 태평양과 인도양의 각 지역에서 현재까지 보고된 연구기록을 종합하여 (Fig. 1의 번호) 산호의 골격에서 수행한 산소동위원소 분석결과를 Fig. 2와 같이 정리하였다. 산호는 평균적으로 1cm 내외의 성장속도를 가지고 있기 때문에 괴상의 산호는 경우에 따라 수 백 년의 기록을 보유할 수 있다. 실재로 Fig. 2에는 지역에 따라 약간 다르기는 하지만 과거 수 백 년에 걸친 산소동위원소기록을 보여준다. Gagan et al. (2000)은 Fig. 2의 자료로부터 과거 3백년 이상에 걸친 지구규모의 기후변화를 해석하였다. 즉 전체적으로는 과거로부터 21세기로 오면서 지구기후가 점점 온난다습(Warmer/Wetter)해지는 경향을 보이고 있다고 해석했다. 또한 지역적으로 급격한 한랭화의 시기가 관측되었는데 이러한 시기에는 대규모의 화산활동 등 지구적인 환경변동 기록과 일치하고 있음을 지적했다.

 산호는 수천~수만의 개체가 모여서 군체를 형성하고 살아있는 연체 폴립의 하부에 경골의 탄산칼슘(CaCO3)을 형성한다. 골격은 횡간판을 위로 쌓아 올리면서 성장하며 군체의 직경은 대략 1m를 초과하고 경우에 따라서는 4~5m나 되는 것도 있다. 이와 같이 산호골격에는 나무의 연륜과 같은 성장륜(annual ring)이 존재하며 연륜의 수를 헤아리는 것으로 연대를 알 수 있다. 연륜에는 이것이 형성되어진 때의 여러 가지 정보가 포함되어진다. 골격의 성장속도는 년 1cm 전후이기 때문에 산호 골격연륜을 1mm간격으로 채취하여 분석하고 해석하면 과거 수 백 년간에 달하는 해수온 등의 변화를 월단위로 밝힐 수 있다.  

 산호골격 중 금속원소의 주성분은 칼슘이지만, 골격이 형성될 때 칼슘과 비슷한 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등을 해수로부터 흡수한다. 산호골격 중 칼슘에 대한 스트론튬 비는 해수온에 의해 결정되어진다는 것이 1970년대에 밝혀졌고, 최근에는 Sr/Ca도 분석법의 개선에 의해 높은 정도로 수온을 복원할 수 있게 되었다. 미량금속이 수온계로 이용할 수 있는 것은 해수 중에 탄산염과 이온 교환반응이 일어나기 때문이라고 생각된다. 
 즉, CaCO3 +Me2+ ？ MeCO3+Ca2+   산호골격의 주성분 칼슘과 산소이다. 산소에는 16O외에 18O라고 부르는 주된 동위체가  존재한다. 탄산칼슘이 수중에서 형성될 때 해수의 산소에서 산소동위원소교환이 행해진다.
 즉,  ⅓CaC16O3 + H218O ？ ⅓CaC18O3 + H216O 동위원소 교환이 평형한 상태에서 탄산칼슘이 형성되면, 탄산칼슘의 산소동위원소비(18O/16O, δ18O로 표현)는 해수의 산소동위원소비와 수온에 의해 결정된다. 그럼으로 산호속의 산소동위원소를 분석함으로써 과거 표층해수온도를 복원할 수 있으며, 결과적으로 기후변화에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있다.

 지금까지는 산호의 동위원소를 이용한 기후변화의 연구사례를 살펴보았다. 여기에 한 가지 더 추가하고 싶은 것은 산호를 이용하면 지역적인 환경오염(regional pollution)을 모니터링 할 수 있다는 점이다. 산호는 골격을 형성할 때 다양한 종류의 용존 금속을 이용한다. 주요원소는 Ca, Sr, Mg 등이지만 미량원소도 사용하게 되는데 비록 미량이지만 최근 분석기술의 발전과 함께 골격 속의 중금속을 이용하여 환경오염을 평가하고 있다 (e.g., Inoue et al., 2004).

 

 기존의 몇몇 연구들을 살펴보면 골격 속의 중금속 농도를 측정함으로써 오염현황의 진전정도, 또는 연안역에서의 용승(upwelling) 정도 등 다양한 정보를 제공하는 것으로 보고되었다. (Shen et al., 1987) Fig. 3은 마이크로네이사 폼페이 근처에서 얻어진 산호 골격 중의 금속원소 Cu, Sn를 분석하고 연대별로 도시한 것이다. Cu/Ca와 Sn/Ca는 유기주석 화합물이 세계적으로 사용이 허가 되었던 시점에 증가하는 것이 잘 나타나고 있다. 환경위해성의 영향으로 인해 TBT의 사용이 금지된 시점에서 부터는 현저한 감소를 보이고 있어 이 지역에서 Cu/Ca, Sn/Ca는 유기주석화합물이 사용되었던 시기와 일치하고 있으며 이러한 사실은 동 시기에 유기주석화합물에 의해 해양환경이 심각하게 악화되었다는 것을 의미하고 있다.

 이미 설명한 바와 같이 산호는 연륜띠 (annual ring or band)를 가지고 있다. 산호가 가지고 있는 나무와 같은 모양의 연륜은 시대별 환경변화를 복원하는데 가장 중요한 요소가 된다. 이 연륜을 화학적으로 분석하면 연륜이 만들어진 시기의 수온, 염분, 일사량 등의 기상, 해상요소를 읽어낼 수 있다. 특히 열대 및 아열대 해역에서의 산호를 이용한 연구는 지구의 기후변화에 관심을 가지는 오늘날, 기후변화에 대한 주요한 정보를 제공할 뿐만 아니라 기후변화 미래예측에도 유용하게 사용될 수 있다. 

 우리나라의 경우 산호가 많이 산출되고 있지는 않지만 산호의 북방 한계선인 제주도의 경우, 위에서 언급한 바와 같은 기후변화 및 환경변화 연구에 사용될 수 있는 산호가 출현하기 시작하고 있다. 이들 산호를 연구한다면 우리나라 주변의 기후변동 연구에도 유익할 것으로 생각된다. 또한 이미 기술한 바와 같이 산호골격 중의 중금속을 분석한다면 지역적인 오염의 진행상황 등도 동시에 모니터링 할 수 있을 것이다. 이미 살펴본 바와 같이 기후변동, 지역적 중금속 오염 등을 포함하는 일반 해양환경변화에 좋은 재료로 사용될 수 있는 만큼 산호를 이용한 연구가 더욱 활성화되길 이 연구실노트의 기고를 빌어 소망해 본다. 우리 연구원이 대양연구의 전진기지로 활용하고 있는 마이크로네시아의 축 기지에서 채취한 산호는 지구환경변화(기후변화)와 축 지역에서의 지역적 환경변화를 모니터링 하는데 좋은 재로로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 또한 제주지역에서 산호연구를 수행한다면 타 지역과의 비교연구를 통하여 기후변화에 대한 훌륭한 연구가 가능할 것이다.

※ 참고문헌
1.  Gagan, M.K., Ayliffe, L.K., Beck, J.W., Cole, J.E., Druffel, E.R.M., Dunbar, R.B., Schrag, D.P., 2000. New views of tropical paleoclimates from corals. Quaternary Science Review, 19, 45-64.
2. Inoue, M., Suzuki, A., Nohara, M., Kan, H., Edward, A., Kawahata, H., 2004. Coral skeletal tin and copper concentrations at Pohnpei, Micronesia: possible index for marine pollution by toxic anti-biofouling paints. Environmental Pollution, 129, 399-407.
3. Shen, G.T., Boyle, E.A., Lea, D.W., 1987. Cadmium in corals as a tracer of historical upwelling and industrial fallout. Nature, 328, 794-796.
4. Watanabe T., Winter A., Oba T., 2001. Seasonal changes in sea surface temperature and salinity during the Little Ice Age in the Caribbean Sea deduced from Mg/Ca and 18O/16O ratios in corals. Marine Geology, 173, 21-35.

2007-02-05