[미국] 다트머스 대, 세계 강 '전례 없는' 변화 나타낸 연구 발표

댐과 토지 사용이 퇴적물 흐름 변화시켜

수리남과 가이아나 국경의 마로니 강은 1993년에 비교적 변화가 없었지만, 2021년까지 삼림 벌채로 인해 진흙이 흘러내렸다. [사진제공 = NASA Landsat/U.S. 지질 조사]

 

강의 기능은 강이 얼마나 많은 양의 퇴적물을 운반하고 퇴적하느냐에 따라 크게 영향을 받는다. 

강의 퇴적물(대부분 모래, 토사 및 진흙)은 강 하류 및 하구에 서식하는 생물에게 서식지를 제공하기 때문에 중요한 생태학적 역할을 한다. 또한 범람원의 농업 토양에 영양분을 공급하고 삼각주와 해안선에 모래를 운반하여 기후변화로 인한 해수면 상승을 완충함으로써 인간의 삶에도 중요한 역할을 한다.

그러나 이러한 기능은 현재 위협을 받고 있다. 미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받고 『사이언스(Science)』지에 게재된 다트머스(Dartmouth) 대학교의 한 연구팀의 새로운 연구에 따르면 인간이 지난 40년 동안 강 퇴적물 운반에 전례 없는 변화를 가져왔다는 것을 보여준다.

연구진은 NASA-미국 합동위성영상이용지질조사 랜샛 프로그램(NASA-U.S. Geological Survey Landsat program)과 하천 유량 데이터를 통해 1984년부터 2020년까지 세계에서 가장 큰 강 414개에서 바다로 운반된 퇴적물 양의 변화를 조사했다.

수석 저자인 에반 데티에(Evan Dethier)는 "인간은 최근 지질학적 기록에서 전례 없는 속도로 세계에서 가장 큰 강을 변화시킬 수 있었다"라며, "강이 운반하는 퇴적물의 양은 일반적으로 강우량이나 산사태 또는 초목의 여부와 같은 유역의 자연적 과정에 의해 결정된다. 우리는 인간 활동이 이러한 자연적인 과정을 압도하고 기후변화의 영향을 능가한다는 것을 발견했다"고 말했다.

연구 결과에 따르면 북미, 유럽 및 아시아와 같은 지구 북부 지역에 20세기에  확산된 댐 건설로 인해 이전에 비해 강에서 바다로 수인성 퇴적물의 운반이 전 세계적으로  49% 감소됐다. 그러나 남미, 아프리카 및 오세아니아 등 지구의 남쪽 지역에서는 주요 토지 사용 변화로 인해 강의 3퇴적물 운반이 36% 증가했으며 대부분 삼림 벌채와 관련이 있다.

북부 지역에서 댐 건설은 지난 몇 세기 동안 강의 주요 변화 요인이었다. 댐과 댐 제거를 연구하는 다트머스 대학교의 지리학자이자 공동 저자인 프랜시스 매길리건(Francis Magilligan)은 "이 연구의 동기 중 하나는 대규모 댐 건설의 세계적 확장이었다"고 말했다.

강은 운반하는 퇴적물로 인해 범람원, 모래톱, 강 하구 및 삼각주를 만든다. 그러나 댐이 설치되면 영양분을 포함한 퇴적물의 공급이 차단되는 경우가 많다.

북부 지역의 결과는 놀랍고 남쪽 지역에 닥칠 미래의 변화를 예고할 수 있다. 이 연구에 따르면 남미와 오세아니아에는 세계의 어떤 강보다 많은 퇴적물을 운반하는 아마존 강을 포함하여 큰 강을 위해 300개 이상의 댐이 계획되어 있다.

공동 저자이자 다트머스 대학교의 지구 과학자인 칼 렌쇼(Carl Renshaw)는 "강은 우리가 지구 표면에 대해 무엇을 하고 있는지를 보여주는 매우 민감한 지표이다. 토지이용 변화를 위한 온도계 같은 것이다"라며, "미국에서 토양 손실 위기가 있다는 것은 잘 알려져 있지만, 우리는 이 댐 뒤에 모두 막혀 있기 때문에 퇴적물 수출 기록에서 그것을 볼 수 없는 반면, 남반구의 강에 대한 신호는 볼 수 있다"라고 전했다.

댐이 퇴적물을 유지하는 방법과 토지 사용 관행이 하류 침식을 증가시키는 방법이 연구자들이 미래의 계획 결정 및 환경 관리 정책을 알리는 데 도움이 될 수 있기를 바라는 원칙이다.

[원문보기]

Study shows 'unprecedented' changes to world's rivers

Researchers find that dams and land use are altering flows of sediment

The way rivers function is significantly affected by how much sediment they transport and deposit.

River sediment — mostly sand, silt and clay — plays a critical ecological role, as it provides habitat for organisms downstream and in estuaries. It is also important for human life, resupplying nutrients to agricultural soils in floodplains and buffering the rise in sea levels from climate change by delivering sand to deltas and coastlines.

But these functions are under threat: In the past 40 years, humans have caused unprecedented, consequential changes to river sediment transport, according to a new study by scientists at Dartmouth, supported by the U.S. National Science Foundation and published in Science.

Using satellite images from the joint NASA-U.S. Geological Survey Landsat program and streamflow data, the researchers examined changes in how much sediment was carried to the oceans by 414 of the world's largest rivers from 1984 to 2020.

"Humans have been able to alter the world's biggest rivers at rates that are unprecedented in the recent geologic record," said lead author Evan Dethier. "The amount of sediment rivers carry is generally dictated by natural processes in watersheds, like how much rain there is or whether there are landslides or vegetation. We found that human activities are overwhelming these natural processes and outweighing the effects of climate change."

The findings show that widespread 20th century dam building in Earth's northern areas — North America, Europe and Asia — reduced the global delivery of water-borne sediment from rivers to the oceans by 49% relative to pre-dam conditions. However, in Earth's southern areas — South America, Africa and Oceania — sediment transport has increased in 36% of rivers due to major land-use changes, most of which are associated with deforestation.

In the North, dam building has been the dominant agent of change for rivers in the past several centuries. "One of the motivations for this research has been the global expansion of building large dams," says co-author Francis Magilligan, a geographer at Dartmouth who studies dams and dam removal.

Rivers are responsible for creating floodplains, sandbars, estuaries and deltas due to the sediment that they transport. However, once a dam is installed, that supply of sediment, including its nutrients, is often shut off.

The results in the North are striking and could foreshadow future changes to come for the South. The study reports that there are more than 300 dams planned for large rivers in South America and Oceania, including the Amazon River which carries more sediment than any other river in the world.

"Rivers are pretty sensitive indicators of what we're doing to the surface of the Earth — they are like a thermometer for land-use change," says co-author Carl Renshaw, an earth scientist at Dartmouth. "It's well-established that there's a soil loss crisis in the U.S., but we just don't see it in the sediment export record because it's all getting stuck behind these dams, whereas we can see the signal for rivers in the global South."

How dams retain sediment and how land-use practices are increasing downstream erosion are principles the researchers hope can be used to help inform planning decisions and environmental management policies in the future.

[출처 = National Science Foundation(https://beta.nsf.gov/news/study-shows-unprecedented-changes-worlds-rivers#hero-credit-caption) / 2022년 9월 12일]