해양에서 노령으로 죽는 것은 아무것도 없다. 모든 것은 섭취되고 남아 있는 것 모두는 폐기된다. 그러나 이러한 폐기물이 중요하다고 미국 캘리포니아 대학 산타바바라 캠퍼스(UCSB; University of California, Santa Barbara) 산하 지구 연구소(Earth Research Institute) 책임자인 해양학자인 David Siegel은 밝혔다.

전 세계 탄소 순환(global carbon cycle)에서 해양의 역할을 연구한 새로운 연구에서 Siegel과 그의 동료 연구진은 해양의 가치에 대하여 다루었다. 연구진은 먹이사슬의 하부에 있는 작고 미세한 동물성 플랑크톤과 식물성 플랑크톤의 생활주기를 지구 해양 탄소 수지를 평가하기 위하여 새로운 역학 모델(mechanistic model)에 통합했다. 연구진의 연구 결과는 Global Biogeochemical Cycles 저널에 온라인 판으로 발표됐다.

연구진은 연구진이 개발한 먹이망 기반 모델(food-web-based model)을 유도하기 위하여 일차 순 생산량(NPP; net primary production)의 결정을 포함한 인공위성 관측을 사용했다. NPP는 식물성 플랑크톤에 의해 수용성 이산화탄소로부터 유기물을 생산하는 순 생산을 의미한다. 연구진은 유기물이 가라앉는 것, 주로 조류의 축적과 동물성 플랑크톤의 배설물을 통하여 일어나는 수광대(euphotic zone, 일광이 잘 드는 상층 해양)로부터 유기 탄소를 수출하는 해양의 생물학적 펌프(biological pump)에 초점을 맞추었다. 일단 유기물이 수광대를 떠나 해양 깊은 곳에 가라앉을 때, 탄소는 한 계절 동안 또는 수세기 동안 격리될 수 있다.

연구진은 이 연구에서 인공위성 관측을 이용하여 생물학적 펌프의 효율과 강도를 모니터링하는 첫 단계를 생성했다고 UCSB 산하 지리학과 해양과학 교수인 Siegel은 밝혔다. 새로운 접근은 해양 먹이망의 역학을 고려하지 않고 실험에 의존한 이전의 방법과는 차별화된다고 Siegel은 밝혔다. 이전 연구의 실험적 접근으로 생성된 공간/시간 유형은 해양이 어떻게 작동하는지에 대하여 해양학자들이 생각하는 것과 일치하지 않는다고 그는 지적했다.

탄소는 대기 중에 존재하고, 토양, 해양 및 지구 지각에 저장된다. 이러한 저장소 사이에 일어나는 탄소의 이동을 흐름(flux)이라고 부른다. 연구진에 따르면, 해양은 저장, 수송 및 탄소 구성물질의 변환 등을 통하여 지구 탄소 순환에 있어서 중요한 구성 원소이다.

이러한 탄소 흐름을 정량화하는 것은 변화하는 기후에 대한 대기의 반응을 예측하는 데 중요하다고 Siegel은 밝혔다. 연구진이 해양 색상의 인공위성 측정으로부터 얻은 산란된 신호를 분석함으로써, 얼마나 많은 바이오매스가 매우 큰 또는 매우 작은 입자로 생성되는가를 계산하는 기술을 개발할 수 있었다고 Siegel은 밝혔다.

연구진의 결과는 연간 6 페타그램(petagram, Pg)의 평균 지구 탄소 수출 흐름을 예측했다. 기가톤으로 알려져 있는 페타그램은 100조 그램에 해당한다. 이러한 수치는 엄청난 양이며, 화석 연료의 연간 전 세계 배출에 상응하는 양이다. 현재 화석 연료 연소는 연간 약 9 Pg의 양이 대기로 흐르고 있는 것으로 나타났다.

이것은 얼마나 크고 작은 플랑크톤이 존재하는가의 문제이며, 어떤 에너지 흐름이 먹이망에 있는가의 문제라고 Siegel은 밝혔다. 이것은 단순하다. 이것은 실제 누가 무엇을 먹는가의 문제일 뿐 아니라, 각각의 생산성과 바이오매스에 대한 아이디어를 가지고 있다. 따라서 연구진은 모두 인공위성 자료에서 유래한 NPP, 식물성 플랑크톤 바이오매스 및 질량 분배를 공식화하기 위한 크기 구조 등을 결정하는 개선된 방안에 대하여 연구했다고 Siegel은 밝혔다.

연구진은 생물학적 펌프가 운영되는 상태를 보다 더 잘 이해하기 위하여 고안된 주요 현장 프로그램을 계획함으로써 연구진의 모델을 한 단계 진화시키는 중이다. Siegel은 생물학적 펌프의 이해가 중요하다고 결론지었다. 우리가 탄소가 어디로 이동하는지, 얼마나 많은 탄소가 유기물로 흘러가는지, 이러한 유기물이 공개-해양의 이산화탄소의 교환에 어떻게 영향을 끼치는지 및 우리가 배기관으로 배출하고 있는 화석 연료에 어떤 일이 일어나는지 등에 대하여 이해할 필요가 있다고 Siegel은 밝혔다.

 

 

 

 

Nothing dies of old age in the ocean. Everything gets eaten and all that remains of anything is waste. But that waste is pure gold to oceanographer David Siegel, director of the Earth Research Institute at UC Santa Barbara.

 

In a study of the ocean's role in the global carbon cycle, Siegel and his colleagues used those nuggets to their advantage. They incorporated the lifecycle of phytoplankton and zooplankton — small, often microscopic animals at the bottom of the food chain —into a novel mechanistic model for assessing the global ocean carbon export. Their findings appear online in the journal Global Biogeochemical Cycles.

 

The researchers used satellite observations including determinations of net primary production (NPP) — the net production of organic matter from aqueous carbon dioxide (CO2) by phytoplankton — to drive their food-web-based model. The scientists focused on the ocean's biological pump, which exports organic carbon from the euphotic zone — the well-lit, upper ocean — through sinking particulate matter, largely from zooplankton feces and aggregates of algae. Once these leave the euphotic zone, sinking into the ocean depths, the carbon can be sequestered for a season or for centuries.

 

"What we've done here is create the first step toward monitoring the strength and efficiency of the biological pump using satellite observations," said Siegel, who is also a professor of marine science in UCSB's Department of Geography. "The approach is unique in that previous ways have been empirical without considering the dynamics of the ocean food web." The space/time patterns created by those empirical approaches are inconsistent with how oceanographers think the oceans should work, he noted.

 

Carbon is present in the atmosphere and is stored in soils, oceans and the Earth's crust. Any movement of carbon between — or in the case of the ocean, within — these reservoirs is called a flux. According to the researchers, oceans are a central component in the global carbon cycle through their storage, transport and transformations of carbon constituents.

 

"Quantifying this carbon flux is critical for predicting the atmosphere's response to changing climates," Siegel said. "By analyzing the scattering signals that we got from satellite measurements of the ocean's color, we were able to develop techniques to calculate how much of the biomass occurs in very large or very small particles."
 
Their results predict a mean global carbon export flux of 6 petagrams (Pg) per year. Also known as a gigaton, a petagram is equal to one quadrillion (1015) grams. This is a huge amount, roughly equivalent to the annual global emissions of fossil fuel. At present, fossil fuel combustion represents a flux to the atmosphere of approximately 9 Pg per year.

 

"It matters how big and small the plankton are, and it matters what the energy flows are in the food web," Siegel said. "This is so simple. It's really who eats whom but also having an idea of the biomasses and productivity of each. So we worked out these advanced ways of determining NPP, phytoplankton biomass and the size structure to formulate mass budgets, all derived from satellite data."

 

The researchers are taking their model one step further by planning a major field program designed to better understand the states in which the biological pump operates. "Understanding the biological pump is critical," Siegel concluded. "We need to understand where carbon goes, how much of it goes into the organic matter, how that affects the air-sea exchanges of CO2 and what happens to fossil fuel we have emitted from our tailpipes."

 

[원문출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-03/uoc--ofw031114.php]