| [독일] 북극 해빙에 숨어있는 유독한 수은의 발견
수은(mercury)은 북극 해양 생태계에서 우려를 낳고 있는 주요 오염물질 중 하나이다. 북극에서 수은 순환(mercury cycling)을 직접적으로 이해하려는 상당한 노력에도 불구하고, 북극 일년 해빙(first-year ice)으로 급격하게 대체되는 다년 해빙(multiyear sea ice) 내에서 수은의 역학에 대하여는 규명된 바가 거의 없다.
새로운 연구에서 수행된 빙핵 분석(ice-core analysis)은 기후 변화가 해빙이 녹는 것을 가속시키기 때문에, 북극 먹이사슬로 더 많은 메틸수은(methylmercury)이 유입될 것이라는 것을 보여주었다.
북극에 서식하는 동물과 거주하는 인간은 조직에 높은 양의 수은을 함유하는 경향이 있으며, 최근 연구진은 가장 독성이 강한 다양한 금속의 공급원이 증가하고 있다는 사실을 규명했다. 연구팀은 북극 해빙이 기후 변화로 기인한 빙하가 융해됨에 따라 증가된 속도에서 해양 생태계로 유입될 수 있는 다량의 메틸수은을 붙잡고 있다고 보고했다.
이 연구는 대양수의 상층에 위치한 오래 지속되는 빙하의 형태인 소위 다년 북극 빙하(multiyear Arctic sea)에서 메틸수은을 최초로 측정했다. 이 연구에는 참여하지 않았던 독일 브레멘 대학(University of Bremen) 소속의 화학 해양학자인 Lars-Eric Heimburger는 증가하는 기온을 이유로 더 많은 빙하가 녹을수록, 더 많은 메틸수은이 북극 먹이사슬(Arctic food webs)로 유입될 것이라는 사실을 제안하고 있기 때문에, 이 연구가 중요하다고 밝혔다.
수은은 석탄 발전소, 대기를 통하여 이동하는 산불 등과 같은 오염원으로부터 배출되어 북극에서 최종적인 생애를 마감한다. 일단 북극에 수은이 유입되면, 광화학 반응(photochemical reaction)이 금속을 산화시켜 빙하 위에 증착시킨다. 과학자들은 빙하에 있는 박테리아 종이 이러한 무기 수은(inorganic mercury)을 플랑크톤과 같은 해양 미생물이 쉽게 흡수하는 메틸수은으로 전환시키는 것으로 생각하고 있다. 실제로 메틸수은은 먹이사슬에서 더 높아지고, 위험 노출은 야생생물뿐 아니라 먹이사슬의 최상위에 있는 물개와 같은 동물을 섭취하는 토착민에게도 유발된다. 사실, 일부 연구들은 이뉴잇족(Inuit women, 캐나다 북부 및 그린란드와 알래스카 일부 지역에 사는 종족) 여성이 전 세계에서 혈액 중 수은의 전체 농도가 가장 높다고 결론내린 바 있다.
그러나 연구진은 얼마나 많은 수은이 북극에서 순환되는지, 얼마나 많은 수은이 북극에서 메틸화되는지에 대한 정보는 거의 확보하지 못하고 있다고 밝혔다. 북극에서의 이동에 고가의 비용이 소요되고, 빙하 시료를 적절하게 채취하기 어렵기 때문에, 북극에서 연구는 어려운 문제이다. 캐나다 매니토바 대학(University of Manitoba) 소속의 Sarah A. Beattie와 그녀의 동료 연구진은 메틸수은의 한 가지 가능한 유입이 북극으로 진행됨에 따라 다년 해빙을 연구하기를 바랐다.
연구팀은 2011년과 2013년 북극에서 2회에 걸쳐 별개의 탐험을 수행했다. 북극에서, Beattie와 동료 연구진은 탐험을 수행하는 것 이상에 대한 용기를 가져야만 했다. 또 연구팀은 2회의 탐험에서 불행을 겪게 된다. 2013년 9월 연구팀 중 세 사람이 헬리콥터 사고로 사망했다. 이러한 비극은 과학자들에게 동기를 부여하고, 나머지 연구진은 이러한 희생이 헛되지 않게 하고자 했다.
쇄빙선을 이용하여, 연구팀은 두 곳의 캐나다 북극 지역인, 보퍼트해(Beaufort Sea) 동부와 매클루어 해협(McClure Strait)을 탐험했다. 연구팀은 다년 해빙 핵을 추출했다. 쇄빙선에 설치되어 있는 무균실에서, 연구진은 CVAFS(cold vapor atomic fluorescence spectroscopy)를 이용하여 시료의 전체 수은 함량(total mercury content)을 분석했다. 대학으로 돌아와서, 연구팀은 메틸수은 함량을 평가하기 위하여 CVAFS와 함께 가스크로마토그래피를 함께 이용했다.
이 연구에서, 연구팀은 북극 다년 해빙에서 수은의 가능한 메틸화 반응(methylation)과 분포에 대하여 최초의 연구를 보고했다. 보퍼트해 동부와 매클루어 해협에서 수거한 세 개의 다년 해빙 핵을 기반으로, 전체 수은 농도는 벌크 해빙에서 0.65~60.8 pM 범위로 조사됐다. 이러한 수치는 입자상 물질의 역학에 기인한 최고 상층(topmost layer, 40 cm)에서 일어나는 것 중 가장 높은 것이다.
메틸화된 수은의 최고 농도는 2.64 pM이었다. 이러한 수치는 작은 것으로 보이지만, 메틸수은은 잠재력이 매우 크고, 메틸수은이 먹이사슬을 이동함에 따라 훨씬 더 높은 비율로 증가될 수 있다고 Beattie는 설명했다. 이러한 연구 결과를 근거로 Beattie 연구팀은 빙핵이 현재의 속도로 녹을 때, 매년 북극 생태계로 42kg의 메틸수은이 유입될 것으로 추정했다.
기후 변화가 메틸수은의 오염원에 어떻게 영향을 초래할 것인가를 보다 더 잘 이해하기 위하여, Beattie와 브레멘 대학 소속의 Heimburger는 연구진이 캐나다가 아닌 북극 지역에서 얼음을 채집해야만 했다고 밝혔다. 자료는 북극 전역에서 수은의 분포를 결정하는 데 도움을 줄 수 있다고 연구진은 밝혔다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 16일]
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Trove Of Toxic Mercury Lurks In Arctic Sea Ice
People and animals living in the Arctic tend to have high amounts of mercury in their tissues, and now researchers have uncovered a growing source of the most toxic variety of the metal. The team reports that Arctic sea ice holds large amounts of methylmercury that may enter marine ecosystems at increasing rates as the ice melts due to climate change (Environ. Sci. Technol. 2014, DOI: 10.1021/es5008033).
The study is the first to measure methylmercury in so-called multiyear Arctic sea ice, a long-lasting form of the ice that sits atop the open ocean waters. Lars-Eric Heimbürger, a chemical oceanographer at the University of Bremen, in Germany, who was not involved in the study, says the work is important because it suggests that as more of this ice melts due to rising temperatures, more methylmercury will enter Arctic food webs.
Mercury ends up in the Arctic as emissions from sources such as coal power plants and wildfires travel through the atmosphere. Once in the Arctic, photochemical reactions oxidize the metal and deposit it onto the ice. Scientists think bacteria species in the ice convert this inorganic mercury into methylmercury, which marine microbes like plankton easily take up. Eventually, the methylmercury makes its way up the food chain, posing a risk not just to wildlife but also to indigenous peoples who eat animals at the top of the chain, such as seals. In fact, some studies have concluded that Inuit women have among the highest blood concentrations of total mercury in the world.
But researchers know little about how much mercury cycles through the Arctic and how it gets methylated there. Research in the Arctic is a challenge because it’s expensive to travel there and difficult to sample ice properly. Sarah A. Beattie of the University of Manitoba and her colleagues wanted to study multiyear sea ice as one possible input of methylmercury into the Arctic.
The team made two separate journeys to the Arctic in 2011 and 2013. While there, Beattie and coworkers had to brave more than just the elements. They also suffered heartbreak. Three people, including Beattie’s Manitoba colleague Klaus Hochheim, died in a helicopter accident in September 2013. The tragedy served as motivation for the scientists, Beattie says. “We really didn’t want this sacrifice to be in vain.”
Traveling on an icebreaker, the team went to two Canadian Arctic sites—one in the Beaufort Sea, another in the McClure Strait. There, the researchers extracted multi-meter-long ice cores. In a cleanroom lab aboard the ship, researchers analyzed the samples’ total mercury content with cold vapor atomic fluorescence spectroscopy (CVAFS). Back at the university, they paired gas chromatography with CVAFS to assess the methylmercury component.
The ice cores had mercury concentrations ranging from 0.65 to 60.8 pM. Concentrations of the methylated form peaked at 2.64 pM. Those values may seem small, Beattie explains, but methylmercury is highly potent, and its concentrations can increase by a factor of a million or more as it travels up the food chain. Based on these findings, Beattie’s team estimated that, at the current rate of ice melt, 42 kg of methylmercury enters the Arctic ecosystem each year.
To better understand how climate change will affect this source of methylmercury, Beattie and Bremen’s Heimbürger say researchers should collect ice at non-Canadian Arctic sites. That data would help determine mercury distribution across the Arctic.
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