- 심해열수 생태계가 형성되는 초기과정을 세계에서 처음으로 평가 -

국립연구개발법인 해양연구개발기구(JAMSTEC) 해양생물다양성연구분야 연구팀은 2010년 9월에 JAMSTEC의 지구심부탐사선으로 굴삭한 오키나와 트로프 수심 1,060m의 열수활동역에서 굴삭전부터 굴삭 40개월 후에 걸쳐 심해저의 생태계 모니터링을 실시하여 열수활동에 의존하는 생물군집(열수분출공 생물군집)이 서식지역의 변동에 의해 받은 영향 및 심해열수 생태계가 형성되는 변환과정의 초기단계를 세계에서 처음으로 밝혀내었다.

분석 결과, 굴산 전의 해저는 퇴적물로 덮여 있으며, 열수분출은 나타나지 않고 쌍각류가 우점하고 있었다. 굴삭지점 C0014 중심에서 서쪽으로 20~40m 정도 가면 해저는 암반이 되며, 그곳에서는 암반의 균열로부터 열수 용출이 나타났으며, 열수활동역 특유의 저생생물이 서식하고 있는 것으로 확인되었다.

굴삭지점 C0014에서는 합계 7개의 구멍이 굴삭되었지만, 그 중 하나는 해저밑 134m까지 이르며, 해저밑 열수저장지역가지 관통된 것이 굴삭공에서의 측정과 분석에 의해 확인되었다. 이 굴삭 11개월 후, 굴삭공 주변의 해저표면에서 열수의 용출이 시작되며, 해저 온도는 섭시 50도 이상 상승한 것이 해저에 설치한 온도계에 기록되었다. 해저의 물리화학 환경은 크게 변화되어 굴삭 25개월 후부터 해저의 퇴적물은 단단하게 되었으며, 38~40개월 후에는 금속제 온도센서를 삽입할 수 없을 정도로 단단해졌다. 이 현상은 열수성분에서 유래한 반응이라고 생각된다.

굴삭에 의해 쌍각류 조개류가 매설되었지만, 해저표면에서 열수가 용출하여 온도가 상승하기 시작한 이후, 해저는 백색 또는 핑크색의 박테리아 매트로 덮여 다수의 Shinkaia crosnieri의 서식이 관찰되었다. 굴삭에서 16개월 후에는 Shinkaia crosnieri가 1평방미터에 최대 43마리, 25개월 후에는 최대 110마리가 분포하고 있었다. 이 열수 생태계에 이주한 Shinkaia crosnieri뿐만 아니라, Alvinocaris longirostris류 및 Paralomis multispina류, Paralvinella류 등도 관찰되었다.

Shinkaia crosnieri의 성장을 굴삭 16개월 후과 40개월 후 비교한 결과, 16개월 후 개체의 대부분이 크며 작은 개체는 서식하고 있는 않았기 때문에 Shinkaia crosnieri는 인공 열수 분출공 주변 이외의 서식지로부터 새롭게 용출하는 열수의 존재를 감지하여 이 인공 열수 분출공 주변에 이동하여 서식하였다고 생각된다.

심해 열수 생태계에서 환경변화에 대한 적응으로는 지금까지 가까운 서식지로부터 플랑크톤 유생을 통해 신규로 생물이 가입되는 것이 알려져 있었다. 그러나 이러한 인공 열수 분출공을 이용한 일련의 관측결과 해석에 의해 우점하고 있었던 Shinkaia crosnieri에 관해서는 플랑크톤 유생을 통하지 않고 개체가 열수를 감지하여 가까운 서식지로부터 직접 이용하여 새로운 장소에 이동하였다는 것을 나타내고 있다. 이것은 환경변화가 발생하더라도 생물이 바로 이동하여 생태계가 유지될 가능성을 나타내고 있으며, 열수활동역에서 생태계가 어떻게 형성되는지 변환과정을 이해하는 데 상당히 흥미로운 지견을 얻었다.

이번 인공 열수분출공을 이용한 조사연구의 성과에 의해 열수활동역에서의 생태학에 새로운 지견을 얻을 수 있었다. 지금까지 심해환경의 변동에 관해서는 도호쿠지방 태평양 연안 지진 후의 조사에서 심해 및 해저환경이 뚜렷하게 변화하고 그에 따른 수괴, 저층의 생태계도 변화된다는 것을 밝혀내었다. JAMSTEC는 이러한 조사에 의해 해양환경에서 혼란에 대해 생태계가 어떻게 반응하는지에 대한 큰 숙제를 푸는 성과를 올렸다.

한편 해저자원에 관한 기술개발에서는 자원탐사에 관한 기술에 추가로 자원개발에 따른 환경 영향을 정확하게 평가하기 위한 지식과 기술이 요구되고 있으며, 지금까지의 조사연구에서 사용된 관측과 평가방법은 해저에서 수행되는 자원개발 시 환경영향평가에 전용될 것으로 예상된다. 이번 성과는 해저자원 개발과 환경보전의 균형을 잡기 위해 필요하게 되며, 생태계의 안정성과 복원력에 관한 지식 및 환경변화에 대한 생물군집의 거동을 모니터링하는 방법의 확립에 기여할 것으로 기대한다.

(그림 1) 오키나와 트로프 이헤야 북쪽 필드
(그림 2) 인공 열수 분출공의 장치
(그림 3) 박테리아에 덮인 해저 모습

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 4월 28일]