북대서양에서 번성하는 미세 해양 조류(microscopic marine alga)에 대한 과학적 예측은 해양에서 증가된 이산화탄소(carbon dioxide)의 결과로 이루어진 환경 변화라고 미국 존 홉킨스 대학(Johns Hopkins University) 소속의 연구진이 수행한 새로운 연구는 밝혔다.
그러나 작은 플랑크톤 개체에서 급속한 성장이 지구를 위하여 좋은 소식인지 또는 나쁜 소식인지 여부에 따라 이러한 연구 결과의 의미가 무엇인지를 확인하는 것이 남아 있다.
인위적인 이산화탄소 배출은 해양을 산성화시키고, 석회화(calcification)를 생성하는 요인은 일반적으로 부정적인 영향을 초래하는 것으로 예측되고 있다. 그러나 CPR(Continuous Plankton Recorder)로부터 얻은 자료를 이용하여, 연구진은 북대서양에서 인편모조류의 발생은 1965~2010년까지 2-20% 증가했다. 연구진은 이러한 변화에 대해 20개 미만의 가능한 환경 추진자를 조사하기 위하여 임의적 삼림 모델(Random Forest models)을 사용했다. 연구결과는 이산화탄소와 대서양의 수십 년에 걸친 진동이 가장 우수한 예측자로, 보다 더 높은 이산화탄소 수준이 성장을 촉진한다는 가정에 도달하게 해주었다. 41개 독립적인 실험실 연구의 모음은 연구진의 가정을 지지하고 있다. 이 연구는 이산화탄소와 기온의 증가가 탄소 순환(carbon cycling)에 중요한 식물성플랑크톤의 성장을 가속시킨다고 제안했다.
사이언스 저널에 발표된 연구는 1965년부터 2010년 사이에 단세포인 인편모조류(coccolithophores)의 개체가 10배 증가했다는 세부적인 사실을 제시했으며, 특히 1990년대 후반 이후 이러한 옅은 껍질의 부유하는 식물성플랑크톤의 개체는 크게 증가했다.
이상한 점은 우리가 생각할 수 있는 것보다 훨씬 더 빠르게 일어난다는 점이라고 이 연구의 5명의 저자 중 한 사람이며, 존 홉킨스 대학 Morton K. Blaustein 지구 및 행성과학부(Morton K. Blaustein Department of Earth and Planetary Sciences) 소속의 조교수인 Anand Gnanadesikan은 밝혔다.
Gnanadesikan은 사이언스 보고서가 특히 인편모조류를 섭취하는 피조물에게는 좋은 뉴스지만, 이러한 피조물이 어떤 개체인지는 명확하지 않다고 밝혔다. 우려할 만한 점은 연구 결과가 이러한 생태계의 기능이 얼마나 복잡한지에 대하여 우리가 아는 것이 거의 없다는 점이라고 지적했다. 결과는 급속한 생태계 변화(ecosystem change)의 가능성으로 조명하고 있으며, 이러한 생태계가 기후 변화에 어떻게 반응하는가에 대한 일반적인 모델이 너무나 보수적이라는 사실을 제안하고 있다고 그는 밝혔다.
1960년대 중반 이후 북대서양과 북해로부터 연속적인 플랑크톤 기록에 대한 조사 자료의 연구팀 분석은 해양에서 증가하는 이산화탄소가 인편모조류 개체의 갑작스러운 증가를 유발시켰다고 이 논문의 주저자이며 존 홉킨스 박사 과정 학생인 Sara Rivero-Calle은 밝혔다. 실험실 연구의 축적은 이러한 가정을 지지한다고 그녀는 밝혔다. 이산화탄소는 온실가스로 지구 온난화를 촉발하는 요인 중 하나이기 때문에, 과학적 근거와 일치한다는 사실이 이미 지적된 바 있다.
CPR로부터 얻은 현장 자료에 대한 연구진의 통계학적 분석은 인편모조류에서 증가를 예측하는 최적의 예측자가 이산화탄소라는 점을 지적하고 있다고 Rivero-Calle은 밝혔다. 수년에 걸쳐 이산화탄소의 배출 결과는 이미 일어나고 있으며, 이것은 빙산의 일각이다.
CPR 조사는 해양 먹이 사슬의 중요한 부분을 형성하고 있는 부유성 유기체인 플랑크톤의 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 프로젝트는 1930년대 초 북대서양과 북해에서 영국 해양 생물학자에 의해 착수됐다. 이 프로젝트는 상용 선박이 정기적인 경로로 항해할 때 물을 통과하는 기계적으로 플랑크톤을 수집하는 장치를 끌어서 수행됐다.
이 연구의 공동 저자인 미국 메인주 Bigelow 해양 과학 실험실(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences) 소속의 William M. Balch는 과학자들이 보다 더 높은 이산화탄소로 인한 해양 산성도가 이러한 백악질 껍질 유기체를 억제하는 것으로 예측해왔다. 그러나 실제는 다른 결과로 나타났다. 한편, 인편모조류 개체의 증가는 환경 변화의 역사적 지표와 일치한다.
인편모조류는 전형적으로 지구의 온난한 간빙기와 높은 이산화탄소 농도를 나타내는 기간 동안 더 풍부했다고 조류에 대한 저명한 과학자인 Balch는 밝혔다. 이 연구의 결과는 이러한 역사적인 기록과 일치하며, 석탄 광산에서 카나리아처럼 전조 증상이 될 수 있다고 Balch는 밝혔다.
인편모조류는 단일 세포 조류로 탄산칼슘(calcium carbonate) 또는 백악질로 구성된 옅은 원반의 독특한 클러스터에 스스로를 감춘다. 인편모조류는 대기 중 이산화탄소 수준에 한 요인인 탄산칼슘 순환에 중요한 역할을 한다. 단기적으로, 대기로부터 이산화탄소를 제거하기 어렵지만, 장기적으로 수 천 년의 기간을 고려하면, 인편모조류는 대기와 해양으로부터 이산화탄소를 제거하여 깊은 해양에 이산화탄소를 가두는 역할을 수행한다.
오랜 시간에 걸쳐, 인편모조류는 지구상에 자취를 남겨두고, 상당한 환경 변화를 보여주는데 기여했다. 영국 도버의 흰 암벽(White Cliffs of Dover)은 대량의 인편모조류의 침착으로 하얗게 보인다. 그러나 더 근접한 조사는 하얀색 침착이 실리콘으로 만들어진 유리 같은 껍질을 가진 유기체의 생성물에 의해 차단된다는 것을 보여 주었다고 Gnanadesikan은 밝혔다.
만약 우리가 인편모조류의 증가를 유발하는 것이 무엇인지 규명할 수 없다면, 우리는 이러한 변화가 무엇을 추진하는지 이해할 수 없다고 Gnanadesikan은 밝혔다.
Rapid plankton growth in ocean seen as sign of carbon dioxide loading
A microscopic marine alga is thriving in the North Atlantic to an extent that defies scientific predictions, suggesting swift environmental change as a result of increased carbon dioxide in the ocean, a study led a by Johns Hopkins University scientist has found.
What these findings mean remains to be seen, however, as does whether the rapid growth in the tiny plankton's population is good or bad news for the planet.
Published Thursday in the journal Science, the study details a tenfold increase in the abundance of single-cell coccolithophores between 1965 and 2010, and a particularly sharp spike since the late 1990s in the population of these pale-shelled floating phytoplankton.
"Something strange is happening here, and it's happening much more quickly than we thought it should," said Anand Gnanadesikan, associate professor in the Morton K. Blaustein Department of Earth and Planetary Sciences at Johns Hopkins and one of the study's five authors.
Gnanadesikan said the Science report certainly is good news for creatures that eat coccolithophores, but it's not clear what those are. "What is worrisome," he said, "is that our result points out how little we know about how complex ecosystems function." The result highlights the possibility of rapid ecosystem change, suggesting that prevalent models of how these systems respond to climate change may be too conservative, he said.
The team's analysis of Continuous Plankton Recorder survey data from the North Atlantic Ocean and North Sea since the mid-1960s suggests rising carbon dioxide in the ocean is causing the coccolithophore population spike, said Sara Rivero-Calle, a Johns Hopkins doctoral student and lead author of the study. A stack of laboratory studies supports the hypothesis, she said. Carbon dioxide is a greenhouse gas already fingered by scientific consensus as one of the triggers of global warming.
"Our statistical analyses on field data from the CPR point to carbon dioxide as the best predictor of the increase" in coccolithophores, Rivero-Calle said. "The consequences of releasing tons of CO2 over the years are already here and this is just the tip of the iceberg."
The CPR survey is a continuing study of plankton, floating organisms that form a vital part of the marine food chain. The project was launched by a British marine biologist in the North Atlantic and North Sea in the early 1930s. It is conducted by commercial ships trailing mechanical plankton-gathering contraptions through the water as they sail their regular routes.
William M. Balch of the Bigelow Laboratory for Ocean Sciences in Maine, a co-author of the study, said scientists might have expected that ocean acidity due to higher carbon dioxide would suppress these chalk-shelled organisms. It didn't. On the other hand, their increasing abundance is consistent with a history as a marker of environmental change.
"Coccolithophores have been typically more abundant during Earth's warm interglacial and high CO2 periods," said Balch, an authority on the algae. "The results presented here are consistent with this and may portend, like the 'canary in the coal mine,' where we are headed climatologically."
Coccolithophores are single-cell algae that cloak themselves in a distinctive cluster of pale disks made of calcium carbonate, or chalk. They play a role in cycling calcium carbonate, a factor in atmospheric carbon dioxide levels. In the short term they make it more difficult to remove carbon dioxide from the atmosphere, but in the long term - tens and hundreds of thousands of years - they help remove carbon dioxide from the atmosphere and oceans and confine it in the deep ocean.
In vast numbers and over eons, coccolithophores have left their mark on the planet, helping to show significant environmental shifts. The White Cliffs of Dover are white because of massive deposits of coccolithophores. But closer examination shows the white deposits interrupted by slender, dark bands of flint, a product of organisms that have glassy shells made of silicon, Gnanadesikan said.
"These clearly represent major shifts in ecosystem type," Gnanadesikan said. "But unless we understand what drives coccolithophore abundance, we can't understand what is driving such shifts. Is it carbon dioxide?"
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
