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  • 제326회 세미나; 1957년부터 2066년까지 해양 상부의 비보존성 미세플라스틱의 농도 예측

  • 19.04.23
    조회수 124
첨부파일
이종수
(사)동아시아바다공동체 오션 연구원
leesavannah@hanmail.net

1957년부터 2066년까지 해양 상부의 비보존성 미세플라스틱의 농도 예측



이 논문은 제326회 오션 정기세미나에서 공부한 것으로 해양의 미세플라스틱을, 유입된 환경에서 체류시간이 지나면 사라지는 비보존성 물질로 보고 1957년부터 2066년까지 해양 상부에서의 이것들의 농도변화를 예측한 모델을 다루고 있다. 

원문
Atsuhiko Isobe, Shisuke Iwasaki, Keiichi Uchida, Tadashi Tokai, 2019. Abundance of non-conservative microplastics in the upper ocean from 1957 to 2066, Nature,

요약
실험실에서의 연구는 해양생물이 미세플라스틱을 섭취하여 악영향을 받을 수 있다고 말한다. 하지만 해양 환경의 미세플라스틱이 농도를 정량화하지 않으면 이러한 실험적 연구는 비현실적인 농도를 사용했다는 비난을 받을 수 있다. 우리는 이 연구에서 남극에서 일본까지 시행한 조사와 모델을 통해 1957년부터 2066년까지 해양 상부의 미세플라스틱의 농도를 예측하였다. 미세플라스틱이 오염은 특히 북반구에서 진행되고 있으며 대양의 미세플라스틱은 상층에서 작용하는 제거 과정 때문에 비보존성 물질로 여겨지고 있다. 체류시간을 3년으로 규정한 이 연구 모델은 아열대 환류대에서의 미세플라스틱의 농도가 2030년까지 두 배로, 2060년까지 네 배로 증가할 것이라고 예측한다.

주요 내용
해양의 미세플라스틱의 오염 연구에서 가장 중요한 측면 중 하나는 현재와 미래의 양을 정량화하는 것이다. 하지만 실제 해양에서의 농도를 지도에 표시하는 것은 전 세계 대양에서의 충분한 조사 자료가 없기 때문에 어려운 일이다. 우리는 이를 실행하기 위해 남극해에서 일본까지 남반구와 북반구를 종단하는 조사를 실시하였다. 이 연구에서는 2016년 실시한 조사 자료를 재현한 입자추적모델을 사용하여 미래의 농도를 예측하였다. 대양 표층에서의 미세 플라스틱은 영구적으로 머무는 입자가 아니라 해저로 가라앉음, 생물체 흡착, 해변 표착, 파편화 등을 통해 사라진다. 이번 연구의 모델에서는 표층에서 가라앉는(사라지는) 요인을 하나로 한정하여 입자의 농도를 예측하였다. 여기서 연간 유입원으로부터 유입된 입자는 다음의 식을 통해 줄어든다. 여기서 모델 입자는 2016년 조사 자료와 일정하다. Goldenstein et al.(2012)에 의해 기록된 10년 주기 변화를 따른다고 가정한다.

Q = Qe -t / τ 
( t= 유입된 후 경과 시간, τ = 입자가 상층에 체류하는 시간)

또한 38번 정점의 관찰된 농도를 가장 가까운 셀에서 예측된 농도로 전환시켜 모델 입자의 수를 실제 해양에서의 미세플라스틱의 농도로 전환시켰다. 모델 결과 대부분의 미세플라스틱이 북반구에 존재하며 특히 남지나해와 북태평양 중앙에 축적되는 것으로 나타났다.

조사 결과는 북반구에서 남반구로 갈수록 농도가 지수적으로 줄었다. 20-38번 정점에서의 수가 300-5000 ㎛이하의 미세플라스틱 전체 수의 81%를 차지하였고 중형 플라스틱 수의 91%를 차지하였다. 모델 입자와 조사된 농도를 자세히 비교해 보면 그럴듯한 체류시간을 추정할 수 있다. 지수함수의 기울기는 체류시간이 감소할수록 조사량과 차이가 많이 나(기울기가 커짐) 과대평가되는 것을 알 수 있다. 반면에 체류시간이 증가하면서 부피당 무게는 과장되는 것으로 나타났다. 이로써 모델에서는 체류시간을 3년으로 정하였다. 이 모델로 해양 상층의 미세플라스틱의 양을 추정하면 2016년의 경우 고농도가 북위 30도 부근에서 나타났다. 계절의 차이도 뚜렷하게 관찰되었는데 여름의 농도가 겨울보다 훨씬 높았다. 2066년의 모델 결과도 비슷했지만 농도가 훨씬 높게 나타났다. 북위 30도 부근 서쪽에서 높은 농도가 나타났는데 이는 이전 연구에서 동물성플랑크톤의 농도가 높게 나타난 곳이다. 이는 미래에 이 지역의 유기체들이 미세플라스틱을 접해 피해를 입을 수 있기 때문에 관심을 기울여야 한다. 미래의 예측에서(본문 그림6 참조) 고농도를 보인 북위 30도 부근 태평양 서부의 미세플라스틱 집중 지역 세 곳을 일본에서 가까운 쪽으로 첫 번째, 두 번째, 세 번째 밀집지역이라 명명하고 자세히 살펴보면 세 곳 모두 2030년에 2016년의 두 배가 되고 2060년에 네 배가 됨을 알 수 있다. 첫 번째와 두 번째 지역에서 2060년 1000mg/㎥를 넘는 것을 알 수 있다. 이곳에서는 부유물질의 농도가 현재 10-600mg/㎥으로 관찰되는 곳이므로 2060년에 미세플라스틱이 비유기물 부유물질의 상당한 부분을 차지할 가능성이 높다. 세 번째 지역에서 미세플라스틱의 농도는 첫 번째와 두 번째보다 더 천천히 증가하는 양상을 보이는데(본문 그림8 참조) 이는 대부분의 미세플라스틱의 발생원이 서쪽(중국과 동남아시아)에 위치하기 때문이다. 또한 미세플라스틱이 태평양 동부로 이동하는데 시간이 걸리기 때문이다.

해양 유기물이 미세플라스틱에 노출되는 입자 크기와 농도에 대하여 미세플라스틱 조사와 생태독성학자들이나 환경학자들의 주장간의 간극도 존재한다. 실험실에서의 노출 실험에서 피해를 입히는 최소 크기는 조사나 모델에서 예측된 입자의 크기보다 한 단위에서 네 단위 작았고 입자의 농도 범위는 41%가 103-104mg/㎥이었다. 미세플라스틱이 보존된다고 하더라도 현재 해양 환경 수준에서는 농도가 104mg/㎥를 넘지 않을 것으로 추정된다. 이러한 농도는 2060년에 현실화 될 것 같다. 따라서 미세플라스틱은 북태평양 서부와 중앙에서, 미세플라스틱이 더 미세화 될 때, 이러한 입자들의 체류시간이 현재의 연구보다 더 길어질 때 북태평양 서부와 중앙에서, 현재보다 미래(2026년)에 더 위협적이 될 것 같다.
결론적으로 미관리플라스틱 양이 상당히 줄지 않는 한 해양플라스틱 오염은 돌이키지 못할 상황으로 갈 것이다. 이 연구는 생태독성학자들이나 환경학자들에게 유용한 정보를 줄 것이다. 또한 300㎛이하의 입자를 포함하는 효과적인 모니터링 기술이 표준화되어야 하며 체류시간을 여러 가지로 고려한 모델이 개발되어야 한다.

토론
이 연구는 여러 번의 방대한 조사를 통해 해양 미세플라스틱의 미래 농도를 예측한 것이로 미세플라스틱의 핫스팟을 찾는데 유용한 정보를 준다. 특히 현재의 핫스팟으로 알려진 동북아시아 지역이 2060년에도 핫스팟이 될 것이며 농도가 더욱 높아질 것이라는데 경각심을 가져야 한다.

미세플라스틱의 농도를 현실화 하는 것은 어려운 작업이다. 저자가 언급했듯이 조사 입자의 크기도 농도에 큰 영향을 미친다. 보다 작은 조사망을 사용한 조사 결과를 통해 생물체에 대한 이해를 높이는 현실적인 조사결과가 나와야 한다. 특히 만타넷(메쉬 크기 >300㎛)을 이용한 미세플라스틱의 조사는 20㎛의 메쉬 크기를 가진 망으로 대체할 필요가 있다.
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