김여훈
(사)동아시아바다공동체 오션 연구원
yhkim@osean.net

잘 짜인 연구 설계로 계획 연구가 힘든 태풍의 전후 영향을 다각도로 평가해

제392회 오션 정기세미나에서는 2018년 홍콩을 강타한 태풍 망쿳이 해변의 쓰레기와 미세플라스틱 축적에 미치는 영향을 연구한 논문을 소개하였다.

초록
이 연구는 태풍 망쿳(2018년 9월 7일-18일)이 대형 쓰레기(>2.5 mm)와 미세 플라스틱(5 μm-5 mm)을 포함한 홍콩의 해양쓰레기 오염에 미친 영향을 평가하였다. 태풍 전후로 4개의 해변에서 오목한 지형 2곳과 노출 해안 2곳에서 시료를 반복채취하였다. 대형 쓰레기의 경우, 태풍이 지나가고 쓰레기의 양이 11.4배 증가했고, 태풍 전과 후 모두 플라스틱 쓰레기가 가장 많았다. 해변 퇴적물 내 미세플라스틱 역시 태풍이 지나간 뒤 증가 양상을 보였다(태풍 전: 188개/kg → 태풍 후: 335개/kg). 태풍으로 인한 대형 쓰레기와 미세플라스틱의 퇴적은 풍향과 폭풍해일, 지형, 정점의 방향과 도심지와의 근접성 등 다양한 요인의 영향으로 정점별 특이성을 보였다.

소개
열대 저기압(TCs, Tropical cyclone)은 해안 퇴적물을 침식, 이동, 재분포시켜 해변의 지형을 변화시킬 뿐만 아니라 이 과정에서 퇴적물 입자와 해양쓰레기의 크기와 조성에도 영향을 미친다. 북서태평양은 열대저기압 생성이 활발한 곳으로, 남/동아시아에서 열대 저기압은 태풍으로 불린다. 태풍 망쿳은 북서태평양에서 발생한 5등급 태풍으로 2018년 전 세계에서 세 번째로 강력한 열대 저기압이었다. 망쿳은 폭풍 해일로 저지대에 심각한 홍수와 침수 피해를 입혔으며, 강한 풍속과 강우를 동반하여 육상과 연안 환경에 대규모 교란을 야기하였다. 이 연구는 열대 저기압이 홍콩 해변에 퇴적된 해양 쓰레기의 조성과 패턴에 미치는 영향에 대한 정보를 제공한다.

연구방법
해변이 파랑에 노출된 정도에 따라 태풍 전후 해양쓰레기의 풍도와 조성 변화를 살펴보기 위해서 오목한 지형의 정점 2곳(P1,P2)과 돌출된 지형의 정점 2곳(E1,E2)을 선정하였다. P1과 E1 정점은 홍콩 서부 란타우 섬에, P2 정점은 조석 차가 적고 강의 유입이 있으며 도심지와 인접한 톨로 항구 내부에, E2 정점은 신계 지역 동부의 사이쿵 국립공원의 사질 해변에 위치한다. 해변 청소 활동 없이 태풍 망쿳이 홍콩을 강타하기 전 (2018년 13일-14일)과 후(2018년 9월 18일-19일) 저조기 동안 네 곳의 정점에서 시료를 채취하였다. 대형 쓰레기 조사는 미국 해양대기청(NOAA)의 해양쓰레기 평가 가이드라인을 따랐다.

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각 정점에서 저조기 동안 100 m 측선 내 5 m 폭 구간 4개를 무작위로 선정하고 후안에서 물가로 가면서 대형 쓰레기를 동정, 계수 그리고 무게를 측정하고 기록하였다. 대형 쓰레기 밀도는 단위 면적을 쓰레기 개수로 나누어 계산하였다(개/m²).

해안선 높이별(표착선, 해도기준면에서 1.5미터, 1미터 측선)로 가로 0.25 m X 세로 0.25 m 방형구 내 상부 2-3 cm의 표층 퇴적물을 채취하였다. 모든 퇴적물 시료는 자연건조하였다. 500g의 부분 퇴적물 시료를 ZnCl2 용액으로 밀도 분리하고 유기물을 제거한 뒤, 크기별로 여과하여 여과지에 남은 미세플라스틱 시료를 획득하였다. 1-5 mm 크기의 미세플라스틱은 육안으로 계수하고, 더 작은 크기의 미세플라스틱은 현미경을 이용하여 동정 및 계수하였다. 미세플라스틱은 모양, 표면 질감 그리고 색깔에 따라 구분했고 “섬유형”, “파편”, “발포형”, “필름형”, “펠렛” 5개 유형으로 분류하였다. 현미경 조사로 구분하기 힘든 플라스틱의 경우, FTIR(푸리에 변환 적외선 분광법)을 이용하여 정성분석을 수행하였다.

태풍 전후 해안 지형의 변화는 Emery 측정방법(Emery, 1961)으로 해안 길이에 수직인 세 개의 횡단선을 따라 높이를 측정하여 비교분석하였고, 퇴적물의 입도분석을 수행하였다. 조사 결과의 모든 통계분석은 R과 Minitab 18을 이용하였다. 자료의 정규성과 동질설 검정을 위해 샤피로-윌크 테스트와 레빈 테스트, 태풍 전후와 정점에 따른 쓰레기 밀도 변화 분석에는 삼원분산분석이 수행되었다. 이 외에도 요인별, 요인 간 영향을 평가하기 위해 다원분산분석을 수행하였다.

결과
대형 쓰레기의 평균 밀도는 태풍 전후 각각 0.047±0.076개/m², 0.54±0.48개/m²로 태풍이 지나간 뒤 11.4배 증가하였다. 그러나 대형 쓰레기 밀도가 통계적으로 유의하게 증가한 정점은 P2(10배)와 E2(52배)뿐이었다. 모든 정점에서 미세플라스틱의 평균 풍도는 태풍 전 188±223개/kg, 태풍 후 335±390개/kg로 증가하였다(p < 0.001). 태풍 유무와 관계없이 노출된 지형(141±166개/kg)보다 오목한 지형(382±389개/kg)의 정점에서 더 많은 미세플라스틱이 관찰되었다. 통계분석 결과, 조석 높이에 따른 미세플라스틱의 분포는 해변의 노출 정도와 함께 변화하는 양상을 보이지만, 태풍 유무와는 관련이 없는 것으로 나타났다. 대형 쓰레기의 밀도 변화처럼 미세플라스틱 풍도 역시 P2, E2 정점에서 태풍이 지나간 뒤 각각 3.9배, 2배 증가하였다.

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이 논문에서 미세플라스틱 크기는 3개 그룹(5-125 μm, 125 μm-1 mm, 1-5 mm)으로 나누었고, 태풍 전과 후 모두 125 μm-1 mm 그룹이 가장 우세한 것으로 나타났다. 미세플라스틱의 크기 분포는 특별한 패턴이 관찰되지 않았다. 태풍이 지나간 후, 발포형 미세플라스틱이 증가한 E2 정점 외에 나머지 모든 정점에서 태풍 전후 섬유형 미세플라스틱이 가장 흔하게 발견되었다. PET와 PVC와 같은 고밀도 폴리머의 경우 태풍 전에는 발견되지 않았으나, 태풍이 지나간 후 소량 발견되었다. 태풍 전 가장 많이 관찰된 미세플라스틱은 나일론 > 폴리에틸렌 > 폴리프로필렌, 태풍 후는 나일론 > 폴리에틸렌 > 폴리스타이렌 순으로 나타났다.

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토의
대형쓰레기에서 나타나는 정점별 특이성은 태풍의 경로와 지형, 정점의 방향 그리고 인구수가 많은 도심지와의 근접성과 관련이 있다. P2 정점은 톨로 항구 내에 위치함에도 불구하고 북동쪽을 향하고 있어 태풍의 직접적인 영향을 많이 받았다. 4.71 m의 조석 높이를 기록했던 강력한 폭풍해일이 해양쓰레기를 해변으로 이동시킨 주요인이었다. P2 정점은 또한 백만 명이 주거하는 도심지에 위치하기 때문에, 강풍과 폭우로 인해 육상에서 기인한 쓰레기가 강으로 유입되어 운반됐을 가능성이 있다. E2 정점은 남동쪽을 향하고 국립공원 안에 있어 태풍과 인간에 의한 쓰레기의 영향을 적게 받은 것으로 보인다. 모든 정점에서 대부분의 대형 쓰레기는 플라스틱으로 나타났다. 비교적 가벼운 플라스틱 쓰레기가 바다를 부유하다가 태풍에 의해 해변으로 밀려온 것으로 생각된다.

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대형 쓰레기와 유사한 미세플라스틱의 증가 양상은 태풍으로 인한 홍수로 육상에서 어마어마한 양의 미세플라스틱이 강으로 유입되었고 결국 바람과 표층 해류에 의해 이동되어 퇴적된 결과로 해석된다. 선행연구에 따르면, 태풍에서 기인한 파랑 에너지는 퇴적물을 침식시키고 재분포시키는 것으로 알려져 있다. 강력한 태풍 이후 재퇴적된 퇴적층의 경우, 퇴적물 입자가 조립해지는 경향이 나타나는데 이것은 침수된 퇴적물 중 작은 입자의 경우 강한 파랑 에너지에 의해 외해로 씻겨나가기 때문이다. E2와 P2 정점 역시 태풍 후 퇴적물의 입도가 조립해졌다. 다만, 이 과정에서 미세플라스틱은 무작위로 퇴적되기 때문에 조석 높이에 따른 입도 세 그룹의 분포 변화는 예측하기 어렵다. 태풍 이후 고밀도 폴리머가 발견된 이유는 태풍 내습 시, 강력한 수직 혼합의 결과로 해저에서 해안으로 이동한 것으로 파악된다.