505회 오션세미나
전 세계 미세플라스틱 수지에서는 누락되었지만
해양 미세플라스틱의 현재와 미래의 중요한 저장소가
될 수 있는 북극해 퇴적물
제 505회 오션 정기세미나에서는 북국해 퇴적물이 미래의 해양 미세플라스틱 저장소의 역할을 할 것인가를 다루는 연구 논문을 공부하였다.
<원문>
Seung-Kyu Kim, Ji-Su Kim, So-Young Kim, Nan-Seon Song, Hyoung Sul La, Eun Jin Yang, 2023. Arctic Ocean sediments as important current and future sinks for marine microplastics missing in the global microplastic budget, Science Advances, 9(27).
요약
유입량에 비해 예상치 못하게 낮은 해양 표면의 플라스틱 부하를 더 잘 이해하려면 확인되지 않은 저장소를 찾아야 한다. 이 논문에서는 서북극해(WAO)의 여러 지역에서 미세플라스틱(MP) 수지(budget)를 제시하고 북극 퇴적물이 전 세계 수지에서 누락된 MP의 현재와 미래의 중요한 흡수원 역할을 한다는 것을 보여준다. 연구팀은 퇴적물 코어 시료 분석을 통해 MP 퇴적량이 연간 3% 증가했음을 확인했다. 여름철 해빙 후퇴 지역 주변의 해수 및 표층 퇴적물에서 상대적으로 높은 MP 농도가 발견되었으며, 이는 얼음 장벽에 의해 MP가 축적되고 퇴적되는 현상이 촉진되었음을 의미한다. 연구팀은 WAO의 총 MP 부하를 15.7 ± 2.30 × 1016N과 0.21 ± 0.14 MT로 추정하며, 1930년 이후 퇴적물이 90%(질량 기준)인 것으로 나타났다. 이는 현재 해양 MP 부하의 전 세계 평균치를 초과하는 수치이다. 플라스틱 생산량의 증가에 비해 플라스틱 매립이 더디게 증가한다는 것은 플라스틱이 북극으로 전달되는 것이 지연되고 있다는 것을 의미하며, 이는 향후 이 지역에 더 많은 오염이 발생할 수 있음을 나타낸다.
주요 내용
▪ 연구 배경
전 세계 플라스틱 생산량은 연간 4억톤에 이르렀으며 2040년에는 두배로 증가할 것으로 예상되고 있다. 생산된 플라스틱의 1.5-4.1%가 해양으로 유입되고 그 양은 수백 톤에 이르는 것으로 연구되었다. 반면 기존의 연구 결과들은 해양플라스틱 부하량을 14,000-270,000톤으로 낮게 추정하여, 해양플라스틱의 잠재적 저장소가 존재할 것으로 여겨진다. 플라스틱의 부하량에 대한 추정치의 불일치와 더불어 어느 영역에 이들이 존재할 것인가에 대한 연구들도 상충된 결과들을 발표하였다. 마틴 등은 해양 플라스틱의 약 88%가 주로 수심 200~2000 m에 있는 해양 퇴적물에 미세플라스틱 및 중형플라스틱으로 존재한다고 추정하였고, 레브레톤 등은 해양플라스틱의 ~67%가 대형플라스틱 형태로 해안선을 따라 표착, 매립되어 있는 것으로 추정하였다. 이러한 모순은 전 세계 해양플라스틱 수지에 대한 불확실성을 보여주는 것이다. 미세플라스틱은 해류와 바람을 통해 북극과 같은 지역으로 이동하고 북극의 퇴적물은 저서 퇴적물에서 가장 높은 미세플라스틱 오염도를 기록하여, 중요한 저장소 역할을 할 것으로 보고되었다. 이 연구는 서북극해의 해수, 해저 표층퇴적물, 해저퇴적물 코어시료의 플라스틱의 오염도를 밝히고 이에 근거하여 서북극해의 미세플라스틱 현존량을 추정한다.
▪ 주요 결과
연구 지역은 서북극해 지역으로 이곳의 해수 깊이는 51-529 m이다. 표층퇴적물 시료는 2017년 척치해(Chucki Sea) 입구부터 여름철 해빙(sea ice)이 후퇴하는 범위의 서북극해 지역에서 6개의 정점을 선정하여 표면으로부터 2 cm 깊이까지 퇴적물을 박스코어법으로 채취하였다. 해수 시료는 같은 범위에서 5개의 정점을 선정하여 스텐레스 스틸 파이프를 이용해 채취하였다. 해저퇴적물 코어 시료는 표면퇴적물을 채취한 정점 중 하나를 선정하여 35 cm 깊이의 시료를 표면퇴적물 채취법과 동일한 방법으로 채취하였다. 하지만 미세플라스틱 분석은 상부 10 cm 시료만으로 진행하였으며, 이들은 1cm 별로 나누어 연대 측정과 더불어 폴리머 분석을 실시하였다. 해저퇴적물 시료는 건조 후 중량을 측정하였으며 개수 측정은 FTIR 분석을 통해 이루어졌다. 세 구획의 시료 모두 미세플라스틱의 검출한계는 20 ·㎛였다. 미세플라스틱과 해양 환경 변수와의 관계를 알아보기 위해 총유기탄소량, 클로로필a 양, 공극율도 측정하였다. 시료 처리 및 분석 중 발생할 수 있는 오염을 방지하기 위해 엄격한 통제 프로토콜을 준수하였다. 모든 잠재적 오염 효과를 완전히 배제하기 위해, 샘플 처리 중 사용된 폴리머 기반 제품에서 유래할 수 있는 모든 플라스틱 입자를 분석대상에서 제외하였으며 바탕시료를 만들어 시료 분석 전 과정에서 시료와 동일하게 분석하였다.
해저 표층퇴적물 내 미세플라스틱의 농도는 854 (± 180) N/kg였다. 처치해 입구 정점과 북쪽 여름철 해빙 경계선 정점에서 높았고 중앙부 정점에서 낮았다. 총유기탄소, 공극율과 미세플라스틱의 오염도와는 상관관계가 없었다. 하지만 100 ㎛ 이하의 미세플라스틱과 클로로필 a와는 유의미한 상관관계가 있었다. 이는 조류와 미세 플라스틱이 응고되어 응집력을 갖게 되어 해저로 가라앉는 현상에 기인한 것으로 추정된다.
해수 내 미세플라스틱의 농도는 8.21-70.4 N/kg였다. 해저 표층퇴적물 내 미세플라스틱 농도와 마찬가지로 처치해 입구 정점에서 높았고 서북극해 중앙부에서 낮았으며 여름철 해빙 경계선 정점에서 높았다. 두 구획 시료 정점들에서 가장 많이 발견된 미세플라스틱은 폴리프로필렌이었으며 다음으로는 폴리에틸렌, PET가 많이 발견되었다. 형태별로는 파편이 가장 많이 발견되었고 섬유형이 그 뒤를 이었다. 해저퇴적물 코어시료에서 최하부층의 연대는 1933년, 최상부의 연대는 2012년으로 추정되었다. 코어시료의 미세플라스틱 농도를 이용해 측정한 서북극해의 연대별 미세플라스틱 퇴적률은 전 세계 플라스틱 생산량의 변화와 잘 일치하는 증가 추세를 보였다. 이는 섬유형을 분리하여 살펴보아도 마찬가지였다. 각 층별로 섬유형과 필름형의 미세플라스틱의 개수와 크기를 비교해 보면 상층에서 높은 농도를 보였고 크기가 큰 미세플라스틱이 발견되었다. 파편의 크기 분포는 상층에서는 다양한 폴리머의 미세플라스틱이 발견되고 하부층으로 내려갈수록 크기가 작은 미세플라스틱이 발견되었다. 개수 기준으로 섬유형과 비섬유형의 크기 분포를 살펴보면 비섬유형의 경우 20-200 ㎛ 범위의 미세플라스틱이 가장 많이 발견되었고, 크기가 커지면서 감소하는 양상을 보였다. 반면 섬유형은 크기가 커지면서 더 많이 발견되는 양상을 나타내었다.
무게기준으로는 비섬유형의 경우 일정한 패턴을 보이지 않았으며 섬유형의 경우 크기가 커지면서 증가하는 양상을 보였다.
미세플라스틱은 작아지면서 개수가 기하급수적으로 증가하는 양상을 보이기 때문에 결과 비교시 시료 채취나 실험법에 따른 검출 크기 한계를 고려하는 것이 중요하다. 기존 연구들의 자료를 수집하여 북극해의 미세플라스틱 농도를 비교한 결과 북극해의 지리적 위치에 관계없이 검출 크기 한계가 작은 경우 높은 농도를 보였고, 큰 경우 낮은 농도를 보여 검출 크기 한계의 중요성을 뒷받침하였다.
이 연구에서 밝혀진 서북극해 퇴적물 내 미세플라스틱의 농도는 기존의 중위도 지역의 연구 결과와 비교해 볼 때 더 높은 것으로 나타났다. 코어시료의 농도를 고려하여 각 구획별로 서북극해의 미세플라스틱 현존량을 추정한 결과 3.3%가 해수에, 13.4%가 해빙에, 90.4%가 해저퇴적물 상부 10 cm 내에 퇴적되어있는 것으로 나타났으며 총량은 210,000톤이었다. 기존의 연구자료들을 이용하여 전 세계 미세플라스틱 현존량을 추정한 결과 대양에 9,300 만톤이, 해저퇴적물에 3,560 만톤이 존재하는 것으로 나타났다. 서북극해 미세플라스틱의 퇴적을은 3.05%로 플라스틱 생산량의 증가율인 8.4%와는 괴리가 있는 것으로 나타나 북극해로 플라스틱이 유입되는 것이 느리게 진행되는 것으로 보인다. 이는 당장 해양으로의 플라스틱 유입량을 줄이더라도 북극해로의 플라스틱 유입은 계속될 것이라는 것을 의미한다. 북극 퇴적물에 미세플라스틱이 많이 축적되면 저서생물과 생태계 구조에 영향을 미칠 수 밖에 없다. 이를 고려할 때 플라스틱 축적과 해빙의 관계, 플라스틱이 저서 생물에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 향후 연구와 장기적인 모니터링이 필요하다.
▪ 발제 후 토론
1) 이 논문은 기존 연구들이 제시한 의문점인, 해양의 플라스틱 유입량에 비해 현존량이 낮게 나타나는 이유를 밝히기 위한 연구의 하나로,
해양플라스틱의 거동을 밝히는 중요한 논문이 될 것으로 생각된다.
2) 서북극해가 해양플라스틱의 저장소 역할을 할 것임을 해양의 다양한 구획에서 통제가 잘 된 방법으로 미세플라스틱 농도와 현존량을 추정하여
제시함으로써 해양플라스틱 수지 이해에 많은 도움을 줄 것으로 예상된다.
3) 해양플라스틱 현존량 추정을 복잡하지 않은 수식을 통해 밝히고 있기 때문에, 이 주제에 관심이 있는 연구자들은 꼭 읽어볼 것을 권한다.
505회 오션세미나
전 세계 미세플라스틱 수지에서는 누락되었지만
해양 미세플라스틱의 현재와 미래의 중요한 저장소가
될 수 있는 북극해 퇴적물
이종수ㅣ (사)동아시아바다공동체 오션 책임연구원 ㅣ jongsulee@osean.net
제 505회 오션 정기세미나에서는 북국해 퇴적물이 미래의 해양 미세플라스틱 저장소의 역할을 할 것인가를 다루는 연구 논문을 공부하였다.
<원문>
Seung-Kyu Kim, Ji-Su Kim, So-Young Kim, Nan-Seon Song, Hyoung Sul La, Eun Jin Yang, 2023. Arctic Ocean sediments as important current and future sinks for marine microplastics missing in the global microplastic budget, Science Advances, 9(27).
요약
유입량에 비해 예상치 못하게 낮은 해양 표면의 플라스틱 부하를 더 잘 이해하려면 확인되지 않은 저장소를 찾아야 한다. 이 논문에서는 서북극해(WAO)의 여러 지역에서 미세플라스틱(MP) 수지(budget)를 제시하고 북극 퇴적물이 전 세계 수지에서 누락된 MP의 현재와 미래의 중요한 흡수원 역할을 한다는 것을 보여준다. 연구팀은 퇴적물 코어 시료 분석을 통해 MP 퇴적량이 연간 3% 증가했음을 확인했다. 여름철 해빙 후퇴 지역 주변의 해수 및 표층 퇴적물에서 상대적으로 높은 MP 농도가 발견되었으며, 이는 얼음 장벽에 의해 MP가 축적되고 퇴적되는 현상이 촉진되었음을 의미한다. 연구팀은 WAO의 총 MP 부하를 15.7 ± 2.30 × 1016N과 0.21 ± 0.14 MT로 추정하며, 1930년 이후 퇴적물이 90%(질량 기준)인 것으로 나타났다. 이는 현재 해양 MP 부하의 전 세계 평균치를 초과하는 수치이다. 플라스틱 생산량의 증가에 비해 플라스틱 매립이 더디게 증가한다는 것은 플라스틱이 북극으로 전달되는 것이 지연되고 있다는 것을 의미하며, 이는 향후 이 지역에 더 많은 오염이 발생할 수 있음을 나타낸다.
주요 내용
▪ 연구 배경
전 세계 플라스틱 생산량은 연간 4억톤에 이르렀으며 2040년에는 두배로 증가할 것으로 예상되고 있다. 생산된 플라스틱의 1.5-4.1%가 해양으로 유입되고 그 양은 수백 톤에 이르는 것으로 연구되었다. 반면 기존의 연구 결과들은 해양플라스틱 부하량을 14,000-270,000톤으로 낮게 추정하여, 해양플라스틱의 잠재적 저장소가 존재할 것으로 여겨진다. 플라스틱의 부하량에 대한 추정치의 불일치와 더불어 어느 영역에 이들이 존재할 것인가에 대한 연구들도 상충된 결과들을 발표하였다. 마틴 등은 해양 플라스틱의 약 88%가 주로 수심 200~2000 m에 있는 해양 퇴적물에 미세플라스틱 및 중형플라스틱으로 존재한다고 추정하였고, 레브레톤 등은 해양플라스틱의 ~67%가 대형플라스틱 형태로 해안선을 따라 표착, 매립되어 있는 것으로 추정하였다. 이러한 모순은 전 세계 해양플라스틱 수지에 대한 불확실성을 보여주는 것이다. 미세플라스틱은 해류와 바람을 통해 북극과 같은 지역으로 이동하고 북극의 퇴적물은 저서 퇴적물에서 가장 높은 미세플라스틱 오염도를 기록하여, 중요한 저장소 역할을 할 것으로 보고되었다. 이 연구는 서북극해의 해수, 해저 표층퇴적물, 해저퇴적물 코어시료의 플라스틱의 오염도를 밝히고 이에 근거하여 서북극해의 미세플라스틱 현존량을 추정한다.
▪ 주요 결과
연구 지역은 서북극해 지역으로 이곳의 해수 깊이는 51-529 m이다. 표층퇴적물 시료는 2017년 척치해(Chucki Sea) 입구부터 여름철 해빙(sea ice)이 후퇴하는 범위의 서북극해 지역에서 6개의 정점을 선정하여 표면으로부터 2 cm 깊이까지 퇴적물을 박스코어법으로 채취하였다. 해수 시료는 같은 범위에서 5개의 정점을 선정하여 스텐레스 스틸 파이프를 이용해 채취하였다. 해저퇴적물 코어 시료는 표면퇴적물을 채취한 정점 중 하나를 선정하여 35 cm 깊이의 시료를 표면퇴적물 채취법과 동일한 방법으로 채취하였다. 하지만 미세플라스틱 분석은 상부 10 cm 시료만으로 진행하였으며, 이들은 1cm 별로 나누어 연대 측정과 더불어 폴리머 분석을 실시하였다. 해저퇴적물 시료는 건조 후 중량을 측정하였으며 개수 측정은 FTIR 분석을 통해 이루어졌다. 세 구획의 시료 모두 미세플라스틱의 검출한계는 20 ·㎛였다. 미세플라스틱과 해양 환경 변수와의 관계를 알아보기 위해 총유기탄소량, 클로로필a 양, 공극율도 측정하였다. 시료 처리 및 분석 중 발생할 수 있는 오염을 방지하기 위해 엄격한 통제 프로토콜을 준수하였다. 모든 잠재적 오염 효과를 완전히 배제하기 위해, 샘플 처리 중 사용된 폴리머 기반 제품에서 유래할 수 있는 모든 플라스틱 입자를 분석대상에서 제외하였으며 바탕시료를 만들어 시료 분석 전 과정에서 시료와 동일하게 분석하였다.
해저 표층퇴적물 내 미세플라스틱의 농도는 854 (± 180) N/kg였다. 처치해 입구 정점과 북쪽 여름철 해빙 경계선 정점에서 높았고 중앙부 정점에서 낮았다. 총유기탄소, 공극율과 미세플라스틱의 오염도와는 상관관계가 없었다. 하지만 100 ㎛ 이하의 미세플라스틱과 클로로필 a와는 유의미한 상관관계가 있었다. 이는 조류와 미세 플라스틱이 응고되어 응집력을 갖게 되어 해저로 가라앉는 현상에 기인한 것으로 추정된다.
해수 내 미세플라스틱의 농도는 8.21-70.4 N/kg였다. 해저 표층퇴적물 내 미세플라스틱 농도와 마찬가지로 처치해 입구 정점에서 높았고 서북극해 중앙부에서 낮았으며 여름철 해빙 경계선 정점에서 높았다. 두 구획 시료 정점들에서 가장 많이 발견된 미세플라스틱은 폴리프로필렌이었으며 다음으로는 폴리에틸렌, PET가 많이 발견되었다. 형태별로는 파편이 가장 많이 발견되었고 섬유형이 그 뒤를 이었다. 해저퇴적물 코어시료에서 최하부층의 연대는 1933년, 최상부의 연대는 2012년으로 추정되었다. 코어시료의 미세플라스틱 농도를 이용해 측정한 서북극해의 연대별 미세플라스틱 퇴적률은 전 세계 플라스틱 생산량의 변화와 잘 일치하는 증가 추세를 보였다. 이는 섬유형을 분리하여 살펴보아도 마찬가지였다. 각 층별로 섬유형과 필름형의 미세플라스틱의 개수와 크기를 비교해 보면 상층에서 높은 농도를 보였고 크기가 큰 미세플라스틱이 발견되었다. 파편의 크기 분포는 상층에서는 다양한 폴리머의 미세플라스틱이 발견되고 하부층으로 내려갈수록 크기가 작은 미세플라스틱이 발견되었다. 개수 기준으로 섬유형과 비섬유형의 크기 분포를 살펴보면 비섬유형의 경우 20-200 ㎛ 범위의 미세플라스틱이 가장 많이 발견되었고, 크기가 커지면서 감소하는 양상을 보였다. 반면 섬유형은 크기가 커지면서 더 많이 발견되는 양상을 나타내었다.
무게기준으로는 비섬유형의 경우 일정한 패턴을 보이지 않았으며 섬유형의 경우 크기가 커지면서 증가하는 양상을 보였다.
미세플라스틱은 작아지면서 개수가 기하급수적으로 증가하는 양상을 보이기 때문에 결과 비교시 시료 채취나 실험법에 따른 검출 크기 한계를 고려하는 것이 중요하다. 기존 연구들의 자료를 수집하여 북극해의 미세플라스틱 농도를 비교한 결과 북극해의 지리적 위치에 관계없이 검출 크기 한계가 작은 경우 높은 농도를 보였고, 큰 경우 낮은 농도를 보여 검출 크기 한계의 중요성을 뒷받침하였다.
이 연구에서 밝혀진 서북극해 퇴적물 내 미세플라스틱의 농도는 기존의 중위도 지역의 연구 결과와 비교해 볼 때 더 높은 것으로 나타났다. 코어시료의 농도를 고려하여 각 구획별로 서북극해의 미세플라스틱 현존량을 추정한 결과 3.3%가 해수에, 13.4%가 해빙에, 90.4%가 해저퇴적물 상부 10 cm 내에 퇴적되어있는 것으로 나타났으며 총량은 210,000톤이었다. 기존의 연구자료들을 이용하여 전 세계 미세플라스틱 현존량을 추정한 결과 대양에 9,300 만톤이, 해저퇴적물에 3,560 만톤이 존재하는 것으로 나타났다. 서북극해 미세플라스틱의 퇴적을은 3.05%로 플라스틱 생산량의 증가율인 8.4%와는 괴리가 있는 것으로 나타나 북극해로 플라스틱이 유입되는 것이 느리게 진행되는 것으로 보인다. 이는 당장 해양으로의 플라스틱 유입량을 줄이더라도 북극해로의 플라스틱 유입은 계속될 것이라는 것을 의미한다. 북극 퇴적물에 미세플라스틱이 많이 축적되면 저서생물과 생태계 구조에 영향을 미칠 수 밖에 없다. 이를 고려할 때 플라스틱 축적과 해빙의 관계, 플라스틱이 저서 생물에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 향후 연구와 장기적인 모니터링이 필요하다.
▪ 발제 후 토론
1) 이 논문은 기존 연구들이 제시한 의문점인, 해양의 플라스틱 유입량에 비해 현존량이 낮게 나타나는 이유를 밝히기 위한 연구의 하나로,
해양플라스틱의 거동을 밝히는 중요한 논문이 될 것으로 생각된다.
2) 서북극해가 해양플라스틱의 저장소 역할을 할 것임을 해양의 다양한 구획에서 통제가 잘 된 방법으로 미세플라스틱 농도와 현존량을 추정하여
제시함으로써 해양플라스틱 수지 이해에 많은 도움을 줄 것으로 예상된다.
3) 해양플라스틱 현존량 추정을 복잡하지 않은 수식을 통해 밝히고 있기 때문에, 이 주제에 관심이 있는 연구자들은 꼭 읽어볼 것을 권한다.