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마그네슘, 구리, 몰리브덴, 코발트, 카드뮴, 아연 등 신진대사에 필요한 미네랄 다량 방출.
용해된 철 성분은 예상치보다 1천배 많아. 남쪽 바다에 비료 역할.

미량 원소 공급자 극지 얼음
녹는 물은 예상보다 더 많은 미량 영양소가 풍부하다.

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그린란드와 남극 빙하 아래에는 철과 함께, 티타늄, 크롬 또는 니켈과 같은 미량 원소가 예상보다 훨씬 더 많이 있다. 분석에 따르면 용융수에서 이 원소들의 함량은 지표수와 바다에 대한 일반적인 값을 몇 배 초과한다. 극의 용융수는 이전에 가정했던 것보다 생(Bio)지화학적 순환에서 더 중요한 역할을 할 수 있다. 

▲ 미세하게 분쇄된 퇴적물로 그린란드 빙상에서 흘러 나오는 녹은 물의 흐름은 회색으로 보인다. © Jon Hawkings / GFZ

그린란드와 남극의 킬로미터 두께의 얼음 아래에 강과 호수에 녹은 물만 모이는 곳이 있다. 얼음 덩어리의 엄청난 압력은 암석 조각과 굳지 않은 퇴적물을 심토에서 떼어내 잘게 부순다.
이것은 모든 생명체에 필수적인 철을 포함한 미량 원소뿐만 아니라 마그네슘, 구리, 몰리브덴, 코발트, 카드뮴 또는 아연과 같은 많은 신진대사 과정과 효소에 중요한 여러가지 금속도 방출한다.

빙하 아래에서 채취한 샘플

그러한 미량 원소가 얼음 아래에서 어떻게, 얼마만큼 배출돼서 인접한 생태계로 옮겨가는지 부분적으로만 알려졌다. 플로리다 주립 대학의 존 호킹스(Jon Hawkings)가 이끄는 국제 연구팀이 그린란드와 남극의 빙하 아래 해역에서 이러한 미량 영양소의 근원을 직접 조사한 이유다.

연구진은 남극의 빙상에 1천 미터 이상 깊이를 뚫고 길이 9km에 걸쳐서 “Mercer Subglacial Lake” 호수 15미터 깊이에서 샘플을 뽑아냈다. 그린란드에서는 레베레트 빙하(Leverett Glacier) 아래의 용융수 흐름에서 샘플을 채취했다.
과학자들은 실험실에서 우선 여러 단계를 거쳐 용융수 샘플을 여과한 다음 질량 분석법을 사용해 화학적 조성을 결정했다.

미량 원소가 풍부

그 결과 엄청난 양의 미량 원소가 얼음 덩어리 아래의 용융수에서 방출되며 이는 이전에 예상했던 것보다 훨씬 더 많았다.
예를 들어, 호킹스와 그의 동료들은 남극 머서 해에서 용존 철의 값이 가정했던 5μg(마이크로그램)이 아니라, 리터당 1mg(밀리그램)이라는 것을 보여 주었다.

티타늄, 알루미늄, 카드뮴 또는 니켈과 같은 기타 미량 원소의 농도는 강과 바다에서 여러 차례 일반적으로 측정된 값을 초과했다. Hawkings와 그의 팀은 "빙상은 용융수를 통해 전 세계적으로 상당한 양의 미량 원소를 수출한다. 따라서 그것들은 극지방 생지화학적 미량 원소 순환의 중요한 구성 요소로 간주되어야 한다”고 말했다.

얼음 아래 규산염 풍화

분석 결과 또 다른 사실도 밝혀졌다.
빙하 아래 녹은 물에 함유된 미량 원소의 상당 부분은 이 암석의 전형적인 기타 원소의 증가 수준에서 입증된 것처럼 바나듐, 알루미늄, 니켈, 크롬이 규산염 암석의 풍화에서 비롯된 것으로 보인다.
"이것은 빙하 시스템에서 규산염 풍화가 그다지 중요하지 않다고 여겼던 오래된 가정과 대조되는 결과다. 계곡 빙하는 일반적으로 탄산염 풍화의 지구 화학적 특성을 가지고 있기 때문이다"고 연구원들은 설명했다.

특히 그린란드 빙상의 경우, 그들은 지하 토양이 산악 지역보다 탄산염을 더 적게 함유하고 있고, 혹은 그곳에서 용융수의 체류 시간이 길어 미네랄이 풍화돼 일반적으로 더 느리게 용해된다는 사실이다. 이러한 차이가 원인으로 가능하다.

▲ 얼음 표면 아래 1천미터 깊이 남극 Mercer Subglacial Lake의 시추공. © Katryn Kasic / Montana State University

남쪽 해양을 위한 비료

그 결과, 녹은 물이 극지방의 영양 순환에 결정적인 역할을 하고 무엇보다도 남해의 경우에 더욱 그렇다는 것을 확인시켜 준다. 이것은 질소와 인의 형태로 충분한 양분을 가지고 있지만 철분이 거의 없어 식물성 플랑크톤의 성장을 제한한다.
최근 남극 빙상이 녹은 물 덕택으로 적어도 남쪽 바다의 해안 지역에 철분을 자연적으로 비옥하게 하는 것이 분명하다.

"오랫동안 미량 원소는 지구 순환에 거의 중요하지 않을 정도의 적은 양이 세계의 얼음 지역에서 발생한다고 가정했다"고 Hawkings는 설명한다. “그러나 우리의 결과는 빙상이 미량 원소의 지역적 동원에 핵심적인 역할을 할 수 있다는 것을 보여준다.”
추가 연구에서 연구팀은 지구 온난화 과정에서 얼음이 더 빨리 녹을 때 해양의 영양 공급이 어떻게 변하는지 명확히 할 계획이다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020,
doi: 10.1073/pnas.2014378117)
출처 : Helmholtz Center Potsdam-GFZ German Research Center for Geosciences

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Planet Earth"

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