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- 해양 철분 시비는 철분이 부족한 해수면 근처에 철분 입자를 방출하는 방식
- 해양 철 비료 효과는 남극해와 적도 태평양에서 대기 중 CO₂를 가장 많이 제거
- "영양분 고갈"이 어류의 주요 먹이원인 대형 동물플랑크톤의 심각한 감소로 이어져
- 철분 시비로 인한 영양 결핍과 변화된 생태계는 수십 년 동안 지속될 것

해양 철분 시비는 이산화탄소를 영구적으로 격리할 수 있을까?
플랑크톤 대량 증식으로 기후 변화 대응

해양 철분 시비는 플랑크톤 대량 증식을 유도하여 대기 중 이산화탄소를 추가로 제거할 수 있다. 최근 한 모델 연구에서는 이러한 조치가 생태계에 미치는 영향, 이산화탄소 격리 기간, 그리고 기후 변화 대응 수단으로서의 적합성을 분석했다. 

▲ 해양 철분 공급으로 인한 플랑크톤 대량 증식 © DTatiana / depositphotos.com

미국 어바인. 기후 예측에 따르면, 인간의 이산화탄소 배출량으로 인해 파리 기후 협약에서 합의한 2도C 온난화 제한을 2050년대에 초과하게 될 것이다. 따라서 과학자들은 탄소 포집 및 저장(CCS)과 같은 대기 중 이산화탄소 제거 방법을 모색하고 있다. 또 다른 가능성 중 하나는 해양 이산화탄소 제거(mCDR) 방법의 일환인 해양 철분 시비다.

해양 철분 시비는 식물성 플랑크톤이 거의 모든 영양분을 이용할 수 있지만, 철분이 부족한 해수면 근처에 철분 입자를 방출하는 방식이다. 이는 조류와 플랑크톤의 대량 증식을 유발하며, 이 과정에서 생물들은 광합성을 통해 CO₂를 흡수한다. 실험 결과 해양 철분 공급이 플랑크톤 대량 증식을 촉발할 수 있음이 밝혀졌지만, CO₂가 해양에 얼마나 오랫동안 저장되는지, 그리고 생태계가 추가된 철분에 어떻게 반응하는지는 아직 명확히 규명되지 않았다.

해양 철분 공급의 복합 모델

캘리포니아 대학교 어바인(UCI)의 준 유(Jun Yu) 연구팀은 다양한 플랑크톤 종류와 해양의 질소 순환, 산소 균형, 해류를 연결하는 지구 시스템 결합 모델을 개발했다. 이 모델을 통해 연구팀은 철분이 공급된 해역 내 철분의 영향과 해류를 따라 넓은 지역으로 확산될 때의 영향을 시뮬레이션할 수 있었다.

이 모델은 남극해와 같이 철분이 부족한 지역과 해양 화학적 성질이 크게 다른 아열대 순환류를 포함한 10개 지역에서 60년 동안 중간에서 매우 높은 농도의 철분이 지속적으로 공급되는 상황을 시뮬레이션했다. 기존 연구들은 대부분 단일 철분 공급 사건만을 시뮬레이션한 바 있다.

해수 중 철의 상반된 영향

시뮬레이션 결과에 따르면, 해양 철 비료 효과는 남극해와 적도 태평양에서 대기 중 CO₂를 가장 많이 제거하는 것으로 나타났다. 그러나 두 해역의 근본적인 메커니즘은 상당히 다르다. 남극해에서는 철 비료 효과가 인접 해역의 영양분을 고갈시키지 않으면서 해당 지역의 식물플랑크톤 성장을 크게 촉진합니다. 이는 남극해 특유의 해류 순환 패턴 때문이다.

적도 태평양에서도 해양 철 비료 효과로 인해 해당 지역의 식물플랑크톤 성장이 크게 증가했다. 그러나 인접 해역에서는 하류 영양분 고갈로 인해 영양분 농도가 크게 감소했다. 즉, 식물플랑크톤의 왕성한 성장으로 인해 해류의 영양분이 부족해진 것이다. 따라서 해양 철 비료 효과는 적도 태평양 인접 해역의 생산성을 감소시키는 결과를 초래했다.

대형 동물플랑크톤의 심각한 감소

연구진은 이러한 "영양분 고갈"이 어류의 주요 먹이원인 대형 동물플랑크톤의 심각한 감소로 이어진다고 설명했다. 시뮬레이션에 따르면, 적도 태평양 해역의 0.35%에만 철분을 공급해도 전 세계 해양 표면의 최소 14%에서 대형 동물플랑크톤의 양이 최소 10% 감소한다. 이 해역에 철분을 공급하면 산소가 부족한 지역이 확대되고 플랑크톤 구성이 더 작고 영양가가 훨씬 낮은 종으로 바뀔 것이다.

남극해에서는 철분 공급의 효과가 정반대다. 남극해 해역의 0.2%에만 철분을 공급하면 대형 동물플랑크톤 성장에 적합한 해양 지역이 전 세계적으로 13% 증가한다.

CO₂는 영구적으로 격리될까?

이 연구는 철분 공급 단계뿐만 아니라 그 후 60년간의 회복 기간까지 살펴보았다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 남극해는 이 기간 자연 해류와 유사한 발달 양상을 보이며 빠르게 회복된다. 반면 적도 태평양의 회복은 훨씬 더 오랜 시간이 걸리며, 철분 시비로 인한 영양 결핍과 변화된 생태계는 수십 년 동안 지속될 것으로 예상된다.

시뮬레이션에서 볼 수 있듯이, 이산화탄소 흡수 패턴은 유사하다. 두 해역 모두 회복 단계에서 흡수된 이산화탄소의 약 절반이 대기 중으로 다시 방출된다. 남극해는 적도 태평양보다 더 오랫동안 이산화탄소를 흡수하며, 적도 태평양에서는 시뮬레이션 대상 해역 중 가장 빠른 속도로 이산화탄소가 대기 중으로 방출된다.

해양 철분 시비는 기후 전략으로서의 가능성?

연구진은 해양 철분 시비가 기후 변화 대응책으로서 배제되어서는 안 된다고 설명했다. 그러나 이 정책은 정치적인 이유로 문제가 될 수 있는데, 그 긍정적 및 부정적 효과가 특정 국가나 지역에만 국한될 수 없기 때문이다. 이는 대중의 수용성, 책임 소재, 그리고 기후 전략으로서의 적합성에 대한 의문을 제기한다. 더욱이, 해양 철분 시비를 통해 달성되는 CO₂ 흡수량을 정확하게 측정할 수 없으므로, CO₂ 배출권 배분 기준으로 활용하기 어렵다.
출처:
학술지 Nature에 게재된 연구 논문, doi: 10.1038/s41586-026-10795-y

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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