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곽철우의 블루카본 | 해조류가 육상식물보다 탄소 흡수율 높아

 

2024-10-04 곽철우


곽철우 박사는 1968년생으로 경남 밀양 출신이다. 1987년 공수특전여단에서 특임대 수중팀에 근무하며 바다를 접했다. 군 작전임무을 수행하기 위한 군사잠수로 잠수 관련 업무를 시작했다. 스포츠잠수, 산업잠수, 과학잠수를 겸비한 수중 생태복원 전문가다. 2014년 국립군산대학교에서 제주도 갯녹음 해역의 바다숲 복원에 관한 연구로 수산양식이학박사 학위를 취득했다. 해양 특급 기술자로 2000년부터 현재까지 한국해양환경생태연구소를 운영하고 있다. 한국해양환경생태연구소는 바다숲, 해조탄소단지 연구에 집중하고 있다. 부구를 활용한 해조탄소단지 조성 신기술, 조식동물 섭식제어장치를 이용한 바다숲 복원녹색기술, 혁신기술, 다수의 특허를 보유하고 있다. 성게의 조식압 감소를 위한 해조류 이식 방법 비교, 갯닦기 전후의 해중림초의 해조상과 시험 부착판에서의 해조류 초기 천이 등의 SCI 논문을 가지고 있다. 저서는 약 700종의 해양생물이 수록된  해양생태가이드북이 있고 해양수산 관련 고등학교, 대학교에서 특강을 통해 후진 양성에 노력하고 있다. 강원도 강릉 영진과 울산에 바다숲 단지 조성, 울산 우가 해역 바다숲 조성을 하고 있다. 해양경찰청 CSI자문위원과 한국해양수산진흥원 평가위원 등 관련 전문위원으로 활동 중이다.


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해조류의 탄소흡수능력, 육상 식물보다 10배 이상 뛰어나


육상에서 광합성으로 탄소를 흡수하는 종류를 ‘그린카본’이라고 한다. 해양에서 육상과 같이 탄소를 흡수하는 부분 중 해조류(海藻類)의 역할이 있다. 이것을 ‘블루카본’의 일부라고 보면 된다. 해조류는 육상의 ‘그린카본’보다 탄소 흡수 능력이 10배 이상 뛰어나다. 해조류는 바다에서 생장하는 식물이다. 해양에는 미생물, 식물, 동물 등 다양한 생물들이 살아가는 서식지로 해초류는 해양 생태계에서 중요한 역할을 한다. 홍조류, 녹조류, 갈조류로 구분하는데, 말 그대로 색깔로 구분되어 있다. 쉽게 갈색을 띠는 해조류, 녹색을 띠는 해조류, 붉은색을 띠는 해조류로 구분한다.


해조류는 색깔로 구분해

해조류의 종류는 색깔별로 구분하며 서식하는 수심에 따른 빛의 파장 흡수가 다르다. 녹조류는 얕은 수심에서 청색광을, 갈조류는 중간 수심에서 황색광을, 홍조류는 깊은 수심에서 적색광을 흡수하며 서식한다.

해조류는 해양 생태계의 다양성을 유지하고, 생태계의 안정성을 제공하는 등 여러 가지 생태학적 기능을 수행하는데 광합성을 통해 탄소를 고정하는 중요한 역할을 한다. 해조류는 호흡을 통해 탄소를 축적한다. 육상의 식물과 달리 해조류는 뿌리에서 영양분을 공급받지 않는다. 엽체의 광합성으로 탄소를 흡수한다. 흡수된 탄소는 후코이단(Fucoidan)의 형태로 탄소를 보관한다. 대형 갈조류의 종류는 대표적인 것이 미역, 다시마, 곰피, 감태, 대황이다. 각각 특성이 있다. 크게는 단년생(1년만 살아가는 해조류) 과 다년생(여러 해 사는 해조류)으로 구분한다. 단년생의 경우는 1년을 생장하다가 포자 혹은 유주자를 방출하고 사라진다. 다년생의 경우는 길게 5년까지 생장하고 매년 포자나 유주자를 방출한다. 단년생의 대표적인 해조류가 미역과 다시마다. 다년생은 공피, 감태, 대황이다.


광합성을 통해 탄소를 고정


해조류는 광합성을 통해 탄소를 고정시킨다. 태양에서 받은 빛의 에너지로 이산화탄소와 물을 이용해 당분을 합성하는 과정이다. 광합성은 엽록체 조직 내에 있는 엽록소라는 색소를 이용해 일어난다. 엽록소는 해조류가 태양빛을 흡수하고 에너지를 저장하는 역할을 한다. 이러한 광합성 과정을 통해 해조류는 자체적으로 영양분을 합성하여 성장하고 생존한다. 광합성을 통해 CO2를 외부로부터 체내로 유입하고 동시에 산소를 외부로 발생시키며 탄수화물이라는 최종 산물을 체내에 축적한다. 해조류의 광합성이 육상의 고등식물과 다른 점은 육상식물이 전적으로 대기 중의 CO2에 의존해 광합성을 하는 반면, 해조류는 해수에 존재하는 세 가지 무기탄소(CO2, HCO3¯와 CO3²¯)를 광합성 원료로 이용할 수 있다는 생리적 특성이 있다.

이 그래프는 해조류가 있는 켈프 숲(Kelp forest)은 해조류가 광합성을 통해 산소를 생산하기 때문에, 해조류가 없는 비어있는 해저(Barren)에 비해 DO가 높다는 것을 보여준다. DO는 Dissolved Oxygen의 약자로, 용존산소를 의미한다. 용존산소는 물 속에 녹아 있는 산소의 양을 나타내며, 수중 생물들이 호흡을 위해 중요하다
이 그래프는 해조류가 있는 켈프 숲(Kelp forest)은 해조류가 광합성을 통해 산소를 생산하기 때문에, 해조류가 없는 비어 있는 해저(Barren)에 비해 DO가 높다는 것을 보여 준다. DO는 Dissolved Oxygen의 약자로, 용존산소를 의미한다. 용존산소는 물 속에 녹아 있는 산소의 양을 나타내며, 수중 생물들이 호흡을 위해 중요하다
여름 동안 켈프 숲의 용존산소 농도는 약 9.5 mg/L로, 빈 해저의 8.2 mg/L보다 1.3 mg/L 높고 가을에도 켈프 숲의 용존산소 농도는 약 9.0 mg/L로, 빈 해저의 7.8 mg/L보다 1.2 mg/L 더 높게 나타났다. 이것은 해조류가 있는 곳이 없는 곳보다 일관되게 더 많은 산소를 공급하고 있다는 것을 보여준다.
여름 동안 켈프 숲의 용존산소 농도는 약 9.5 mg/L로, 빈 해저의 8.2 mg/L보다 1.3 mg/L 높고 가을에도 켈프 숲의 용존산소 농도는 약 9.0 mg/L로, 빈 해저의 7.8 mg/L보다 1.2 mg/L 더 높게 나타났다. 이것은 해조류가 있는 곳이 없는 곳보다 일관되게 더 많은 산소를 공급하고 있음을 보여 준다.

위의 그래프는 용존산소(DO) 농도와 빛의 세기(Lux)를 비교한 것으로 용존산소(DO) 농도는 y축 왼쪽이고 산소 농도를 각각 파란색과 녹색 선으로 표시되어 있다. 빛의 세기는 y축 오른쪽에 표시되며, 주황색 선으로 표현되어 주간과 야간 동안의 빛 강도 변화다. 두 장소 모두 여름과 가을 동안 낮 시간의 빛의 강도가 증가함에 따라 DO 농도가 증가하며, 밤에는 DO 농도가 감소하는 패턴이다. 특히 해조류가 있는 바다숲에서는 DO 농도가 해조류가 없는 곳보다 더 높고, 빛의 세기 변화에 따른 DO 농도의 변동이 더 크다.


수온에 따라 광합성 효율이 달라져


해조류는 그 종류에 따라 광합성 색소와 서식하는 수심이 다르다. 녹조류는 약 5m 가량의 얕은 수심에 분포하며, 갈조류는 중간 수심인 약 15m까지 서식할 수 있다. 홍조류는 가장 깊은 수심인 25m까지 분포 가능하다. 해조류의 서식 깊이는 태양빛이 바다 속으로 얼마나 깊이 투과되는지에 따라 달라지며, 이를 투광대(Photic Zone)라고 한다. 투광대의 깊이는 주로 위도, 계절, 해수의 성격 등에 따라 결정된다. 우리나라 동해안에서는 투광대의 하한선을 약 20~24m로 추정한다. 수온에 따라 해조류의 광합성 효율은 달라진다. 참다시마는 5℃에서, 미역은 10℃에서 가장 높은 광합성률을 보인다. 수온이 높아지면 광합성 효율은 감소한다. 이는 해조류가 특정한 온도 범위에서 가장 효율적으로 탄소를 고정할 수 있음을 보여준다. 일부 해조류는 고온에서 녹음 현상이 발생하여 정상적인 광합성이 어렵다.

층별 탄소 실험중인 모습. 사진 곽철우
층별 탄소 실험중인 모습. 사진 곽철우

해조류마다 탄소 흡수량 달라


감태는 다년생 해조류로, 성장하는 데 약 2~3년이 걸리며, CO2 흡수량은 연간 0.89톤이다. 주로 남해안과 제주도에서 분포한다. 곰피는 다년생 해조류로 11월에 유체가 나타나며 다음 해 가을까지 성장한다. 곰피는 경북 포항에서 전남 여수까지의 해역에 분포하며, 여름에도 재배가 가능해 CO2 흡수에 효과적이다. 다시마는 1월 말까지 천천히 성장하다가 2월 말부터 빠르게 성장하여 5월에 최대 크기에 도달한다. 다시마는 연간 1.5만 톤이 약 1~1.7×10^3톤의 탄소를 제거할 수 있다. 대황은 다년생 해조류로, 울릉도와 독도, 동해안 일부 지역에서 자생하며 CO2 흡수량은 연간 0.7톤이다. 모자반은 수온이 내려가는 9월에서 10월 사이에 생장이 빨라지며, CO2 흡수량은 연간 3.841톤에 이른다. 미역은 1년생 해조류로 17~20℃에서 가장 잘 자란다. 23℃ 이상에서는 휴면에 들어간다. 미역은 우리나라 연안 전역에서 자생한다.

해조탄소단지가 조성된 모습 경북 포항. 사진 곽철우
해조탄소단지가 조성된 모습 경북 포항. 사진 곽철우

해조류는 중요한 탄소흡수원


해조류는 해양 생태계의 생물 다양성을 유지하는 역할을 한다. 자신의 몸에 담고 있는 엽록체를 통해 이산화탄소를 고정시키고 산소를 방출하면서 해양 생태계의 산소 생산량을 높이는 데 기여한다. 해조류는 식량임과 동시, 어류들의 산란장과 서식장 역할을 한다. 정부는 해조류를 활용해 바다숲을 조성하고 있다. 미래의 해조탄소단지를 만드는 중대한 사업이다. 우리나라는 3면이 바다이고 서로 다른 환경으로 천혜의 자원이다. 해양은 무궁부진한 미래의 희망이다.

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