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해양 산성화

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목차

1. 개요

해양 산성화는 대기 중 이산화탄소가 해수에 흡수되어 해수 pH가 낮아지는 현상이다. 이는 화석 연료 연소, 시멘트 생산 등 인류 활동으로 인한 이산화탄소 배출 증가가 주요 원인이며, 탄소 순환 과정에서 해양의 탄소 흡수원 역할과 관련이 깊다. 해양 산성화는 해양 생물의 석회화 과정을 방해하여 산호, 조개류 등 탄산칼슘 골격을 가진 생물에게 치명적인 영향을 미치며, 해양 생태계와 수산업, 관광 산업 등 경제적 측면에도 부정적인 영향을 미친다. 과거 대멸종 시기에도 발생했으며, 현재 그 속도가 매우 빨라 심각한 문제로 인식되고 있다. 이에 대응하기 위해 이산화탄소 배출 감소, 해양 알칼리도 증강 등 다양한 완화 기술과 국제 협력이 이루어지고 있으며, 한국에서도 해양 산성화 모니터링 및 관련 정책 마련 노력이 진행 중이다.

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해양 산성화
개요
정의해양의 pH 농도가 낮아지는 현상
원인이산화 탄소 증가
주요 영향해양 생태계 파괴, 탄산칼슘 껍데기 가진 생물 피해
pH 변화산업화 이전 대비 0.1 감소, 수소 이온 농도 30% 증가
이산화 탄소 농도산업화 이전 280 ppm에서 현재 420 ppm으로 증가
화학적 변화
반응식이산화 탄소 + 물 ⇌ 탄산 () ⇌ 탄산수소 이온 () + 수소 이온 ()
지역적 특징
북극북극해에서 산성화 진행 중, 해빙 감소와 관련
캐나다 북극 제도산성화 및 탄산염 시스템 변화 관측
영향
산호산호 백화 현상 및 생산성 감소
해양 생물해양 먹이 사슬에 영향
연구 결과
지구 온도배출량에 따른 온도 안정화 시나리오에서 산성화 연구
뷰포트 해20년간의 산성화 연구 (1997-2016)
관련 자료
IPCC 보고서IPCC 6차 보고서 12장 참조
지속가능발전목표지속가능발전목표 14번(해양 생태계 보전)과 관련
추가 정보
링크이산화 탄소 지구 웹페이지
참고Q28261134

2. 발생 원인 및 과정

이산화 탄소는 동식물의 호흡, 화석 연료 연소, 화산 분출, 산불 등으로 발생한다. 산업혁명 이후 인간 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하여 지구 평균 온도 상승 등 여러 문제가 발생하고 있는데,[197] 그 중 하나가 해양 산성화이다.



캡션 및 이미지 설명 참조
해양 산성화의 영향을 요약한 비디오. 출처: 미국 해양대기청(NOAA) 환경 시각화 연구소.


산업혁명 이후 화석연료 연소로 인해 대기 중 이산화탄소 농도는 계속 증가하고 있다. 산업혁명 이전 약 280ppm으로 안정적이던 이산화탄소 농도는 2011년 390ppm을 넘어섰고,[187] 2016년에는 400ppm을 넘어서는 등 가파르게 증가하고 있다.[188]

해양 산성화는 칼데이라와 위켓(2003)이 처음 사용한 용어이다. 산업 혁명 이후 해양 표면의 pH는 0.1 이상 감소했다.[190]

2. 1. 탄소 순환과 해양의 역할



탄소 순환 개념도


탄소 순환은 해양, 지구의 육상 생물권, 지권,[17] 및 대기 사이의 이산화탄소() 흐름을 설명한다. 탄소 순환에는 셀룰로스와 같은 유기 화합물과 이산화탄소, 탄산염 이온 및 중탄산염 이온과 같은 무기 탄소 화합물이 포함되며, 이들은 용존 무기 탄소(DIC)로 불린다. 이러한 무기 화합물은 지구 해양에 존재하는 다양한 형태의 용존 를 포함하기 때문에 해양 산성화에서 특히 중요하다.[18]

이산화 탄소는 동식물의 호흡, 화석 연료 연소, 화산 분출, 산불 등으로 발생한다. 산업혁명 이후 인간 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하여 지구 평균 온도 상승 등 여러 문제가 발생하고 있는데,[197] 그 중 하나가 해양 산성화이다. 우리 지역 탄소 순환 내 이산화탄소의 대기 농도는 대양과 지구 생물권 사이 흐름의 균형을 나타낸다. 토지 이용, 화석 연료 연소, 시멘트 생산과 같은 인간 활동은 대기로 CO2 방출을 유발한다. 이 중 일부는 대기에 남아 대기 농도 상승의 원인이 되고, 일부는 지구에 흡수되며, 나머지는 대양에 흡수된다.

가 물에 용해되면 용존 유리 이산화탄소(), 탄산(), 중탄산염(), 탄산염()의 이온 및 비이온 화학 종의 균형을 형성한다. 이 비율은 바닷물의 온도, 압력, 염도 등에 따라 달라진다(비에룸 도표 참조).[18] 용존 무기 탄소의 다양한 형태는 해양 용해도 펌프에 의해 해양 표면에서 내부로 이동된다. 대기 를 흡수하는 해양 지역의 저항성은 레벨 계수라고 한다.

현재(2021년) 대기 중 이산화탄소 농도는 약 415ppm으로, 산업화 이전 농도보다 약 50% 높다.[14] 이는 지난 5,500만 년 동안 지질 기록상 전례 없는 수준이다. 이 과잉 CO2는 인위적인 화석 연료, 산업, 토지 이용 변화 등 인간 활동이 원인으로 명확히 밝혀졌다. 에너지를 위한 화석 연료 연소 시 CO2가 부산물로 대기 중에 방출되며, 이는 지구 대기 중 CO2 증가의 주요 원인이다.[15] 해양은 인위적인 CO2의 탄소 흡수원 역할을 하여 총 인위적 CO2 배출량의 약 1/4을 흡수한다.[16] 그러나 해양에 추가된 CO2는 많은 해양 생물 껍질과 골격에 사용되는 탄산염 광물의 산성화, 낮은 pH 조건, 낮은 포화 상태를 유발하는 바닷물 산-염기 화학적 변화를 초래한다.[16]

1850년 이후 해양은 최대 175±35기가톤의 탄소를 흡수했으며, 이 중 2/3 이상(120기가톤)이 1960년 이후 흡수되었다. 해양 흡수원은 기하급수적으로 증가하는 인위적 배출량과 함께 증가해왔다. 1850년부터 2022년까지 해양은 총 인위적 배출량의 26%를 흡수했다.[14] 1850년부터 2021년까지 배출량은 670±65기가톤의 탄소에 달했으며, 대기(41%), 해양(26%), 육지(31%)로 분포되었다.[14]

2. 2. 해양 산성화의 화학적 과정



 (이산화탄소)가 해수에 용해되면, 물과 반응하여 이온 및 비이온 화학 종, 즉 용존 유리 이산화탄소(), 탄산(H2CO3), 중탄산염(HCO3-), 탄산염(CO32-)의 평형을 이룬다.[18] 이러한 종의 비율은 해수의 온도, 압력, 염도 등에 따라 달라진다(비에룸 도표 참조).[18]

해수에

가 용해되면 해양의 수소 이온(H+) 농도가 증가하여 해양의 pH가 감소한다.[26] 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.[26]

: + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ ↔ CO32- + 2H+

산업 혁명이 시작된 이후 해양 표면의 pH는 0.1 이상 감소했다.[190] 1751년부터 2004년 사이에 해양 표면 해수의 pH는 약 8.25에서 약 8.14로 낮아졌다.[190]

얕은 연안 및 대륙붕 지역에서는 공기-해양 간 교환 및 pH 변화에 영향을 미치는 여러 요인이 상호 작용한다.[27][28] 여기에는 광합성과 호흡[29], 용승[30]과 같은 생물학적 과정이 포함된다. 또한, 연안 해역에 도달하는 담수원의 생태계 대사는 크지만 국지적인 pH 변화를 초래할 수 있다.[27]

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3. 해양 산성화의 영향

인류 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면서 바다는 더 많은 이산화탄소를 흡수한다. 이 과정에서 바닷물에 녹은 이산화탄소는 해양의 화학적 성분을 변화시켜 pH를 낮추는 "해양 산성화" 현상을 일으킨다.[19][20] 이는 "지구 온난화의 사악한 쌍둥이" 또는 "또 다른 CO2 문제"라고 불리며,[21][22] 해양 온도 상승, 산소 손실과 함께 "치명적인 3중주"를 이루어 해양 환경에 심각한 압력을 가한다.[23]

해양 산성화는 특히 산호나 조개류처럼 탄산칼슘으로 골격이나 껍데기를 만드는 생물에게 큰 영향을 미친다.[198][199] 이들의 골격 형성을 어렵게 만들어 개체 수 감소를 유발하고, 이는 먹이 사슬을 통해 해양 생태계 전반에 영향을 미칠 수 있다.

해수의 광물 포화 상태(Ω)는 광물이 형성되거나 용해될 가능성을 나타내는 값으로, 탄산칼슘의 경우 다음과 같이 계산된다.

:{\Omega} = \frac{\left[\ce{Ca^2+}\right] \left[\ce{CO3^2-}\right]}{K_{sp}}

여기서 Ω는 탄산칼슘을 구성하는 이온(Ca2+ 및 CO32−) 농도의 곱을 평형 상태(Ksp)에서의 용해도 곱으로 나눈 값이다.[38] 해수에서는 온도, 압력, 깊이에 따라 용해 경계(포화 수평면)가 형성되는데,[34] 이 경계 위에서는 Ω > 1로 탄산칼슘이 안정적으로 존재하며 대부분의 석회화 생물이 서식한다.[34] 그러나 이 경계 아래에서는 Ω < 1로 탄산칼슘이 용해되며, 탄산염 보상 심도 아래 퇴적물에는 탄산칼슘이 존재하지 않는다.[39] 해양 산성화는 이산화탄소 농도를 높이고 pH를 낮춰 탄산 이온 농도와 탄산칼슘 포화 상태를 감소시키므로, 탄산칼슘의 용해를 증가시킨다.

탄산칼슘은 아라고나이트와 방해석 두 가지 형태로 존재하는데, 아라고나이트가 방해석보다 용해도가 더 높다.[34] 따라서 아라고나이트로 골격을 만드는 생물이 해양 산성화에 더 취약하며,[40] 해양 산성화는 두 형태의 포화 수평면을 모두 해수면 가까이 상승시킨다.[34]

북아메리카 태평양 연안(밴쿠버~북캘리포니아)에서는 이미 방해석 포화도가 낮은 물이 솟아오르고 있으며,[42] 이는 해양 생태계에 큰 영향을 미치고 있다. 다른 대륙붕 지역도 유사한 영향을 받을 수 있다.[42]

수심 수천 미터 심해에서는 압력 증가와 온도 감소로 탄산칼슘 껍데기가 용해되기 시작하는데, 이 깊이를 탄산염 보상 심도라고 한다.[43] 해양 산성화는 이러한 용해를 가속화하고 수십~수백 년에 걸쳐 탄산염 보상 심도를 얕게 만든다.[43] 북태평양과 북대서양에서는 해양 혼합으로 이산화탄소가 깊은 곳으로 이동하면서 해양 산성화가 진행되고 있으며, 이로 인해 탄산염 포화 깊이가 얕아지고 탄산칼슘 용해가 발생한다. 북태평양에서는 탄산염 포화 깊이가 연간 1m~2m씩 얕아지고 있다.[20]

낮아진 pH의 해수에서 시간이 지남에 따라 녹아 없어지는 익족류 껍데기 (출처: NOAA)


2100년으로 예상되는 해양 화학에 맞춰 조정된 해수에서 녹아 없어진 익족류 껍데기 (출처: NOAA)


해양 산성화의 영향을 보여주는 건강하지 못한 익족류 (출처: NOAA)


해양 산성화는 코코리토포어, 산호, 유공충, 극피동물, 갑각류, 연체동물 등 다양한 석회화 생물에게 악영향을 미친다.[16][20][86][89] 이들은 껍질이나 골격 형성에 필요한 탄산 이온을 얻기 어려워져 석회화가 감소하거나 용해가 증가한다.[88]

북대서양에서 채취한 코코리토포어 종인 ''Coccolithus pelagicus''


익족류와 거미불가사리는 북극 먹이 그물의 기초를 이루는 생물로, 해양 산성화에 취약하다. 익족류 껍데기는 산성화로 인해 녹아내리고, 거미불가사리는 부속지 재생 능력이 떨어진다.[115] 특히 익족류는 껍데기 생성에 필요한 아라고나이트가 부족해져 심각한 영향을 받는다.[116]

해양 산성화는 석회화 외에도 유기체의 생리, 생식, 먹이 자원 등에 직간접적인 영향을 미친다.[34] 예를 들어, 해양 이산화탄소 수치 증가는 훔볼트오징어의 대사율을 낮추고[123] 홍합의 면역 반응을 억제하며,[124] 대서양대왕오징어 알의 부화 시간을 늘리고 평형석을 기형으로 만든다.[125] 또한, 해양 산성화는 바닷물의 음향적 특성을 변화시켜 소리가 더 멀리 퍼지게 하고 해양 소음을 증가시켜 반향정위나 의사소통에 소리를 사용하는 동물에게 영향을 줄 수 있다.[127][128]

부영양화로 인한 유해 조류 번성 증가는 멸치 등 작은 유기체에 독소 축적을 유발하여 패류 중독 발생률을 높일 수 있다.[129]

해양 산성화는 어류 자치어의 후각에도 영향을 미쳐 초기 발달에 중요한 역할을 방해한다. 실험 결과, 흰동가리 자치어는 2100년 예상 이산화탄소 농도에 해당하는 pH 7.8 ± 0.05 환경에서 환경 신호에 대한 반응이 크게 달라졌다.[131]

해양 산성화와 해수 온도 상승은 복합적으로 작용하여 해양 생물과 환경에 더 큰 영향을 미친다.[138] 해양 온난화와 높은 이산화탄소 농도로 인한 식물 플랑크톤 생산성 증가는 해양 탈산소화를 악화시키고, 해양 성층화를 증가시켜 영양분을 제한한다.[139][140]

3. 1. 해양 생물의 석회화 감소

바다는 대기 중 이산화탄소를 흡수하는데, 이로 인해 바닷물의 pH가 낮아진다. pH가 낮아지면 바다에 사는 산호와 조개류 등이 탄산 칼슘으로 이루어진 골격을 만들기 어려워진다.[198] 특히 탄산 칼슘으로 골격을 가진 생물들에게 피해가 크다.[199]

해양 산성화는 "지구 온난화의 사악한 쌍둥이"이자 "또 다른 CO2 문제"라고 불린다.[21][22] 해양 온도 상승 및 산소 손실과 함께 해양 산성화는 해양 환경에 "치명적인 3중주"의 압력을 가한다.[23]

해양 화학 변화는 생물과 서식지에 광범위한 영향을 미친다. 해양 산성화의 가장 중요한 결과 중 하나는 탄산칼슘() 껍데기 생성, 즉 석회화 과정과 관련이 있다.[34] 석회화는 코클리토포어, 유공충, 갑각류, 연체동물 등 많은 해양 생물의 구조 형성에 중요하다. 구조는 주변 해수에 포화 농도의 탄산 이온()이 없으면 용해될 수 있다.

해양에 추가되는 이산화탄소는 대부분 용존 이산화탄소로 남지 않고, 중탄산염과 자유 수소 이온으로 해리된다.[35] 수소 이온 증가량이 중탄산염 증가량보다 커서 다음 반응에 불균형이 발생한다.

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화학적 평형을 위해 해양의 탄산 이온 일부가 수소 이온과 결합하여 중탄산염을 더 만든다. 이로 인해 해양 생물이 석회화에 필요한 탄산 이온이 줄어든다.

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비에룸 도표는 용존 이산화탄소와 중탄산염 농도 증가, 탄산염 감소를 보여준다.

비에룸 도표: 해양 산성화로 인한 해수의 탄산염계 변화


해수의 광물 포화 상태(Ω)는 광물 형성/용해의 열역학적 잠재력을 나타내며, 탄산칼슘의 경우 다음 방정식으로 표현된다.

:\Omega = \frac{[\ce{Ca^2+}] [\ce{CO3^2-}]}{K_{sp}}

Ω는 광물 형성 반응 이온(Ca2+ 및 CO32−) 농도 곱을 평형 상태(Ksp)의 겉보기 용해도 곱으로 나눈 값이다.[38] Ω 값이 1보다 크면 쉽게 용해되지 않으며, 대부분의 석회화 생물은 이런 해수에서 서식한다.[34] Ω 값이 1보다 작으면 는 용해된다. 탄산염 보상 심도는 탄산염 용해와 공급이 균형을 이루는 깊이로, 이 깊이 아래 퇴적물에는 탄산칼슘이 없다.[39] 이산화탄소() 농도 증가와 pH 저하는 농도와 포화 상태를 감소시켜 용해를 증가시킨다.

탄산칼슘은 아라고나이트와 방해석 두 가지 다형질로 존재한다. 아라고나이트는 방해석보다 용해도가 높아 아라고나이트 포화 수평면과 보상 심도는 항상 방해석보다 표면에 가깝다.[34] 즉, 아라고나이트 생성 생물이 해양 산성화에 더 취약할 수 있다.[40] 해양 산성화는 두 형태의 포화 수평면을 표면 가까이 상승시킨다.[34] 이러한 포화 상태 감소는 무기 침전이 포화 상태에 정비례하고, 석회화 생물이 포화 상태가 낮은 해수에서 스트레스를 받기 때문에 해양 생물 석회화 감소의 주요 요인이다.[41]

현재 북아메리카 태평양 대륙붕(밴쿠버~북캘리포니아)에는 방해석 포화도가 낮은 물이 용승하고 있다.[42] 이 대륙붕은 해양 생태계에 중요하며, 다른 대륙붕도 유사한 영향을 받을 수 있다.[42]

수심 수천 미터 심해에서는 압력 증가와 온도 감소로 탄산칼슘 껍질이 용해되기 시작한다.[43] 이 깊이를 탄산염 보상 심도라고 하며, 해양 산성화는 이 용해를 증가시키고 수십~수백 년에 걸쳐 탄산염 보상 심도를 얕게 한다.[43] 침강류 지역이 가장 먼저 영향을 받는다.[44]

북태평양과 북대서양에서는 포화 상태가 감소하고 있으며(포화 깊이가 얕아짐),[20] 해양 혼합으로 이산화탄소가 깊은 곳으로 이동하면서 외양에서 해양 산성화가 진행되고 있다. 이로 인해 탄산염 보상 심도가 얕아져 탄산칼슘 용해가 발생한다. 북태평양에서는 탄산염 포화 깊이가 연간 1~2m씩 얕아지고 있다.[20]

미래에는 해양 산성화로 인해 탄산염 퇴적물 매몰량이 감소하고 기존 퇴적물이 용해될 수 있다.[45]

해양 산성화로 인한 석회화 변화의 생태적 결과는 복잡하지만, 많은 석회화 생물이 악영향을 받을 가능성이 높다.[16][20] 해양 산성화는 껍질 형성 생물이 외골격 생성에 필수적인 탄산 이온 접근을 어렵게 한다.[88] 해양 석회화 생물은 독립 영양 생물부터 종속 영양 생물까지 다양하며, 코클리토포어, 산호, 유공충, 극피동물, 갑각류, 연체동물 등이 포함된다.[86][89]

지구상의 모든 해양 생태계는 산성화 등 여러 해양 생지화학적 변화에 노출될 것이다.[90] 해양 산성화는 일부 생물이 석회화를 유지하기 위해 생산적 결과에서 자원을 재분배하도록 할 수 있다.[91] 예를 들어, 굴 ''Magallana gigas''는 pH 불균형으로 인한 에너지 상쇄 작용으로 변화된 석회화 속도와 신진대사 변화를 겪는다.[92]

정상 조건에서 방해석과 아라고나이트는 탄산 이온 과포화로 표층수에서 안정적이다. 그러나 해양 pH 감소는 탄산 이온 농도를 감소시켜 탄산칼슘 구조가 석회화 스트레스와 용해에 취약해진다.[93] 특히 산호,[94][95] 코코리토포어,[89][27][96] 산호 조류,[97] 유공충,[98] 조개류, 익족류[99]는 이산화탄소() 노출 시 석회화 감소/용해 증가를 보인다. 해양 보호 활동에도 이전 조개류 개체군 복원은 어려울 수 있다.[100]

일부 연구는 코콜리토포어의 석회화와 광합성이 대기 중 이산화탄소 분압() 증가 시 증가하고,[101] 다른 연구는 1차 생산과 석회화가 감소하거나 종에 따라 반응이 다르다고 보고한다.[102][103]

불가사리 Pisaster ochraceus는 산성도가 증가한 해역에서 성장이 증가한다.[104]

해양 산성화로 인한 석회화 감소는 탄소 격리에 영향을 미쳐 생물 펌프를 약화시킬 수 있다.[82] 해수 산성화는 남극 식물성 플랑크톤 크기를 줄여 탄소 저장 효율을 떨어뜨릴 수 있다.[105]

코콜리토포어(Coccolithophore)는 단세포 진핵생물인 식물플랑크톤(조류)이다. 코콜리토포어 감소는 지구 온난화에 영향을 줄 수 있다.[106] 2008년 연구에 따르면, 북대서양 코콜리토포리드 종 구성은 변하지 않았지만, 1780~2004년 동안 평균 코콜리스 질량은 40% 증가했다.[101]

온난수 산호는 해양 온난화, 해양 산성화, 오염, 어업 피해 등 위협으로 지난 30~50년간 50% 이상 감소했으며, 압력은 더 심화될 것이다.[107][20]

산호 외골격 성장 시 내부 구획(강장) 유체가 중요하다. 외부 해수 아라고나이트 포화 상태가 주변 수준이면 산호는 내부에서 빠르게 성장한다. 포화 상태가 낮으면 내부 균형 유지를 위해 노력해야 하므로 성장 속도가 느려진다. 주변 해수 포화 상태에 따라 성장이 멈출 수도 있다.[108] 현재 탄소 배출 추세라면 2050~60년까지 북대서양 한랭수 산호 70%가 부식성 해수에 서식할 것이다.[109]

산성화는 외골격 신장보다 밀도 형성에 영향을 준다. 일부 산호 종 밀도는 이번 세기 말까지 20% 이상 감소할 수 있다.[110]

그레이트 배리어 리프 실험에서 해수 이산화탄소() 수준을 산업화 이전 수준에 가깝게 만들자 순 석회화가 7% 증가했다.[111] 2050년 이후 예상 수준으로 높이는 실험에서는 순 석회화가 34% 감소했다.[112]

2007~2012년 퀸즐랜드와 서호주 산호초 연구에 따르면, 산호는 내부 항상성 조절로 환경 pH 변화에 저항력이 있다. 산호초 취약성 주요 요인은 산호 백화 현상을 유발하는 열 변화(해양 열파)이다.[131]

익족류와 거미불가사리는 북극 먹이 그물 기초를 형성하며, 산성화로 피해를 입는다. 익족류 껍데기는 산성화 증가로 녹고, 거미불가사리는 부속지 재생 시 근육량이 준다.[115] 익족류는 아라고나이트 생성을 위해 탄산염 과포화 물이 필요하며, 산성화로 인해 심각한 영향을 받는다.[116] 북극 해역 유기물 분해는 해양 산성화를 증폭시켜 일부 해역은 아라고나이트에 과포화되지 않았다.[117][118][119]

거미불가사리 알은 북극 산성화 예상 조건에서 며칠 내 죽는다.[120] pH 0.2~0.4 감소 환경에 노출된 온대성 거미불가사리(흔한 불가사리 친척) 유생은 8일 이상 생존율이 0.1% 미만이다.[86]

많은 해양 생물의 먹이이며, 생물 펌프에 관여하는 크릴은 pH 7.7보다 산성화되면 알 부화율이 급감한다.[196]

3. 2. 생리적 영향 및 서식지 변화

해양 산성화는 어류, 해조류 등 다양한 해양 생물에게 생리적 변화와 서식지 변화를 일으킨다.

대기 중 이산화탄소 농도가 높아지면 바닷물에 녹는 이산화탄소 양도 증가하여 바닷물의 pH가 낮아진다. 이는 해양 생물, 특히 탄산칼슘 골격을 가진 산호나 조개류 등에 큰 피해를 준다.[199] 해양 산성화는 "지구 온난화의 사악한 쌍둥이"이자 "또 다른 CO2 문제"라고 불리며,[21][22] 해양 온도 상승 및 산소 손실과 함께 해양 환경에 "치명적인 3중주"의 압력을 가한다.[23]

해수의 광물 포화 상태(Ω)는 광물 형성 또는 용해의 열역학적 잠재력을 나타내는 값으로, 탄산칼슘의 경우 다음과 같이 표현된다.

:{\Omega} = \frac{\left[\ce{Ca^2+}\right] \left[\ce{CO3^2-}\right]}{K_{sp}}

여기서 Ω는 광물 형성 반응 이온(Ca2+ 및 CO32−) 농도의 곱을 평형 상태(Ksp)에서의 겉보기 용해도 곱으로 나눈 값이다.[38] 해수에서는 온도, 압력, 깊이에 따라 용해 경계(포화 수평면)가 형성되며,[34] 이 위에서는 Ω > 1로 탄산칼슘(CaCO3)이 쉽게 용해되지 않아 대부분의 석회화 생물이 서식한다.[34] 이 깊이 아래에서는 Ω < 1로 탄산칼슘이 용해되며, 탄산염 보상 심도 아래 퇴적물에는 탄산칼슘이 없다.[39] 이산화탄소 농도 증가와 pH 저하는 탄산 이온(CO32−) 농도와 탄산칼슘 포화 상태를 감소시켜 탄산칼슘 용해를 증가시킨다.

탄산칼슘은 아라고나이트와 방해석의 두 가지 결정 형태로 존재하는데, 아라고나이트가 더 용해도가 높아 아라고나이트 포화 수평면과 보상 심도가 방해석보다 표면에 가깝다.[34] 따라서 아라고나이트 생성 생물이 해양 산성화에 더 취약하며,[40] 해양 산성화는 두 형태의 포화 수평면을 모두 표면으로 상승시킨다.[34] 이러한 포화 상태 감소는 탄산칼슘의 무기 침전이 포화 상태에 정비례하기 때문에 해양 생물의 석회화 감소를 유발한다.[41]

북아메리카 태평양 대륙붕 지역(밴쿠버~북캘리포니아)에서는 이미 방해석 포화도가 낮은 물이 용승하고 있으며,[42] 이는 해양 생태계에 중요한 영향을 미친다.[42] 다른 대륙붕 지역도 유사한 영향을 받을 수 있다.[42]

수심 수천 미터 심해에서는 압력 증가와 온도 감소로 탄산칼슘 껍질이 용해되며, 이 깊이를 탄산염 보상 심도라고 한다.[43] 해양 산성화는 이 용해를 증가시키고 수십~수백 년에 걸쳐 탄산염 보상 심도를 얕게 한다.[43] 북태평양과 북대서양에서는 포화 상태가 감소하고 있으며,[20] 해양 혼합으로 CO2가 깊은 곳으로 이동하면서 외양에서 산성화가 진행되어 탄산염 보상 심도가 얕아지고 탄산칼슘 용해가 발생한다. 북태평양에서는 탄산염 포화 깊이가 연간 1m~2m씩 얕아지고 있다.[20] 미래에는 해양 산성화로 인해 탄산염 퇴적물 매몰량이 감소하고 기존 퇴적물이 용해될 수 있다.[45]

해양 산성화로 인한 석회화 변화의 모든 생태적 결과는 복잡하지만, 코코리토포어, 산호, 유공충, 극피동물, 갑각류, 연체동물 등 많은 석회화 생물이 해양 산성화의 악영향을 받을 가능성이 높다.[16][20][86][89] 해양 산성화는 껍질 형성 생물이 탄산 이온에 접근하기 어렵게 만들어 외골격 껍질 생성을 방해한다.[88]

정상 조건에서 방해석과 아라고나이트는 탄산 이온 과포화로 표층수에서 안정적이지만, 해양 pH가 떨어지면 탄산 이온 농도가 감소하여 탄산칼슘 구조는 석회화 스트레스와 용해에 취약해진다.[93] 특히 산호,[94][95] 코코리토포어,[89][27][96] 산호 조류,[97] 유공충,[98] 조개류, 익족류[99]는 이산화탄소 농도 상승에 노출될 때 석회화 감소나 용해 증가를 겪는다. 적극적인 해양 보호에도 불구하고 이전의 조개류 개체군을 되살리기 어려울 수 있다.[100]

일부 연구에서는 코코리토포어의 석회화와 광합성이 모두 대기 중 이산화탄소 농도가 증가했을 때 증가하고,[101] 다른 연구에서는 1차 생산과 석회화가 동일하게 감소하거나,[102] 종에 따라 반응이 다르다는 결과가 나왔다.[103] 불가사리 Pisaster ochraceus는 산성도가 증가한 해역에서 성장이 증가하는 것으로 나타났다.[104]

해양 산성화로 인한 석회화 감소는 생물학적 탄소 격리에 영향을 미쳐 생물 펌프를 약화시킬 수 있다.[82] 해수 산성화는 남극 식물성 플랑크톤의 크기를 줄여 탄소 저장 효율을 떨어뜨릴 수도 있다.[105]

익족류와 거미불가사리는 북극 먹이 그물의 기초를 형성하며 산성화로 큰 피해를 입는다. 익족류 껍데기는 산성화 증가로 녹고, 거미불가사리는 부속지 재생 시 근육량이 줄어든다.[115] 익족류는 껍데기 생성에 필요한 아라고나이트가 탄산염 과포화 물의 감소로 인해 부족해져 심각한 영향을 받는다.[116] 북극 해역에서는 유기물 분해가 해양 산성화를 증폭시켜 일부 해역은 이미 아라고나이트에 대해 과포화되지 않았다.[117][118][119]

거미불가사리 알은 북극 산성화 예상 조건에 노출되면 며칠 내에 죽는다.[120] 온대성 거미불가사리 유생은 pH가 0.2~0.4 감소한 환경에서 8일 이상 생존율이 0.1% 미만이었다.[86]

석회화 감소 외에도 유기체는 먹이 자원, 생식, 생리적 영향 등으로 간접적 또는 직접적으로 부정적 영향을 받을 수 있다.[34] 해양 이산화탄소 수치 증가는 체액의 이산화탄소 유발 산성화(고탄산혈증)를 초래할 수 있다.[122] 산성도 증가는 훔볼트오징어의 대사율을 낮추고[123] 홍합의 면역 반응을 억제한다.[124] 산성화된 물에서 대서양대왕오징어 알 부화 시간이 길어졌고, pH가 낮은 바닷물에 넣은 오징어 평형석은 더 작고 기형이었다.[125]

해양 산성화는 바닷물의 음향적 특성을 변화시켜 소리가 더 멀리 전파되고 해양 소음이 증가할 수 있다.[127] 이는 반향정위나 의사소통에 소리를 사용하는 동물에 영향을 미친다.[128]

부영양화로 인한 유해 조류 번성 증가는 멸치 등 작은 유기체에 독소(도모익산, 브레베톡신, 삭시톡신) 축적을 유발하여 잊음증 패류 중독, 신경 독성 패류 중독, 마비성 패류 중독 발생률을 높일 수 있다.[129] 조류 번성은 해롭지만, 잘피와 같은 유익한 광합성 유기체는 이산화탄소 증가로 이익을 얻을 수 있다.[130] 잘피의 광합성 활동 증가는 석회화 조류의 석회화 속도를 증가시키는데, 이는 국지적 광합성 활동이 이산화탄소를 흡수하고 pH를 높이기 때문이다.[130]

해양 산성화는 해양 어류 자치어의 후각계에 영향을 미쳐 초기 발달에 중요한 역할을 방해한다. 흰동가리 자치어는 후각을 이용해 식물이 있는 섬과 없는 섬을 구별하고,[131] 성장에 적합한 지역을 찾거나 근친교배를 피한다.[131]

실험 결과, 흰동가리 자치어는 pH 7.8 ± 0.05(2100년 예상 이산화탄소 농도 1,000ppm에 해당)에 노출되었을 때 환경 신호에 대한 반응이 현재 해양 pH(8.15 ± 0.07)에서의 반응과 크게 달랐다.[131] pH 7.6 ± 0.05에서는 자치어가 어떤 신호에도 반응하지 않았다. 그러나 2022년 메타 분석 결과, 해양 산성화가 어류 행동에 미치는 영향에 대한 발표된 연구의 효과 크기가 지난 10년간 10배 감소했고, 지난 5년간은 무시할 만한 수준이었다.[132]

유럽 뱀장어는 양식에서 중요하지만[133] "멸종 위기에 처한"[133] 종으로, 배아 단계에서 해양 산성화의 영향을 받는다. 유럽 뱀장어는 산란을 위해 사르가소해로 이동하여 죽는데, 이곳에서 배아는 pH 변화에 민감하다.[134] 2021년 연구에 따르면, 21세기 말 예상 해양 이산화탄소 농도 조건에 노출되면 유럽 뱀장어 배아의 정상적인 발달이 저해되고, 극심한 산성화는 부화장 조건에서 배아 생존율과 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[135]



해양 산성화와 해수 온도 상승은 해양 생물과 환경에 복합적인 영향을 미치며, 각 유해한 영향의 합보다 훨씬 크다.[138] 해양 온난화와 높은 이산화탄소 농도로 인한 식물 플랑크톤 생산성 증가는 해양 탈산소화를 악화시켜 해양 생물에 추가적인 스트레스를 주고, 해양 성층화를 증가시켜 영양분을 제한하고 생물학적 기울기를 감소시킨다.[139][140]

메타 분석은 해양 산성화, 온난화, 탈산소화의 결합된 유해한 영향의 방향과 크기를 정량화했으며,[141][142] 중규모 실험(메소코즘) 연구를 통해 해양 먹이 사슬에 치명적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 열 스트레스는 높은 이산화탄소 농도로 인한 생산성 증가에 따른 1차 생산자에서 초식 동물로의 증가를 무효화한다.[143][144]

해양 산성화로 인해 중탄산 이온(HCO₃⁻)과 탄산 이온(CO₃²⁻) 농도가 감소한다. 탄산 이온은 조개껍데기와 산호 골격 등의 구성 요소이므로, 탄산 이온 감소는 산호, 조개류, 성게, 규조류 등 탄산칼슘 구조를 만드는 생물에게 영향을 주어[191] 해양 생물 다양성 저하를 초래할 수 있다.[187]

산호나 조개류 등 석회화 생물은 탄산칼슘 생성이 어려워져 성장이 저해된다.[194][195] 크릴은 pH 7.7보다 산성화되면 알 부화율이 급격히 감소한다.[196]

3. 3. 한국 연안의 해양 산성화

주어진 원본 소스에는 '한국 연안의 해양 산성화'에 대한 내용이 없으므로, 섹션 내용을 작성할 수 없습니다.

4. 해양 산성화의 역사 및 예측

현재의 해양 산성화는 과거 지구 역사에서 발생했던 해양 산성화와 비교했을 때 그 속도가 매우 빠르다는 점에서 심각한 문제로 인식되고 있다. 과거의 해양 산성화는 생물들이 점진적으로 적응할 수 있는 시간을 주었지만, 현재의 빠른 변화는 생물들의 적응을 어렵게 만들고 있다.[83][12] 또한 해양 산성화를 완화하기 위한 기후 순환 피드백이 작동하는 것을 막고 있다.

현재 해양은 지난 3억 년 동안 가장 낮은 pH 수준에 도달할 것으로 예상되며,[81][82] 해양 산성화 속도(pH 값 변화 속도) 또한 같은 기간 동안 전례 없는 것으로 추정된다.[83][12] 이러한 변화는 해양 생태계의 기능을 약화시키고, 2100년 초부터 해양과 관련된 많은 재화와 서비스 제공을 방해할 수 있다.[86]

이산화탄소 농도 측정 및 해양 산성화 연구에 사용되는 정박형 자율 이산화탄소 부표(NOAA PMEL))


해양 화학 변화의 범위는 각 국가와 정부의 기후변화 완화 노력에 따라 달라진다.[50] 공유 사회경제 경로(SSP) 시나리오를 사용하여 모델링한 결과, 매우 높은 배출 시나리오(SSP5-8.5)에서는 19세기 말과 비교하여 이번 세기 말까지 표층 해양 pH가 최대 0.44 단위 감소할 수 있다고 예측된다.[87] 이는 약 7.7 정도의 낮은 pH를 의미하며, 현재까지의 증가를 넘어 수소 이온(H+) 농도가 2~4배 더 증가하는 것을 나타낸다.

다양한 배출 시나리오에 대한 과거 및 미래 전 지구 평균 표면 pH 추정값[50]
기간해양 표면
pH 값 (약)
산업화 이전(1850년)8.17
현재(2021년)8.08
미래(2100년) 저배출 시나리오(SSP 1–2.6)8.0
미래(2100년) 매우 높은 배출 시나리오(SSP 5–8.5)7.7



해양 산성화 문제에 대한 인식과 기초 연구는 수십 년 전부터 시작되었다. 1909년 덴마크 화학자 쇠렌 페테르 라우리츠 쇠렌센이 pH를 개발하였고,[177] 1950년대에는 해양이 화석 연료에서 배출되는 이산화탄소를 흡수하는 중요한 역할을 한다는 사실이 전문가들에게 알려졌다.[178] 1970년대 초에는 해양에 축적되는 화석 연료 이산화탄소의 장기적인 영향에 대한 논의가 활발하게 이루어졌고, 1990년대 중반에는 산호초 과학자들이 이산화탄소 증가로 인한 pH 변화와 탄산 이온 변화에 대해 우려하기 시작했다.[178]

2000년대 이후 해양 산성화 연구는 더욱 활발해졌다. 2004년에는 "고농도 이산화탄소 환경에서의 해양에 관한 첫 번째 심포지엄"이 개최되었고,[178] 2009년 국제학술원위원회(InterAcademy Panel)는 세계 지도자들에게 해양 산성화 완화를 위한 노력을 촉구했다.[179][180] 2012년에는 미국 국립해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration)이 표층수 변화 속도가 예상보다 빠르다는 발표를 했으며,[181] 2013년 연구에서는 산도가 지구 역사상 어떤 진화 위기 때보다 10배 빠른 속도로 증가하고 있다는 사실이 밝혀졌다.[182] 2015년에는 해양 과학자들이 화석 연료 연소로 인한 이산화탄소가 해양의 화학적 성분을 빠르게 변화시키고 있다는 종합 보고서를 발표했다.[159]

4. 1. 과거의 해양 산성화

지구 역사상 이전에도 해양 산성화는 여러 차례 발생했다.[12] 카피타니안 대멸종[63][64][65], 페름기-트라이아스기 대멸종[66][67][68], 트라이아스기-쥐라기 대멸종[69][70][71], 백악기-팔레오세 대멸종[82] 등이 이에 해당한다.

과거 5대 대멸종 사건 중 3건은 화산 활동이나 해양 가스 하이드레이트의 열 분해로 인해 대기 중 이산화탄소가 급격히 증가한 것과 관련이 있다.[72] 이산화탄소 증가는 생물 다양성에 영향을 미쳤다.[73] 특히 트라이아스기 말기 해양 대멸종은 화산 기원 이산화탄소가 해수에 흡수되어 탄산칼슘(CaCO3) 포화도가 감소하면서 발생했을 가능성이 제기되었다.[74] 이는 탄산염 보상 심도와 탄산염 포화 상태를 감소시켜 해양 생물의 멸종을 초래했다.[71][70][75] 특히 두꺼운 아라고나이트 골격을 가진 유기체가 멸종에 취약했다는 점은 해양 산성화가 주요 원인이었음을 뒷받침한다.[71][76][77] 해양 산성화는 페름기 말기 대멸종[67][66]과 백악기 말기 위기[82]의 원인 중 하나로도 제시된다.

과거 해양 산성화 사례 중 가장 주목할 만한 것은 약 5600만 년 전 팔레오세-에오세 최고온 시기(PETM)이다. 이 시기에는 막대한 양의 탄소가 해양과 대기로 유입되면서 많은 해양 분지에서 탄산염 퇴적물이 용해되었다.[73] 당시 pH는 0.3단위 감소했다.[79][80]

4. 2. 현재의 해양 산성화 속도 및 미래 예측

1950년부터 2020년까지 해양 표면의 평균 pH 값은 약 8.15에서 8.05로 감소했다.[3] 이는 세계 해양의 수소 이온 농도가 약 26% 증가했음을 의미한다(pH 척도는 로그 척도이므로 pH 단위가 1만큼 변하면 수소 이온 농도는 10배 변화한다).[48] 예를 들어, 1995년부터 2010년까지 15년 동안 하와이에서 알래스카까지 태평양 상부 100미터의 산성도는 6% 증가했다.[49]

다양한 해양의 여러 지역에서 pH 변화를 보여주는 세계 지도
1700년대부터 1990년대까지 인간 활동이 이산화탄소(CO2) 수준에 미친 영향으로 인한 해수 pH 변화 추정치(Global Ocean Data Analysis Project(GLODAP) 및 World Ocean Atlas 자료)


2021년 발표된 IPCC 제6차 평가 보고서에 따르면 "현재 해수면 pH 값은 최소 2만 6천 년 동안 전례 없는 수준이며, 현재 pH 변화율 또한 최소 그 시점 이후로 전례 없는 수준"이다.[50] 해양 내부의 pH 값은 지난 20~30년 동안 전 세계 해양 어디에서나 감소했다.[50] 이 보고서는 또한 "1980년대 후반 이후로 외양 표층수의 pH는 10년에 약 0.017~0.027 pH 단위 감소했다"는 사실을 발견했다.[51]

pH 감소율은 지역에 따라 다르다. 이는 서로 다른 유형의 강제 메커니즘 간의 복잡한 상호 작용 때문이다.[51] 열대 태평양의 중앙 및 동부 용승대는 10년에 -0.022~-0.026 pH 단위의 더 빠른 pH 감소를 보였는데, 이는 "인위적인 이산화탄소 흡수 외에도 이산화탄소가 풍부한 해저수의 용승 증가" 때문으로 생각된다.[51] 일부 지역에서는 산성화 속도가 느렸는데, 서태평양 열대 수역에서는 10년에 -0.010~-0.013 pH 단위의 pH 감소가 관찰되었다.[51]

해양 산성화 속도는 해수면 온난화 속도의 영향을 받을 수 있다. 따뜻한 물은 이산화탄소를 그다지 흡수하지 않기 때문이다.[52] 따라서 해수 온난화가 더 심할 경우 이산화탄소 흡수가 제한되어 이산화탄소 증가량에 대한 pH 변화가 더 작아질 수 있다.[52] 해분 간의 온도 변화 차이는 서로 다른 지역의 산성화율 차이의 주요 원인 중 하나이다.

현재 해양 산성화 속도는 (약 5600만 년 전) 팔레오세-에오세 경계의 온실 효과와 비슷하다. 당시 해수면 온도는 섭씨 5~6도 상승했다. 그 사건에서 표면 생태계는 다양한 영향을 받았지만, 심해의 저서 생물은 주요 멸종을 경험했다.[53] 현재 대기-해양 시스템에 대한 탄소 추가 속도는 팔레오세-에오세 경계에서 발생한 속도의 약 10배이다.[54]

서로 다른 해양 지역에서 증가하는 산성도의 비율
지역10년당 pH 단위 변화기간데이터 출처발행 연도
아이슬란드[55]-0.0241984–2009직접 측정2009
드레이크 해협[56]-0.0182002–2012직접 측정2012
카나리아(ESTOC)[57]-0.0171995–2004직접 측정2010
하와이(HOT)[58]-0.0191989–2007직접 측정2009
버뮤다(BATS)[59]-0.0171984–2012직접 측정2012
산호해[60]-0.002~1700 – ~1990대리 지표 재구성2005
동지중해[61]-0.0231964–2005대리 지표 재구성2016



세계 여러 지역의 pH 변화율[62]
관측소, 지역연구 기간10년당 pH 변화
적도 태평양TAO2004–2011−0.026
인도양IO-STPS1991–2011−0.027
지중해Dyfamed (43.42°N, 7.87°E)1995–2011−0.03
북대서양아이슬란드 해 (68°N, 12.67°W)1985–2008
1985–2010		−0.024
−0.014
북대서양이르밍거 해 (64.3°N, 28°W)1983–2004−0.026
북태평양NP-STSS1991–2011−0.01
남극해PAL-LTER, 서남극 반도1993–2012+0.02



해양 산성화의 변화 속도는 지질학적 과거보다 훨씬 빠르다. 이처럼 빠른 변화는 생물이 점진적으로 적응하는 것을 방지하고, 해양 산성화를 완화하기 위한 기후 순환 피드백이 작동하는 것을 막는다. 해양 산성화는 지난 3억 년 동안 어느 때보다 낮은 pH 수준에 도달하는 경로에 있으며,[81][82] 해양 산성화 속도(pH 값 변화 속도)도 같은 기간 동안 전례 없는 것으로 추정된다.[83][12] 이러한 예상되는 변화는 지질 기록에서 전례 없는 것으로 간주된다.[84][85][156] 다른 해양 생지화학 변화와 결합하여 이러한 pH 값의 감소는 해양 생태계의 기능을 약화시키고, 2100년 초부터 시작하여 해양과 관련된 많은 재화와 서비스의 제공을 방해할 수 있다.[86]

해양 pH를 포함한 해양 화학 변화의 범위는 국가 및 정부가 취하는 기후변화 완화 노력에 달려 있다.[50] 투영된 사회경제적 세계적 변화의 다양한 시나리오는 공유 사회경제 경로(SSP) 시나리오를 사용하여 모델링된다.

매우 높은 배출 시나리오(SSP5-8.5) 하에서 모델 예측은 19세기 말과 비교하여 이번 세기 말까지 표층 해양 pH가 최대 0.44 단위 감소할 수 있다고 추정한다.[87] 이는 약 7.7 정도의 낮은 pH를 의미하며, 현재까지의 증가를 넘어 H+ 농도가 2~4배 더 증가하는 것을 나타낸다.

다양한 배출 시나리오에 대한 추정 과거 및 미래 전 지구 평균 표면 pH[50]
기간해양 표면
pH 값 (약)
산업화 이전(1850년)8.17
현재(2021년)8.08
미래(2100년) 저배출 시나리오(SSP 1–2.6)8.0
미래(2100년) 매우 높은 배출 시나리오(SSP 5–8.5)7.7


5. 해양 산성화 대응 및 정책

해양 산성화의 근본 원인을 해결하는 유일한 방법은 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이다. 기후변화 완화 조치는 이산화탄소 배출량 감소를 목표로 한다. 예를 들어, 직접 공기 포집(DAC), 바이오에너지와 이산화탄소 포집 및 저장(BECCS)과 같이 대기 중에서 이산화탄소 제거(CDR)에 중점을 두는 조치들은 해양 산성화 속도를 늦추는 데 도움이 될 수 있다.[156]

해양 영양염 비료화, 인공 용승류/침강류, 해조류 양식, 생태계 복원, 해양 알칼리도 증강, 강화 풍화 및 전기화학적 공정과 같은 방법들은 해양을 이용하여 대기 중 이산화탄소를 제거하고 해양에 저장하여 완화에 기여할 수 있지만, 해양 생물에 부작용을 미칠 수 있다.[153] 2019년 이후 모든 CDR 방법에 대한 연구 분야가 크게 성장했다.[156] "해양 기반 방법은 연간 1~100기가톤의 이산화탄소를 제거할 수 있는 잠재력"을 가지고 있으며, 비용은 톤당 40~500달러 수준으로 평가된다.[154] 강화 풍화는 연간 2~4기가톤의 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이 기술의 비용은 톤당 50~200달러 수준이다.[154]

해양 산성화에 대한 인식이 높아짐에 따라 관련 정책들이 강화되고 있다. 2015년에 해양 과학자 장-피에르 가투소(Jean-Pierre Gattuso)는 "이전의 기후 협상에서 해양은 최소한으로 고려되었다. 우리의 연구는 기후변화에 관한 유엔 회의(파리)에서 근본적인 변화를 위한 설득력 있는 주장을 제시한다"고 말했다.[159]

5. 1. 국제 협력 및 정책

해양 산성화에 대한 인식이 높아짐에 따라 해양 산성화 모니터링 노력을 강화하기 위한 정책들이 마련되었다.[158] 2015년에 해양 과학자 장-피에르 가투소(Jean-Pierre Gattuso)는 "이전의 기후 협상에서 해양은 최소한으로 고려되었다. 우리의 연구는 기후변화에 관한 유엔 회의(파리)에서 근본적인 변화를 위한 설득력 있는 주장을 제시한다"고 말했다.[159]

카르타헤나 협약(Convention for the Protection and Development of the Marine Environment of the Wider Caribbean Region)(카리브해 광역 해양 환경 보호 및 개발 협약)(1986년 발효)[160]과 같은 국제적 노력은 해양 산성화에 대응하여 지역 정부가 취약한 지역에 제공하는 지원을 강화할 수 있다.[161] 태평양 도서 지역의 많은 국가들은 SDG 14 달성을 위해 지역 정책 또는 국가 해양 정책, 국가 행동 계획, 국가 적응 계획, 기후변화 및 재해 위험 감소에 관한 공동 국가 행동 계획을 수립했으며, 해양 산성화는 이러한 틀 내에서 고려되기 시작하고 있다.[162]

유엔 해양과학 지속가능발전 10년에는 "지속가능성을 위한 해양 산성화 연구"라는 프로그램이 있다. 이 프로그램은 세계 해양 산성화 관측 네트워크(GOA-ON) 및 파트너들이 제안했으며, 유엔 해양과학 지속가능발전 10년 프로그램으로 공식 승인되었다.[163][164] OARS 프로그램은 GOA-ON의 연구를 기반으로 하며, 해양 산성화 과학 발전, 해양 화학 변화 관측 증가, 지역 및 전 세계 규모의 해양 생태계 영향 파악, 해양 산성화를 완화하고 적응하는 데 필요한 정보 제공을 목표로 한다.

해양 산성화의 중요성은 7가지 지구 기후 지표 중 하나로 포함된 것에서 알 수 있다.[165] 이 지표들은 기후 변화를 단순히 온도 상승으로만 축소하지 않고 변화하는 기후를 설명하는 일련의 매개변수이다. 이 지표들은 기후 변화와 가장 관련된 영역인 온도와 에너지, 대기 구성, 해양과 물, 그리고 빙권에 대한 중요한 정보를 포함하고 있다. 지구 기후 지표는 지구 기후 관측 시스템(GCOS)이 주도하는 과정에서 과학자와 커뮤니케이션 전문가들에 의해 선정되었으며,[166] 세계기상기구(WMO)에서 승인하였다. 이 지표들은 매년 발표되는 WMO 세계 기후 현황 보고서의 기초를 형성하며, 이 보고서는 당사국 회의(COP)인 유엔 기후변화협약(UNFCCC)에 제출된다. 또한 유럽 연합 집행위원회의 코페르니쿠스 기후변화 서비스(C3S)는 연례 "유럽 기후 현황"에 이 지표들을 사용한다.

2015년, 유엔은 2030 지속가능발전 의제와 17가지 지속가능발전목표(SDG)를 채택했는데, 여기에는 해양에 전념하는 목표인 지속가능발전목표 14[167]가 포함되어 있으며, "지속가능한 발전을 위한 해양, 바다 및 해양 자원의 보전 및 지속가능한 이용"을 촉구하고 있다. 해양 산성화는 목표 SDG 14.3에서 직접적으로 다루고 있다. 목표 14.3의 전체 제목은 "모든 수준에서 강화된 과학적 협력을 통해 해양 산성화의 영향을 최소화하고 해결한다."[168]이며, 이 목표에는 하나의 지표, 즉 "합의된 일련의 대표적인 샘플링 스테이션에서 측정된 평균 해양 산도(pH)"를 요구하는 지표 14.3.1이 있다.[169]

정부간해양학위원회(IOC)는 유네스코의 SDG 14.3.1 지표 관리 기관으로 지정되었다. 이 역할에서 IOC-유네스코는 SDG 14.3.1 지표 방법론 개발, SDG 14.3.1 지표를 위한 연간 데이터 수집, 그리고 유엔에 대한 진행 상황 보고를 담당한다.[170][171]

유엔이 2030년까지 달성해야 할 것으로 채택한 SDGs 17개 목표 중 목표 14에서 달성 목표 "14.3"으로 모든 수준의 과학적 협력 증진 등을 통해 해양 산성화의 영향에 대처하고 최소화하여 해양 산성화의 진행을 억제하는 것이 언급되어 있다.[192]

인류의 안전한 활동 영역을 정하는 플래네터리 바운더리에 따르면, 방해석(아라고나이트)이 해양 산성화의 지표로 사용된다. 방해석 수준이 산업혁명 이전의 80%를 밑돌면 위험하다고 간주되며, 산호초의 멸종 위기 및 그로 인한 해양의 생물다양성 손실로 이어진다.

5. 2. 한국의 정책 및 노력

해양 산성화에 대한 인식이 높아짐에 따라 관련 정책들이 강화되고 있다.

미국에서는 2009년 해양 산성화 연구 및 모니터링 법(Federal Ocean Acidification Research And Monitoring Act of 2009)을 제정하여 정부 차원의 대응을 지원하고 있다. 이 법에 따라 미국 해양대기청(NOAA)은 "해양 산성화 프로그램"을 운영하고 있다.[172][173] 2015년 미국 환경보호청(USEPA)은 시민 청원에 따라 1976년 독성물질관리법(Toxic Substances Control Act of 1976)에 의거, 이산화탄소(CO₂)[174][175] 규제를 검토했으나 기각했다. EPA는 대통령 기후 행동 계획(Presidential Climate Action Plan)과 같은 국내 조치를 통해 해양 산성화 위험에 더 효과적으로 대응하고, 온실가스 배출 및 삼림 벌채 감소, 청정 에너지 및 에너지 효율 증진을 위해 다른 국가들과 협력하는 다양한 방안을 추진하고 있다고 밝혔다.[176]

5. 3. 해양 산성화 완화 기술

해양 산성화의 근본적인 해결책은 이산화탄소 배출량을 줄이는 기후변화 완화 조치뿐이다.[156] 그러나 배출량 감소만으로는 해양 산성화의 진행을 완전히 막을 수 없기 때문에, 이산화탄소 제거(CDR) 기술을 함께 활용하여 산성화 속도를 늦추는 방안이 연구되고 있다.[156]

해양에서 이산화탄소를 제거하는 방법에는 해양 영양염 비료화, 인공 용승류/침강류, 해조류 양식, 생태계 복원, 해양 알칼리도 증강, 강화 풍화 및 전기화학적 공정 등이 있다.[153] 이러한 방법들은 해양을 이용하여 대기 중 이산화탄소를 제거하고 해양에 저장하는 방식으로, 완화에 도움이 될 수 있지만 해양 생물에 부작용을 일으킬 가능성도 있다.[153] 2019년 이후 모든 CDR 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.[156]

"해양 기반 방법은 연간 1~100기가톤의 이산화탄소를 제거할 수 있는 잠재력"을 가지고 있으며, 비용은 톤당 40~500달러 수준으로 평가된다.[154] 예를 들어, 강화 풍화는 연간 2~4기가톤의 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이 기술의 비용은 톤당 50~200달러 수준이다.[154]

  • '''해양 알칼리도 증강(OAE, Ocean alkalinity enhancement)''': 알칼리성 광물 또는 그 해리 생성물을 해수면에 투입하여 표면 총 알칼리도를 증가시키는 방법이다.[155] 이는 해양의 이산화탄소 흡수를 증가시키고, 암석(규산염, 석회암, 생석회)의 강화된 풍화를 통해 중탄산염(HCO3-)의 양을 늘리는 방식이다.[156] 이 과정은 규산염-탄산염 순환을 모방하며, 이산화탄소는 100년 이상 중탄산염 형태로 남아있거나 탄산칼슘(CaCO3)으로 침전되어 심해에 저장될 수 있다.
  • '''강화된 풍화''': 해양 알칼리도 증강의 한 유형으로, 미세한 암석 입자를 분산시켜 알칼리도를 증가시킨다. 육지와 해양 모두에서 발생할 수 있으며, 해양의 pH를 완충하여 해양 산성화를 줄이는 효과가 있다. 그러나 추가된 알칼리도에 대한 생물의 반응은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.[156]
  • '''전기화학적 방법''': 해수에서 이산화탄소를 직접 제거하거나,[156] 금속 수산화물 잔류물을 침전시켜 해수의 알칼리도를 증가시키는 방식으로 이산화탄소를 흡수한다. 이산화탄소 포집 과정에서 생성된 수소는 에너지원으로 활용하거나 다른 물질을 만드는 데 사용될 수 있다.


해양 알칼리도 증강(채굴, 분쇄, 운송)과 전기화학적 방법은 다른 CDR 기술에 비해 비용과 에너지 소모량이 높다.[156] 해양 알칼리도 증강 비용은 톤당 20~50달러로 추산된다.[153] 또한, 이러한 기술들은 아직 기술 성숙도 수준이 낮고, 환경적 영향에 대한 연구가 더 필요한 상황이다.[153]

6. 경제적 영향

해양 산성화는 바닷물의 석회화 속도를 늦춰 해양 생태계에 광범위한 영향을 미친다.[145][146][16] 특히, 해양 생물의 약 25%를 지탱하는 산호초의 크기와 성장 속도가 느려지고, 산호초가 지탱하는 다양한 해양 생물 개체군도 죽어가고 있다.[147]

6. 1. 어업 및 관광 산업

해양 산성화는 상업적 어업과 연안 관광 산업에 부정적인 영향을 미친다.[86] 온실가스 배출 시나리오에 따라 최대 4억~8억 명의 생계가 영향을 받을 수 있으며, 여러 해양 상품과 서비스가 훼손될 가능성이 있다.[86]

바다 밑바닥에 놓여있는 성체 미국 바닷가재. 로드아일랜드주, 더치 아일랜드, 뉴포트 카운티.


북극에서는 해양 산성화로 인해 익족류와 거미불가사리 같은 석회화 생물이 피해를 입어 먹이 사슬의 기반이 약화되면서 상업 어업이 위협받고 있다.[148] 익족류와 불가사리는 모두 중요한 먹이원이므로, 이들이 사라지면 전체 생태계에 큰 위협이 된다.[148] 이러한 먹이 사슬 기반의 석회화 생물에 대한 영향은 어업을 파괴할 수 있다. 2007년 미국 상업 어업에서 잡힌 어류의 가치는 38억달러였으며, 그중 73%는 석회화 생물과 그들의 직접적인 포식자로부터 얻어졌다.[149]

미국 바닷가재, 대서양 대합조개, 가리비와 같은 해양 석회화 생물의 성장 감소는 판매 및 소비 가능한 조개류의 감소를 의미한다.[150] 붉은 왕게 어업 또한 심각한 위협을 받고 있는데, 게 역시 석회화 생물이기 때문이다.[151] 산성화 수준이 증가한 환경에 노출된 어린 붉은 왕게는 95일 후 100% 폐사했다.[151] 2006년 붉은 왕게는 총 어획량 기준치의 23%를 차지했으며, 붉은 왕게 개체 수의 심각한 감소는 게 어업 산업을 위협할 것이다.[152]

해양 산성화는 바닷물에서 석회화 속도를 늦춰, 해양 생물의 약 25%를 지탱하는 산호초의 크기가 작아지고 성장 속도가 느려지게 만든다.[145][146] 이는 어업과 연안 환경에 광범위한 영향을 미친다.[16] 산호뿐만 아니라 산호초가 지탱하는 다양한 해양 생물 개체군도 죽어가고 있다.[147] 약 10억 명이 산호초가 제공하는 어업, 관광 및 연안 관리 서비스에 전적으로 또는 부분적으로 의존하고 있다.[7][8] 따라서 지속적인 해양 산성화는 해양과 관련된 먹이 사슬을 위협할 수 있다.[7][8]

6. 2. 사회적 영향



해양 산성화는 상업적 어업과 연안 관광 산업의 감소를 초래할 수 있다. 여러 해양 상품과 서비스는 향후 해양 산성화로 인해 훼손될 가능성이 있으며, 온실가스 배출 시나리오에 따라 최대 4억~8억 명의 생계에 영향을 미칠 수 있다.[86]

약 10억 명이 산호초가 제공하는 어업, 관광 및 연안 관리 서비스에 전적으로 또는 부분적으로 의존하고 있다. 따라서 지속적인 해양 산성화는 향후 해양과 관련된 먹이 사슬을 위협할 수 있다.[7][8]

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