마리아나 해구

1. 개요

마리아나 해구는 태평양 서부에 위치한 세계에서 가장 깊은 해구로, 태평양판이 마리아나판 아래로 섭입하면서 형성된 수렴 경계의 일부이다. 이 해구는 챌린저 해연을 포함하며, 다양한 탐사 시도를 통해 깊이를 측정하고 심해 생물과 환경 오염 문제를 연구해왔다. 탐사 결과, 1960년 심해잠수정 트리에스테호가 최초로 해구 바닥에 도달했으며, 이후 무인 잠수정과 유인 잠수를 통해 잠수 기록이 갱신되었다. 또한, 심해 생물, 플라스틱 오염, 화학 물질 오염 등 다양한 환경 문제도 발견되었다.

2. 지질학적 특징

마리아나 해구는 인근 마리아나 제도의 이름에서 유래했다. 마리아나 제도는 스페인 여왕 마리아나 오스트리아를 기리기 위해 '라스 마리아나스(Las Marianas)'라고 불렸다. 이 제도는 해구 서쪽에 위치한 마리아나 판 위에 형성된 섬호의 일부이다.

2.1. 섭입 과정

마리아나 해구는 이즈-보닌-마리아나 섭입 시스템의 일부로, 두 개의 판 사이의 경계를 형성한다. 이 시스템에서 한 판의 서쪽 가장자리, 즉 태평양판이 서쪽에 있는 더 작은 마리아나판 아래로 섭입(밀려들어감)된다. 태평양판의 서쪽 가장자리에 있는 지각 물질은 지구상에서 가장 오래된 해양 지각 중 일부(최대 1억 7천만 년)이며, 따라서 더 차갑고 밀도가 높다. 따라서 더 높이 솟아 있는(그리고 더 젊은) 마리아나판에 비해 높이 차이가 크다. 판 경계에서 가장 깊은 지역이 바로 마리아나 해구이다.

태평양판과 마리아나판의 이동은 마리아나 제도의 형성에도 간접적으로 영향을 미친다. 이 화산섬들은 섭입된 태평양판의 광물에 갇혀 있던 물이 방출됨으로써 상부맨틀의 플럭스 용융에 의해 생성된다.

2.2. 화산 활동

마리아나 해구는 이즈-보닌-마리아나 섭입 시스템의 일부로, 두 판 사이의 경계를 형성한다. 이 시스템에서 태평양판이 마리아나판 아래로 섭입한다.

태평양판과 마리아나판의 이동은 마리아나 제도 형성에도 간접적으로 영향을 미친다. 이 화산섬들은 섭입된 태평양판의 광물에 갇혀 있던 물이 방출됨으로써 상부맨틀의 플럭스 용융에 의해 생성된다.

3. 탐사 역사

마리아나 해구는 1875년 챌린저호 탐험에 의해 처음 측정된 이후, 여러 국가와 연구 기관에 의해 지속적으로 탐사되어 왔다.

3.1. 초기 탐사 (19세기-20세기 초)

1875년 챌린저호 탐험은 측심용 추를 단 로프를 사용하여 마리아나 해구를 처음 측정했으며, 당시 측정된 깊이는 4475fathom였다. 1877년에는 페터만(Petermann)이 Tiefenkarte des Grossen Ozeans라는 지도를 발표했는데, 이 지도에는 당시 측정 지점에 "챌린저 심해"(Challenger Tief)가 표시되어 있었다. 1899년에는 석탄 운반선을 개조한 미국 해군의 가 5269fathom의 깊이를 기록했다.

1925년 4월 15일, 일본의 측량선 "만주호"가 요코스카(横須賀)를 출항하여 10월 23일 추를 단 케이블을 내려 측정하는 방법(강삭측심)으로 수심 9,814m를 기록했다. (1928년 3월까지 관측했다).

3.2. 일본의 탐사

1925년 4월 15일, 일본의 측량선 "만주호"가 요코스카(横須賀)를 출항하여 10월 23일 추를 단 케이블을 내려 측정하는 방법(강삭측심)으로 수심 9,814m를 기록했다. (1928년 3월까지 관측했다). 이는 20세기 초 일본의 해양 탐사 기술력을 보여주는 사례이다.

1984년에는 일본의 조사선 "타쿠요(拓洋)"가 최신식 협대역 다중빔 측심기를 사용하여 측정을 실시하여 10,924m(정확히는 10,920±10m)라는 값을 얻었다. 1995년 5월에는 일본의 무인 탐사기 "카이코(かいこう)"가 수심 10,911m를 기록했다.

3.3. 20세기 중반 이후의 탐사

1951년, 토마스 개스켈(Thomas Frohock Gaskell) 수석 과학자의 지휘 아래, 챌린저 2호가 음향 측심을 사용하여 해구를 조사했다. 음향 측심은 최초 탐험 때 사용되었던 측심 장비와 예인선보다 훨씬 정확하고 쉬운 깊이 측정 방법이었다. 이 조사에서 챌린저 2호는 챌린저 해연으로 알려진 곳에서 10910m 깊이를 측정했다.

1957년, 소련 선박 Витязь^러시아어는 "마리아나 홀로우"(Mariana Hollow)라고 명명된 지점에서 11034m의 깊이를 보고했다.

1962년, 해상 선박 M.V. 스펜서 F. 베어드(Spencer F. Baird)호는 정밀 수심계를 사용하여 최대 10915m의 깊이를 기록했다.

1984년, 일본 측량선 타쿠요(拓洋)는 좁은 빔의 다중빔 음향 측심기를 사용하여 마리아나 해구의 자료를 수집했고, 최대 10924m (10920±)의 깊이를 보고했다. 원격 조종 무인 잠수정 KAIKO는 1995년 3월 24일 마리아나 해구의 가장 깊은 지점에 도달하여 10911m의 최대 잠수 기록을 세웠다.

3.4. 현대의 탐사

마리아나 해구는 1875년 챌린저호 탐험에서 처음 측정되었는데, 당시 깊이는 였다. 1899년에는 미국 해군의 가 의 깊이를 기록했다.

1951년, 챌린저 2호는 음향 측심을 사용하여 해구를 조사했다. 음향 측심은 최초 탐험 때 사용되었던 측심 장비보다 훨씬 정확하고 쉬운 깊이 측정 방법이었다. 챌린저 2호는 지점에서 의 깊이를 측정했는데, 이 지점이 바로 챌린저 해연이다.

1957년, 소련 선박 는 11034m의 깊이를 보고했다. 1962년, 해상 선박 M.V. 스펜서 F. 베어드(Spencer F. Baird)호는 정밀 수심계를 사용하여 최대 10915m의 깊이를 기록했다.

1984년, 일본 측량선 타쿠요(拓洋)는 좁은 빔의 다중빔 음향 측심기를 사용하여 최대 의 깊이를 보고했는데, 이는 10920±로도 보고되었다. 1995년 3월 24일, 원격 조종 무인 잠수정 KAIKO는 마리아나 해구의 가장 깊은 지점에 도달하여 10911m의 최대 잠수 기록을 세웠다.

1997년부터 2001년 사이에 하와이 대학교 과학자들이 괌 주변을 조사하는 과정에서 HMRG 해연을 발견했다.

2009년 6월 1일, 네레우스(Nereus) 잠수정의 모선인 호에 탑재된 매핑 시스템은 10971m의 깊이를 가진 지점을 나타냈다. 심라드(Simrad) EM120 음향 측심 시스템은 위상 및 진폭 저면 탐지를 사용하며, 전체 수심의 0.2% 미만의 정확도를 가지고 있다(깊이 수치는 ± 의 정확도를 가진다).

2011년, 미국 지구물리학 연합 가을 학회에서 다중빔 음향 측심기를 장착한 미 해군 수로 조사선이 해구 전체를 100m 해상도로 매핑하는 조사를 실시했다는 발표가 있었다. 이 매핑을 통해 과거의 해산으로 여겨지는 4개의 암석 지형이 존재하는 것이 밝혀졌다.

2012년, 세인트루이스 워싱턴 대학교와 우즈홀 해양학 연구소 연구원들은 지하 물 순환을 조사하기 위한 지진 조사 지역으로 마리아나 해구를 선정했다. 해저 지진계와 수중 청음기를 모두 사용하여 과학자들은 표면 아래 깊이까지 구조를 매핑할 수 있었다.

4. 잠수 기록

마리아나 해구에서는 유인 및 무인 잠수정을 이용한 다양한 심해 잠수가 이루어졌다.

4.1. 유인 잠수

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1960년 1월 23일, 스위스에서 설계하고 이탈리아에서 제작한 미국 해군의 심해잠수정 트리에스테가 최초로 마리아나 해구 바닥에 도달했다. 밸러스트에는 철탄이 사용되었고, 부력을 위해서는 휘발유가 사용되었다. 돈 월시와 자크 피카르가 탑승하여 오후 1시 6분에 해저에 도착했다. 선상 시스템은 처음 약 11521.44m를 나타냈지만, 이후 약 10916.11m로 수정되었다.

2012년 3월 26일, 캐나다 영화 감독 제임스 카메론은 심해 잠수정 딥씨 챌린저를 이용하여 마리아나 해구 바닥까지 10908m 수심에 도달했다.

2019년 4월 28일, 빅터 베스코보는 트라이톤 서브마린즈(Triton Submarines)에서 제작한 심해잠수정 리미팅 팩터를 이용해 10928m에 새로운 잠수 기록을 세웠다. 그는 2019년 4월 28일부터 5월 5일까지 네 번 잠수하여 챌린저 해연에 두 번 이상 잠수한 최초의 인물이 되었다.

4.2. 무인 잠수

1995년 3월 24일, 일본의 무인 잠수정 "카이코"가 챌린저 해연의 가장 깊은 곳에 도달했다. 일본 해양과학기술센터(JAMSTEC)에서 개발한 이 장치는 6000m 이상 잠수할 수 있는 몇 안 되는 무인 잠수정 중 하나였다. 당시 잠수 기록은 음향 탐사에 의해 챌린저 해연의 가장 깊은 곳으로 여겨졌던 10911.4m였다. "카이코"는 1995년부터 1998년까지 마리아나 해구에서 3차례 탐사하며 여러 번 잠수했다.

2009년 5월 31일, 미국 우즈홀 해양연구소의 하이브리드형 원격 조종 무인 잠수정(HROV)인 "네레우스"가 챌린저 해연에 잠수했다. 계획 책임자이자 개발자인 앤디 보웬(Andy Bowen)은 "해양 탐사의 새로운 시대가 열렸다"고 말했다. "네레우스"는 "카이코"와 달리 수상 모선으로부터 케이블을 통한 전력 공급이나 제어를 필요로 하지 않는다. "네레우스"는 10시간 이상 챌린저 해연의 해저에 머물면서 수심 10902m을 측정했고, 그 사이 모선인 RV Kilo Moana에 실시간 영상과 데이터를 전송했다. 또한, 매니퓰레이터로 채취한 지질학적, 생물학적 시료를 해상으로 가져와 더 자세히 화학 분석을 했다.

2020년 5월 8일, 러시아 조선소와 러시아 과학 아카데미 과학팀이 러시아 국방산업 선진기술 연구재단과 태평양 함대의 지원을 받아 공동으로 진행한 프로젝트에서 무인 잠수정 "비탸즈-D"가 마리아나 해구 바닥 10028m 수심에 도달했다. "비탸즈-D"는 마리아나 해구의 극한 수심에서 자율적으로 작동한 최초의 수중 차량이다. 잠수와 수면을 제외한 임무 시간은 3시간이 넘었다.

2020년 11월 10일, 중국의 심해 잠수정 "펀더우저"가 10909m 수심의 마리아나 해구 바닥에 도달했다.

5. 생물 다양성

1960년에 실시된 탐험에서는 높은 수압에도 불구하고 넙치와 새우 등 큰 생물들을 관찰했다고 주장했지만, 해양생물학자들은 해삼일 가능성을 제기했다. 이후 무인 탐사 장비 카이코가 해저 진흙 샘플에서 미세한 생물들이 서식하고 있음을 발견했다. 2011년에는 단세포유공충류가, 2014년 탐험에서는 심해거대증으로 인해 천해에 사는 근연종보다 더 크게 자라는 거대한 옆새우를 포함한 여러 새로운 종들이 촬영되었다.

5.1. 심해 생물

1960년에 실시된 탐험에서는 높은 수압에도 불구하고, 약 30cm 길이의 넙치와 새우 등을 관찰했다고 주장했다. 하지만 많은 해양생물학자들은 넙치로 추정되는 관측에 대해 회의적인 시각을 가지고 있으며, 그 생물이 해삼일 가능성이 제기되고 있다.

2011년 7월, 연구 탐험에서는 단세포유공충류에 속하는 약 10.16cm가 넘는 거대한 단세포 유공충류가 관찰되었다.

2014년 12월에는 수심 8145m에서 새로운 종의 꼼치가 발견되어 비디오로 관찰된 가장 깊은 곳에 서식하는 물고기 기록을 경신했다. 같은 해, 초대형으로 알려진 거대한 옆새우를 포함한 여러 새로운 종들이 촬영되었다.

2017년 5월에는 수심 8178m에서 미확인 종의 꼼치가 촬영되었다.

6. 환경 문제

마리아나 해구는 인간의 활동으로 인한 오염으로부터 자유롭지 않다. 2016년 연구에서 해구 내 7841m~10250m 범위에서 채취한 갑각류에서 1970년대 사용이 금지된 PCB 농도가 매우 높게 나타났다. 또한, 단각류(amphipods)는 미세 플라스틱을 섭취하며, 100%가 합성 물질 조각을 가지고 있었다. 2019년 빅터 베스코보는 해구 바닥에서 비닐봉투와 사탕 포장지를 발견했고, 사이언티픽 아메리칸은 해구에서 발견된 수생 동물의 몸에서 핵무기 실험으로 인한 탄소-14가 발견되었다고 보도했다.

6.1. 플라스틱 오염

2016년 한 연구 탐험에서 해구 내 7841m~10250m 범위에서 채취한 갑각류 청소 동물의 화학적 구성을 조사했다. 연구진은 이 생물체 내에서 1970년대 환경적 피해로 인해 사용이 금지된 화학 독소인 PCB의 농도가 해구 퇴적물의 모든 깊이에서 매우 높게 나타나는 것을 발견했다. 후속 연구에 따르면, 단각류(amphipods)도 미세 플라스틱을 섭취하며, 단각류의 100%가 위에 적어도 한 개의 합성 물질 조각을 가지고 있다고 한다.

2019년 빅터 베스코보는 해구 바닥에서 비닐봉투와 사탕 포장지를 발견했다고 보고했다. 같은 해, 사이언티픽 아메리칸은 또한 해구에서 발견된 수생 동물의 몸에서 핵무기 실험으로 인한 탄소-14가 발견되었다고 보도했다.

6.2. 화학 물질 오염

2016년 한 연구 탐험에서 해구 내 7841m에서 10250m 범위에서 채취한 갑각류 청소 동물의 화학적 구성을 조사했다. 연구진은 이 생물체 내에서 1970년대 환경적 피해로 인해 사용이 금지된 화학 독소인 PCB의 농도가 해구 퇴적물의 모든 깊이에서 매우 높게 나타나는 것을 발견했다. 후속 연구에 따르면, 단각류(amphipods)도 미세 플라스틱을 섭취하며, 단각류의 100%가 위에 적어도 한 개의 합성 물질 조각을 가지고 있다고 한다.

2019년 빅터 베스코보는 해구 바닥에서 비닐봉투와 사탕 포장지를 발견했다고 보고했다. 같은 해, 사이언티픽 아메리칸은 또한 해구에서 발견된 수생 동물의 몸에서 핵무기 실험으로 인한 탄소-14가 발견되었다고 보도했다.

6.3. 핵폐기물 처리 문제

다른 해구와 마찬가지로 마리아나 해구는 핵폐기물 처리 장소로 제안되어 왔다. 해구에서 발생하는 판구조론적 섭입 현상을 통해 핵폐기물을 지구의 두 번째 층인 지구 맨틀 깊숙이 밀어넣을 수 있을 것이라는 기대에서였다. 1979년 일본은 북마리아나 제도의 마우그 근처에 저준위 핵폐기물을 투기할 계획을 세웠으나, 국제법에 따라 해양에 핵폐기물을 투기하는 것은 금지되어 있다. 또한, 판 섭입대는 매우 큰 대규모 역단층 지진과 관련이 있으며, 이러한 지진의 영향은 심해저 생태계 내 핵폐기물의 장기적인 안전성에 대한 예측 불가능성을 야기한다.