맨위로가기

생물지구화학

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

생물지구화학은 생물권, 수권, 토양권, 대기권, 암석권 등 지구의 각 권역에서 일어나는 화학 물질의 순환과 상호 작용을 연구하는 학문 분야이다. 블라디미르 베르나츠키는 이 개념을 처음 제시했으며, 조지 에블린 허친슨과 제임스 러브록 등의 과학자들이 이 분야의 발전에 기여했다. 생물지구화학은 탄소, 질소, 인, 황 등 주요 원소들의 순환과 미량 원소 및 합성 화합물의 순환을 연구하며, 모델링, 환경 복원, 기후 변화 등 다양한 연구 분야를 포함한다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 생물지구화학 - 가이아 이론
    가이아 이론은 지구를 생물권, 대기권, 수권, 지권이 상호작용하며 항상성을 유지하는 하나의 거대한 자기조절 시스템으로 보는 이론으로, 지구 시스템 과학의 연구 대상이자 환경 운동 등 다양한 영역에 영향을 미치고 있다.
  • 생물지구화학 - 생태학
    생태학은 생물과 환경, 생물 간의 상호작용을 연구하는 학문으로, 개체군, 군집, 생태계 등 다양한 하위 분야를 통해 생태계의 구조와 기능을 이해하고, 진화, 행동 등 다른 학문과 연관되며, 인간 생태학 등 다양한 응용 분야를 포함한다.
  • 시스템 생태학 - 경관생태학
    경관생태학은 이질적인 토지 영역에서 상호작용하는 생태계 집합을 연구하며 공간 패턴이 생태 과정에 미치는 영향을 분석하는 학문으로, 패치, 주변, 생태축, 서식지 단편화 등의 개념을 포함하고 인간의 영향 또한 주요 연구 대상으로 한다.
  • 시스템 생태학 - 생태통로
    생태통로는 서식지 단편화로 고립된 야생 동물의 개체군을 연결하고 생태계 건강성을 증진하며 동물의 이동, 식물의 종자 확산, 유전자 교환을 촉진하여 생물 다양성 보전에 기여하는 통로로, 육교형, 터널형 등 다양한 형태로 건설된다.
  • 화학해양학 - 영양소
    영양소는 생명 유지와 성장에 필수적인 물질로, 인간에게는 탄수화물, 지방, 단백질, 비타민, 미네랄 등의 유기 및 무기 영양소가 있으며, 필요량에 따라 주요 영양소와 미량 영양소, 체내 합성 가능 여부에 따라 필수 영양소와 비필수 영양소로 나뉜다.
  • 화학해양학 - 기후변화 완화
    기후변화 완화는 온실가스 배출 감축과 흡수원 증진을 통해 지구 온난화를 억제하고, 지속 가능한 에너지 전환, 효율 향상, 농업 및 산업 정책, 탄소 흡수원 강화, 이산화탄소 제거 기술 개발 등 다양한 조치로 지구 온도 상승을 제한하는 노력이다.
생물지구화학
생물지구화학
개요
정의생물 활동에 의해 영향을 받거나 생물 활동을 유발하는 지구의 화학적 순환에 대한 연구이다.
창시자블라디미르 베르나드스키
블라디미르 베르나드스키
블라디미르 베르나드스키, 생물지구화학의 창시자
서적저자: 윌리엄 H. 슐레진저, 에밀리 S. 베른하르트
제목: 생물지구화학: 지구 변화 분석
판: 4판
출판사: 런던
ISBN: 978-0-12-814609-5
OCLC: 1183905251

2. 역사

블라디미르 베르나츠키는 현재 생물지구화학에 가까운 개념을 처음으로 제창한 러시아 과학자이다. 1926년 그의 저서 ''The Biosphere''는 드미트리 멘델레예프의 업적을 계승하여 지구 전체를 생명체로 정식화했다. 베르나츠키는 우주를 비생물권(Abiotic sphere), 생물권 (Biosphere), 지혜권 (Nösphere)의 3개 권역(sphere)으로 분류하고, 각각 고유한 진화 법칙이 있으며 상위 권역이 하위 권역에 영향을 미친다고 했다.

구미권에서는 미국 과학자 조지 에블린 허친슨이 이 새로운 학문 분야 확립에 기여했다. 이후 영국 과학자 제임스 러브록이 "가이아 이론"이라는 명칭으로 오늘날 생물지구화학의 기본 원리에 해당하는 개념을 일반화시켰다. 러브록은 생명이라는 과정이 스스로에게 지구를 살기 좋게 유지하기 위해 피드백 기구에 의해 지구를 제어하고 있다고 주장했다.

다만, 가이아 이론 중 지구 자체를 생명으로 간주하는 것과 같이 과학적 정의와 검증이 어려운 주장이나, 현재의 지구 환경이 생명에 의해 유도된 결과라는 목적론적 요소는 생물지구화학에 포함되지 않는다. 그러나 러브록의 이론은 생물과 환경의 상호 관계에 대한 인식을 새롭게 하는 중요한 계기가 되었다.

현대의 생물지구화학에서는 지구를 생물권, 수권, 토양권, 대기권, 암석권(리토스피어)으로 나누어 생각한다(토양권은 생물권 또는 암석권에 포함되어 논의되는 경우가 많다). 특히 생물권은 시대에 따라 그 범위가 크게 변화했다. 20세기에 들어 미생물학의 진보로 인해 이전에는 알지 못했던 생명(주로 세균과 고세균)이 많이 발견되었고, 극한 환경에도 극호열성 미생물이 존재한다는 것이 밝혀지면서 생물권은 크게 확대되었다. 그 때문에 생물이 환경에 미치는 영향도 이전 예상보다 훨씬 더 크다는 것을 알게 되었다. 또한 오늘날에는 농업과 공업을 중심으로 한 인류의 활동이 생물권에서 큰 요소가 되고 있다. (인류세 참조)

2. 1. 고대 그리스

고대 그리스인들은 자연이 순환으로 이루어져 있다는 생물지구화학의 핵심 개념을 정립했다.[2]

2. 2. 18-19세기

18세기 토양 화학에 대한 농업적 관심은 영양소와 생화학적 과정과의 관계에 대한 이해를 높였다. 유기체의 순환과 그 화학적 산물 간의 관계는 1844년 뒤마와 부생골의 논문에서 더욱 확장되었으며, 이 논문은 생물지구화학 발전에 중요한 이정표로 여겨진다.[2][3][4] 장바티스트 라마르크는 1802년에 처음으로 ''생물권''이라는 용어를 사용했으며, 찰스 라이엘, 존 틴들, 조제프 푸리에와 같은 과학자들은 19세기 내내 빙하기, 풍화, 기후를 연결하는 연구를 통해 이 개념을 계속 발전시켰다.[3][5]

2. 3. 20세기

현대 생물지구화학의 창시자는 블라디미르 베르나드스키이며, 그는 러시아와 우크라이나의 과학자였다. 1926년에 출판된 그의 저서 ''생물권''[6]은 멘델레예프의 전통에 따라 지구를 살아있는 전체로서의 물리학으로 공식화했다.[7] 베르나드스키는 세 개의 구(sphere)를 구별했는데, 여기서 구는 위상 공간의 개념과 유사한 개념이었다. 그는 각 구가 자체적인 진화 법칙을 가지고 있으며, 상위 구가 하위 구를 수정하고 지배한다는 것을 관찰했다.

# 비생물적 구 - 모든 무생물 에너지 및 물질 과정

# 생물권 - 비생물적 구 내에서 생명 과정

# 누에시스 또는 노스피어 - 인간의 인지 과정의 구

인간 활동 (예: 농업 및 산업)은 생물권과 비생물적 구를 수정한다. 현대 환경에서 인간이 다른 두 구에 미치는 영향의 양은 지질학적 힘에 비견될 만하다 (인류세 참조).

미국의 호수학자이자 지구화학자 G. 에블린 허친슨은 이 새로운 분야의 광범위한 범위와 원리를 개략적으로 설명한 것으로 평가받고 있다. 더 최근에는 생물지구화학 분야의 기본 요소들이 영국의 과학자이자 작가인 제임스 러브록에 의해 ''가이아 가설''이라는 이름으로 재진술되고 대중화되었다. 러브록은 생명 과정이 피드백 메커니즘을 통해 지구를 조절하여 거주 가능하게 유지한다는 개념을 강조했다. 만프레트 쉬들로프스키의 연구는 초기 지구의 생화학에 관한 것이었다.[8]

3. 생물지구화학적 순환

생물지구화학 순환은 화학 물질이 생물권, 대기권, 수권, 지권과 같이 생물적 및 무생물적 구획을 통해 순환하는(전환되거나 이동하는) 경로이다.

생물지구화학은 기존의 학문 분야를 넘나드는 학제간 연구적인 성격을 띠기 때문에, 현재로서는 대학에서 전문적인 학과가 마련되어 있는 경우는 기본적으로 없다. 대기 과학, 생물학, 생태학, 환경 화학, 지질학, 해양학, 토양학 등의 학과에서 연구가 이루어지고 있으며, 더 큰 분야인 지구과학이나 환경학의 일부로 여겨지는 경우가 많다. 이러한 연구는 광상이나 유전 탐사, 공해 대책, 지구 공학 등에 응용된다.

보다 구체적인 연구 주제로는 다음과 같은 것들이 있다.


  • 자연계의 모델화
  • 토양 및 수질의 산성화 회복 과정
  • 지표수의 부영양화 진행
  • 탄소 포집 및 저장
  • 토양 개선
  • 기후 변화
  • 광상의 생물지구화학적 시추


블라디미르 베르나츠키는 1926년 저서 ''The Biosphere''에서 드미트리 멘델레예프의 업적을 계승하여 지구 전체를 생명체로 정식화하고, 우주를 비생물권, 생물권, 지혜권의 세 권역으로 분류했다. 각 권역은 고유한 진화 법칙을 가지며, 상위 권역이 하위 권역에 영향을 미친다고 주장했다.

구미권에서는 조지 에블린 허친슨이 이 분야의 확립에 기여했고, 제임스 러브록은 "가이아 이론"을 통해 생명과 지구 환경의 상호 작용을 강조했다. 이는 생물지구화학의 기반이 되었지만, 가이아 이론 중 지구 자체를 생명으로 간주하는 등의 과학적 검증이 어려운 주장은 포함되지 않는다.

현재 생물지구화학에서는 지구를 생물권, 수권, 토양권, 대기권, 암석권(리토스피어)으로 나누어 생각한다(토양권은 생물권 또는 암석권에 포함되는 경우가 많다). 특히 20세기 미생물학의 발전으로 이전에는 알지 못했던 다양한 세균, 고세균, 극호열성 미생물이 발견되면서 생물권의 범위와 생물이 환경에 미치는 영향이 더 크다는 것을 이해하게 되었다. 또한 농업, 공업 등 인류 활동이 생물권에 큰 영향을 미치고 있어(인류세 참조), 이에 대한 정량적 추산이 시급하다.

3. 1. 주요 순환

생물지구화학적 순환은 화학 물질이 생물권, 대기권, 수권, 지권과 같은 생물적 및 무생물적 구획을 통해 순환하는(전환되거나 이동하는) 경로이다. 여기에는 칼슘 순환, 탄소 순환, 수소 순환, 수은 순환, 질소 순환, 산소 순환, 인 순환, 셀레늄 순환, 철 순환, 황 순환과 같은 화학 원소 순환과 물 순환, 실리카 순환과 같은 분자 순환이 포함된다. 또한 암석 순환과 같은 거시적 순환과 폴리염화 바이페닐(PCBs)과 같은 합성 화합물에 대한 인간 유도 순환도 있다. 일부 순환에는 물질이 오랫동안 머물거나 격리될 수 있는 저장소가 있다.

생명에게 필수적인 탄소, 산소, 질소, 인, 황과 같은 원소 (및 이들의 안정 동위 원소)의 생물지구화학적 순환에 대한 연구가 이루어지고 있다. 또한, 미량 금속이나 방사성 동위 원소와 같은 미량 원소의 순환도 연구 대상이 된다.

3. 2. 기타 순환

칼슘 순환, 탄소 순환, 수소 순환, 수은 순환, 질소 순환, 산소 순환, 인 순환, 셀레늄 순환, 철 순환, 황 순환과 같은 화학 원소와 물 순환, 실리카 순환과 같은 분자 순환이 있다. 또한 암석 순환과 같은 거시적 순환과 폴리염화 바이페닐(PCBs)과 같은 합성 화합물에 대한 인간 유도 순환도 있다. 일부 순환에는 물질이 오랫동안 머물거나 격리될 수 있는 저장소가 있다.

4. 연구 분야

생물지구화학은 학제 간 분야로, 대기 과학, 생물학, 생태학, 지구미생물학, 환경 화학, 지질학, 해양학, 토양 과학 등 다양한 학문 분야와 관련이 있다.[1] 지구 과학 및 환경 과학과 같이 더 큰 학문 분야로 묶이기도 한다.[1]

4. 1. 주요 연구 주제

생물지구화학의 주요 연구 분야는 다음과 같다.[1]

  • 자연 시스템의 모델링
  • 토양 및 수질 산성화 복구 과정
  • 표면수의 부영양화
  • 탄소 포집
  • 환경 복원
  • 지구 변화
  • 기후 변화
  • 광상에 대한 생물지구화학적 탐사
  • 토양 화학
  • 화학 해양학


많은 연구자들이 탄소, 산소, 질소, 인, 황과 같은 주요 원소 및 그들의 안정 동위 원소의 생물지구화학적 순환을 연구한다.[1] 미량 금속과 방사성 핵종 같은 미량 원소의 순환 또한 연구된다.[1] 이러한 연구는 광상 및 석유 탐사, 그리고 환경 오염 복구에 응용된다.[1]

5. 전망

생물지구화학은 학제간 연구적인 성격을 띠기 때문에, 대학교에 전문 학과가 설치된 경우는 드물다. 대기 과학, 생물학, 생태학, 환경 화학, 지질학, 해양학, 토양학 등에서 연구가 이루어지며, 더 큰 범위에서는 지구과학이나 환경학의 일부로 간주된다.

생물지구화학에서는 생명에 필수적인 탄소, 산소, 질소, 인, 황과 같은 원소 및 이들의 안정 동위 원소의 '''생물지구화학적 순환'''을 연구한다. 또한 미량 금속, 방사성 동위 원소와 같은 미량 원소의 순환도 연구한다. 이러한 연구는 광상, 유전 탐사, 공해 대책, 지구 공학 등에 응용된다.

구체적인 연구 주제는 다음과 같다.

참조

[1] 서적 Biogeochemistry : an analysis of global change https://www.worldcat[...] 2020
[2] 논문 Biogeochemistry: its origins and development https://doi.org/10.1[...] 1991-01-01
[3] 논문 The evolution of biogeochemistry: revisited https://doi.org/10.1[...] 2021-06-01
[4] 서적 The chemical and physiological balance of organic nature; an essay https://www.biodiver[...] H. Bailliere 1844
[5] 논문 Greenhouse effect and ice ages: historical perspective 2004-06-01
[6] 서적 Essays on Geochemistry & the Biosphere Synergetic Press 2007
[7] 서적 Biogeochemistry : an analysis of global change https://www.worldcat[...] 2020
[8] 간행물 Carbon isotopes as biochemical recorders of life over 3.8 Ga of Earth history: Evolution of a concept 2001-02-01
[9] 웹사이트 Biogeochemical cycles http://editors.eol.o[...] 2012
[10] 웹사이트 3.2 Biogeochemical Cycles https://openoregon.p[...] 2019
[11] 웹사이트 Biogeochemical Cycles https://cnx.org/cont[...] 2019-05-09
[12] 서적 Modern biogeochemistry Kluwer Academic Publ 2002


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com