유광층
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1. 개요
유광층은 생물이 빛을 느낄 수 있는 해수면에서부터 특정 깊이까지의 층을 의미하며, 광합성 생물이 광합성을 하는 진광층과 광합성이 유지될 수 없는 양의 빛이 도달하는 박광층을 포함한다. 유광층은 태양 에너지가 풍부하여 플랑크톤의 광합성이 활발하게 일어나며, 해양 광합성의 대부분이 이곳에서 발생한다. 유광층은 해양 생물의 90%가 서식하는 중요한 생태 환경이며, 영양 염류 순환과 빛의 감쇠, 그리고 고기후학 연구에도 중요한 역할을 한다.
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| 유광층 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 빛이 도달하는 수심까지의 해양 또는 호수의 층 |
| 중요성 | 광합성이 일어날 수 있어 수생 생태계의 기초를 형성 |
| 깊이 | 해양: 최대 200m (656피트) 연안 지역: 수 미터까지 제한될 수 있음 |
| 상세 정보 | |
| 구분 | 진광층 (真光層, Euphotic zone): 광합성 가능 약광층 (弱光層, Dysphotic zone): 광합성 제한적 |
| 특징 | 높은 산소 농도 다양한 수생 생물 서식 먹이 사슬의 시작점 |
| 영향 | 기후 변화 오염 해양 산성화 |
| 관련 용어 | 광합성 플랑크톤 심해 |
| 추가 설명 | 유광층은 태양광이 침투하여 광합성이 가능한 해양 또는 호수의 최상층을 말한다. 이 층은 수생 생태계에서 매우 중요한 역할을 하며, 다양한 생물들이 서식한다. |
2. 정의
광의의 유광층은 생물이 빛을 느끼는 한계(해수면의 1/109 정도의 광도)까지의 층을 가리킨다. 한편 협의의 유광층은 광합성 생물의 보상 심도(해수면의 1/102 정도의 광도) 이심의 층을 가리키며, '''진광층'''(에우/εὖgrc + 포스/φῶςgrc)이라고 불리기도 한다. 진광층에 포함되지 않는 미약한 빛(광합성의 수지를 유지할 수 없는 양의 빛)이 도달하는 층을 박광층 또는 투광층이라고 구분하여 부른다.
유광층에서는 태양 에너지가 풍부하여 1차 생산자인 플랑크톤이 광합성을 활발하게 수행한다.[2] 해양 광합성의 약 95%가 유광층에서 발생한다.[2] 플랑크톤은 햇빛의 영향으로 빠르게 성장하며, 이는 먹이 사슬의 기초가 된다. 보상점보다 깊은 곳에서는 빛이 부족하여 광합성이 거의 일어나지 않는다.[2]
해양 생물의 90%가 약 200미터 깊이의 유광층에 서식한다.[4] 여기에는 와편모조류, 규조류, 시아노박테리아, 코코리스 및 은편모조류를 포함한 식물 플랑크톤과 육식동물과 초식동물을 포함한 동물 플랑크톤이 포함된다. 요각류는 유광층에 널리 분포하는 작은 갑각류이다. 유광층에서 가장 크고 눈에 띄는 동물인 네크톤(물고기, 오징어, 게와 같이 스스로 추진할 수 있는 동물)의 수는 모든 그룹 중에서 가장 적다.[4]
생물학적 흡수로 인해 유광층은 영양 염류 농도가 비교적 낮다.[7] 물리적 요인으로는 온도, 정수압, 영양 염류 경계면을 가로지르는 무기 질소의 상승 난류와 같은 난류 혼합이 있다.[8] 화학적 요인으로는 산소 및 미량 원소가 있으며, 생물학적 요인으로는 포식 및 이동이 있다.[9] 용승은 심층의 영양 염류를 유광층으로 운반하여 식물 플랑크톤의 성장을 강화하며, 재혼합과 용승은 영양 염류가 풍부한 폐기물을 유광층으로 되돌려 보낸다.[7][8][9] 에크만 수송 또한 더 많은 영양 염류를 유광층으로 가져온다.[9] 영양 염류 펄스 빈도는 식물 플랑크톤 경쟁에 영향을 미치며, 광합성은 더 많은 생산을 유도한다.[9] 먹이 사슬의 첫 번째 고리인 식물 플랑크톤에 일어나는 일은 다른 종에 파급 효과를 일으킨다.[9] 식물 플랑크톤 외에도 많은 다른 동물들이 이 구역에 살면서 이러한 영양 염류를 활용하며, 대부분의 해양 생물은 유광층에서 발생한다.[9] 심해 열수공이나 냉수 용출대 등에서 보이는 국소적인 기초 생산을 제외하고, (좁은 의미의) 유광층은 기초 생산이 일어나는 유일한 수층이므로, 유광층의 두께는 해당 수역에서 일어나는 기초 생산의 활발함을 반영한다고 생각하는 것이 일반적이다.
물은 빛을 매우 효과적으로 흡수하며, 바다에 침투하는 빛의 양은 깊이에 따라 빠르게 감소한다.[12] 수심 1m에서는 바다 표면에 떨어지는 태양 에너지의 45%만이 남고, 100m에서는 원래 빛의 1%만이 남는다.[12] 1000m 이상으로는 빛이 침투하지 않는다.[12]
광의의 유광층은 협의의 유광층(진광층)과 박광층(투광층)을 포함한다.
3. 광합성
식물성 플랑크톤은 광합성에 의존하여 광합성대에만 서식하며, 이는 수심 50–100m 수준이다.[25] 식물성 플랑크톤의 성장은 육상 요인, 예를 들어 암석에서 용해된 미네랄, 여러 세대의 동식물에서 유래한 미네랄 영양분으로부터 비롯될 수 있다.[25] 식물성 플랑크톤의 양이 증가하면 동물성 플랑크톤도 증가하는데, 동물성 플랑크톤은 먹이 사슬의 최하위에 있는 식물성 플랑크톤을 먹고 산다.[1]
심해 열수공이나 냉수 용출대 등에서 보이는 국소적인 기초 생산을 제외하고, 유광층은 기초 생산이 일어나는 유일한 수층이다. 따라서 유광층의 두께는 해당 수역에서 일어나는 기초 생산의 활발함을 반영한다고 볼 수 있다.
4. 생물 분포
유기물 분해자와 청소 동물은 유광층에서 드물다. 사멸한 유기체의 미생물 분해는 여기에서 시작되어 시체가 무광층으로 가라앉으면 계속되어 심해 생물의 가장 중요한 영양원이 된다.[5]
유광층 내의 동물은 빛과 어둠의 주기를 중요한 환경 신호로 사용하며, 이동은 이 사실과 직접적으로 연관되어 있다. 물고기는 이동할 때 해질녘과 새벽이라는 개념을 사용하며, 유광층은 이러한 개념과 유사하여 시간 감각을 제공한다. 이 동물은 청어, 정어리 및 유광층 내에 지속적으로 서식하는 다른 물고기일 수 있다.[6]
5. 영양염 순환
6. 빛의 감쇠
바다는 다양한 파장의 빛을 서로 다른 속도로 흡수한다.[12] 가시광선 스펙트럼의 양쪽 끝에 있는 파장은 중간에 있는 파장보다 더 빠르게 감쇠된다.[12] 더 긴 파장은 먼저 흡수되는데, 빨간색은 상위 10m에서 흡수되고, 주황색은 약 40m에서 흡수되며, 노란색은 100m 전에 사라진다.[12] 더 짧은 파장은 더 깊이 침투하여 파란색과 녹색 빛이 가장 깊은 깊이에 도달한다.[12]
원양의 물은 맑고 파랗게 보이는데, 이는 입자 물질이 적고 빛의 투과가 더 깊기 때문이다.[12] 파란색 빛은 깊이 침투하여 물 분자에 의해 산란되는 반면, 다른 모든 색상은 흡수된다.[12] 반면, 연안 수역은 미사, 조류, 해양 미생물을 더 많이 포함하고 있어 녹색으로 보인다.[12] 플랑크톤과 같은 유기체는 광합성 색소를 통해 파란색과 빨간색 범위의 빛을 흡수하여 녹색을 반사한다.[12]
유광층의 두께는 탁도의 계절 변동에 크게 의존하며, 수중에서의 빛의 감쇠에 따라 달라진다.[12] 빛의 감쇠는 수중의 미립자나 미생물 등에 의해 빛이 흡수·산란되어 발생하며, 빛이 직진할수록 빛의 강도는 저하된다. 유광층의 두께는 외양에서는 200m 정도가 되지만, 탁도가 높은 부영양화된 호수에서는 수 cm인 경우도 있다.[12]
7. 고기후학
식물성 플랑크톤은 단세포 해양 미생물로 해양 먹이 사슬의 기초를 형성하며, 규조류가 지배적이다.[13] 규조류는 프러스툴이라고 하는 규산염 껍질을 성장시키는데, 죽으면 껍질이 해저에 가라앉아 미세 화석이 될 수 있다. 이러한 미세 화석들은 오팔 퇴적물로 해양 퇴적물에 묻히게 된다. 고기후학은 과거 기후를 연구하는 학문이며, 고기후 대리 지표는 직접적인 기상학적 또는 해양 측정을 대신하는 보존되거나 화석화된 물리적 지표를 말한다.[13]
규조류의 동위원소 기록인 δ13C, δ18O, δ30Si (δ13C규조류, δ18O규조류, δ30Si규조류)는 대리 지표의 예시이다. 2015년, 스완과 스넬링은 이러한 동위원소 기록을 사용하여 북서 태평양의 광합성대 조건, 특히 영양 공급과 연조직 생물학적 펌프의 효율성에 대한 역사적 변화를 현대에서 해양 동위원소 단계 5e(에미안 간빙기)까지 기록했다. 해양 동위원소 단계에서 오팔 생산성의 급증은 지역 염분약층 성층화의 붕괴와 광합성대에 대한 영양 공급 증가와 관련이 있다.[14]
염분약층 및 성층화된 수주의 초기 발달은 2.73 Ma에 시작된 주요 북반구 빙하기에 기인하는데, 이는 몬순 강우량 증가 및/또는 빙하 융해수를 통해 이 지역으로의 담수 유입을 증가시키고 해수면 온도를 낮추었다.[15][16][17][18] 이와 관련된 심해수 용승 감소는 2.73 Ma부터 전 세계적으로 더 추운 조건이 확립되고 북반구 전역에 걸쳐 빙하가 확장되는 데 기여했을 수 있다.[16] 염분약층이 후기 플리오세와 초기 제4기 빙하-간빙기 주기 동안 지속된 것으로 보이지만,[19] 다른 연구에서는 성층화 경계가 후기 제4기의 빙하기 종결 시점과 간빙기의 초기 부분에서 붕괴되었을 수 있음을 보여주었다.[20][21][22][23][14]
8. 기타
8. 1. 디메틸설파이드 (DMS)
디메틸설파이드(Dimethylsulfide, DMS)는 해양 박테리아, 조류, 산호 및 대부분의 다른 유기체가 방출하는 황 화합물로, 해양 내 황 순환과 생태를 조절하는 데 기여한다. 다양한 유전자 계열을 구성한다.
유광층 내에서 디메틸설파이드의 손실은 미생물 섭취와 광화학적 분해에 의해 제어된다. 이 화합물은 섭취하거나 피부에 흡수되거나 흡입할 경우 인간에게 유독할 수 있지만, 식물과 동물 내 단백질은 이 화합물에 의존한다.
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