챌린저 해연

1. 개요

챌린저 해연은 마리아나 해구 남쪽 끝에 위치한 초승달 모양의 해저 함몰 지형으로, 동쪽, 중앙, 서쪽의 세 개 분지로 구성되어 있다. 1875년 챌린저 호 탐험 항해를 통해 처음으로 깊이가 측정되었으며, 이후 여러 탐사를 통해 수심이 측정되었다. 1960년에는 바티스카프 트리에스테호가, 2012년에는 제임스 캐머런이 탑승한 딥씨 챌린저호가 챌린저 해연의 바닥까지 도달했다. 극한 환경에도 불구하고 다양한 생명체가 서식하며, 2002년과 2014년에는 대한민국 연구진이 참여한 탐사가 이루어졌다.

2. 지형

챌린저 해연은 마리아나 해구 바닥의 넓은 초승달 모양 함몰 지형 내에 위치한, 비교적 작고 좁은 홈 형태의 해연이다. 이곳은 서쪽, 중앙, 동쪽의 세 개 분지로 구성되어 있으며, 이 분지들은 서쪽에서 동쪽으로 사다리꼴 형태로 배열되어 있다. 각 분지의 길이는 6km에서 10km, 폭은 약 2km에 달하며, 깊이는 10850m 이상이다. 분지들 사이에는 200m에서 300m 높이의 언덕이 존재한다. 전체적으로 챌린저 해연은 10650m 등심선을 기준으로 서쪽에서 동쪽으로 약 48km 길이로 뻗어 있다. 음파 측심 결과, 서쪽과 동쪽 분지는 10920m를 넘는 깊이가 기록된 반면, 중앙 분지는 상대적으로 얕은 편이다. 일부 측정에서는 해연의 길이가 약 11km, 폭이 1.6km인 홈 모양으로 묘사되기도 한다.

챌린저 해연에서 가장 가까운 육지는 남서쪽으로 287km 떨어진 미크로네시아 연방 야프 주의 페이스 섬이며, 북동쪽으로는 304km 거리에 괌이 있다. 해연은 괌 부근 해역 경계에서 약 1.6km 떨어진 미크로네시아 연방의 배타적 경제 수역 내에 위치한다.

2020년 6월, DSSV Pressure Drop^영어호가 수행한 정밀 음파 탐사 및 유인 잠수 결과, 챌린저 해연의 바닥은 원양 연니 위에 경사면과 돌 더미가 산재한 형태로 이루어져 있음이 밝혀졌다. 이는 챌린저 해연이 뚜렷한 하위 분지 또는 퇴적물로 채워진 웅덩이를 가진 길쭉한 해저 지형이라는 기존의 설명을 뒷받침한다.

챌린저 해연의 정확한 최대 깊이에 대해서는 여러 차례의 측정과 연구가 이루어졌으나, 측정 방법, 데이터 처리 방식, 기술적 한계 등으로 인해 약간의 차이를 보인다.
* 2014년 James V. Gardner 등은 2010년 데이터를 분석하여 최대 깊이를 10984m (±25m), 위치를 북위 11.329903°, 동경 142.199305°로 보고했다. 하지만 이후 다른 연구자들은 이 계산에 사용된 음속 프로파일 보정에 문제를 제기하며 깊이가 과다하게 측정되었을 수 있다고 지적했다.
* 2019년 DSSV Pressure Drop^영어호의 탐사 데이터를 분석한 Cassandra Bongiovanni 등(2021년 발표)은 동부 분지의 북위 11.369°, 동경 142.587° 지점에서 최대 깊이 10924m (±15m)를 기록했다고 밝혔다. 이는 이전 연구 결과들과 유사한 깊이지만 위치에서는 상당한 차이를 보였다. 연구진은 현재 기술로는 선박 탑재 소나나 심해 압력 센서만으로 정확한 최심점을 특정하기 어렵다고 언급했다.
* 2021년 Samuel F. Greenaway 등은 2020년 잠수정의 직접 압력 측정 데이터를 기반으로 해수면 아래 10935m (±6m)를 최대 깊이로 추정했으며, 위치는 동부 분지의 북위 11° 22.3′, 동경 142° 35.3′로 제시했다. 이 연구는 서부 분지의 깊이도 동부 분지와 거의 비슷하다고 결론지었으나, 여전히 다른 측정 결과들과의 불일치 및 보고된 불확실성에 대한 의문을 남겼다.

이처럼 여러 연구에서 10920m에서 10984m 범위의 다양한 최대 깊이와 위치가 보고되고 있으며, 측정 및 분석 기술의 발달에도 불구하고 챌린저 해연의 정확한 최심점과 깊이에 대한 과학적 논의는 계속 진행 중이다.

3. 탐사 역사

챌린저 해연은 1875년 영국 해군의 탐사선 HMS 챌린저호가 챌린저 탐험 중 처음 발견하였다. 당시 비스마르크 제도에서 요코하마로 이동하던 중 우연히 해연 위를 지나게 되었고, 측심줄을 이용하여 8184m 깊이를 측정하였다. 이는 당시 탐험 중 가장 깊은 기록이었다.

이후 기술 발전에 따라 더 정확한 측정이 이루어졌다.

* 1951년: 영국 해군 측량선 HMS 챌린저 2세호는 음향측심기를 사용하여 10900m의 깊이를 측정했다. 이는 측심줄보다 훨씬 정확하고 간편한 방법이었다.
* 1957년: 소련의 연구선 비탸즈는 11034m ±50m의 최대 수심을 기록했다고 보고했다. 이 깊이는 '비탸즈 해연'으로 명명되기도 했으나, 이후 여러 조사에서 이 정도 깊이가 확인되지 않아 통계적 오류로 간주되며 공식 기록으로 인정받지 못하고 있다.
* 1959년: 미국 스크립스 해양연구소의 연구선 Stranger호는 폭발 음향 측심법을 사용하여 최대 10915m ±10m의 깊이를 측정했다. 당시 항법 기술의 한계로 위치 정확도에는 오차가 있었다.

* 1960년: 스위스에서 설계하고 미국 해군이 운용한 트리에스테 잠수정이 자크 피카르와 돈 윌시 미 해군 중위를 태우고 인류 최초로 챌린저 해연 유인 잠수에 성공했다. 약 5시간의 하강 끝에 해연 바닥에 도달했으며, 내부 압력계로 서쪽 분지에서 10911m 또는 10913m ±5m의 깊이를 기록했다. 해저에서는 약 20분간 머물렀다.
* 1962년: 미국 연구선 Spencer F. Baird호는 정밀 심도 기록기(PDR)를 사용하여 10915m의 최대 수심을 확인했다.
* 1975년~1980년: 미국 연구선 토머스 워싱턴호는 여러 차례 챌린저 해연을 탐사하며 단일 빔 음향측심기로 10915m ±20m 깊이를 측정하고, 저서 생물 착륙선과 트랩을 이용하여 단각류를 포함한 심해 생물 연구를 시작했다.
* 1976년~1977년: 미국 연구선 카나 케오키호는 지진파 반사법 등을 이용해 챌린저 해연 지역의 지질 구조, 특히 태평양 판이 필리핀해 판 아래로 섭입하는 과정을 연구했다.
* 1984년: 일본 해상보안청의 측량선 타쿠요는 최초로 멀티빔 음향측심기(MBES)를 사용하여 챌린저 해연을 정밀 측량했다. 이 조사를 통해 10924m ±10m (다른 기록은 10920m ±10m)의 깊이를 측정했으며, 처음으로 챌린저 해연 내 여러 분지 중 동쪽 분지가 가장 깊다는 사실을 밝혀냈다. GEBCO는 1993년 이 결과를 세계 해양 최심 기록으로 인정했다.
* 1986년: 미국 연구선 토머스 워싱턴호는 시빔 "클래식" 멀티빔 음향측심기를 사용하여 10804m의 최대 수심을 기록했다.
* 1988년: 미국 연구선 모아나 웨이브호는 중앙 해분에서 10916m 깊이를 측정하여, 세 개의 해분 모두 10900m 이상의 깊이를 가질 수 있음을 시사했다.
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* 1992년: 일본 연구선 하쿠호 마루는 CTD 프로파일러와 SeaBeam 멀티빔 음향측심기를 이용하여 동부 해역에서 10989m과 10927m의 깊이를 측정했다. 이는 해연 바닥이 평탄하지 않고 기복이 있음을 보여주었다.

* 1996년, 1998년: 일본 해양연구개발기구(JAMSTEC)의 원격 조종 무인 잠수정(ROV) 가이코는 모선 RV 요코스카에서 발진하여 여러 차례 챌린저 해연 바닥에 도달했다. 1996년에는 10898m, 1998년에는 10907m의 깊이를 기록했으며, 10911.4m ±3m의 깊이를 측정했다는 기록도 있다. 가이코는 챌린저 해연 바닥의 퇴적물과 미생물 샘플을 채취하는 데 성공했다.

* 1999년, 2002년: 일본의 RV 카이레이는 챌린저 해연을 재방문하여 상세한 측심 조사를 수행했다. 이 조사들을 통해 챌린저 해연이 동쪽, 중앙, 서쪽의 세 개 분지로 구성되어 있음이 명확해졌다. 특히 2002년 조사는 한미일 공동 연구로 진행되었으며, 동쪽 분지에서 10920m ± 5m의 가장 깊은 지점을 확인했다.

* 2001년: 미국 연구선 멜빌은 HMR-1 예인 소나 시스템 등을 이용하여 챌린저 해연 및 주변 지역의 지형 매핑과 지질 조사를 수행했다.
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* 2009년: 미국 우즈홀 해양연구소(WHOI)의 하이브리드 원격 조종 차량(HROV) 네레우스가 모선 RV 킬로 모아나의 지원을 받아 챌린저 해연 탐사에 성공했다. 네레우스는 동쪽 분지에서 10902m, 서쪽 분지에서 10899m 깊이에 도달했으며, 퇴적물과 암석 샘플을 채취했다. 모선 킬로 모아나는 멀티빔 음향측심기로 10971m 깊이를 측정하기도 했다. 같은 해, 일본 RV 요코스카는 '아슈라' 랜더를 이용하여 중앙 분지에서 10897m 깊이에 도달하고 생물 샘플을 채취했다.
* 2010년: 미국 해안 및 해양 매핑 센터(CCOM/JHC)는 USNS 서머호를 이용하여 멀티빔 음향 측심 조사를 실시, 최대 수심 10994m ±40m를 기록했다고 보고했다. 같은 해, 일본 RV 요코스카는 덴마크 연구팀과 함께 생물지구과학 연구를 수행했다.

* 2012년: 캐나다 영화감독 제임스 카메론이 직접 설계에 참여한 잠수정 딥씨 챌린저호를 타고 단독으로 챌린저 해연 잠수에 성공했다. 동쪽 분지 바닥에 도달하여 10908m의 깊이를 기록했으며, 약 2시간 34분 동안 해저를

3.1. 대한민국 관련 탐사

2002년 10월 16일부터 25일까지 JAMSTEC의 심해 탐사선 RV Kairei가 수행한 챌린저 해연 탐사(KR02-13 크루즈)는 일본-미국-대한민국의 협력 연구 프로그램으로 진행되어 대한민국 연구진이 참여했다. 이 탐사는 하시모토 준이 수석 과학자를 맡았으며, ROV Kaikō 팀은 히라타 카즈요시가 관리했다.

탐사대는 챌린저 해연을 구성하는 세 개의 해저 분지(동부, 중부, 서부)의 크기를 길이 6km~10km, 너비 약 2km, 깊이 10850m 이상으로 정밀하게 측정했다. 특히 이전 조사들과 달리, 상세한 조사를 통해 챌린저 해연의 가장 깊은 지점이 동부 해저(북위 11° 22.260′, 동경 142° 35.589′ 부근)에 위치하며, 그 수심은 10920m ± 5m임을 확인했다. 이는 1984년 일본 조사선 다쿠요가 측정한 가장 깊은 지점에서 남동쪽으로 약 290m 떨어진 곳이다.

ROV Kaikō는 서부 해저 바닥(10893m 부근)에서 26시간 동안 머무르며 벤틱 착륙기 설치 및 회수 등 다양한 과학 임무를 수행했고, 트랩을 이용해 대량의 단각류(바다 벼룩)를 채집했으며, 카메라를 통해 해삼, 흰색 털벌레, 튜브 벌레 등 심해 생물을 관찰했다. 또한, 2000년 미국 정부의 GPS 선택적 가용성 해제 덕분에 향상된 위치 정확도(수 미터 이내)로 탐사가 이루어졌다.

2014년 1월 11일부터 17일까지 JAMSTEC은 RV Kairei를 이용해 다시 챌린저 해연 탐사(KR14-01 크루즈, "마리아나 해구 챌린저 해연 생물권 탐험")를 진행했다. 이 탐사에는 이탈리아 마르케 폴리테크닉 대학교(UNIVPM) 연구진과 함께 대한민국 연구진도 참여하여, 마리아나 해구에서의 바이러스와 원핵생물 간 상호 작용의 역학을 조사했다.

4. 심해 생물

HMS 챌린저 탐험대의 초기 보고서에는 챌린저 해연에서 채취한 표본에서 방산충(Radiolaria)의 일종인 Nassellaria와 Spumellaria 같은 단세포 생명체가 발견되었다는 기록이 있다. 이는 에른스트 헤켈이 1887년에 작성한 방산충 보고서에 상세히 기술되었다.

1960년 트리에스테 잠수정의 자크 피카르와 돈 윌시는 잠항 중 해저가 규조질 연니로 이루어져 있으며, 해저에서 "일종의 가자미"를 목격했다고 보고했다. 피카르는 당시의 관찰을 다음과 같이 기록했다.
: 마지막 수심 측정을 마칠 때, 나는 놀라운 것을 보았다. 신발 밑창과 같은 길이 약 약 0.30m, 폭이 약 약 15.24cm인 어떤 종류의 넙치가 해저에 누워 있는 것이 아닌가. 내가 그를 쳐다보자, 머리 위에 있는 그의 두 개의 둥근 눈이 우리를 훔쳐봤다. 철의 괴물(트리에스테호)은 그의 조용한 영역에 침입했다. 눈? 그에게 눈이 필요한가? 단지 인광을 보기 위해서? 그에게 쏟아진 조명은 수심 6000m가 넘는 이 초심해(hadal) 영역에 들어간 첫 번째 빛이었다. 이 순간은 생물학자들이 수십 년 동안 찾아왔던 답이 되었다. 바다의 가장 깊은 곳에 생명이 존재할 수 있는가? 해냈다! 뿐만 아니라, 여기는 틀림없이 진실인데, 뼈가 없는 경골어류이고, 원시적인 가오리상목이나 연골어강이 아니었다. 그래, 고도로 진화된 척추동물로, (진화의) 시간축으로 말하면 사람과 매우 가깝다. 천천히, 아주 천천히, 이 넙치는 헤엄쳐 갔다. 한쪽은 진흙에, 다른 한쪽은 물 속에, 해저를 따라 움직이며 그는 어둠 속으로 사라졌다. 아주 천천히, 아마도 해저에서는 모든 것이 느리고, 월시와 나는 손을 흔들었다.
그러나 많은 해양 생물학자들은 이 목격담의 진위성에 대해 회의적이며, 관찰된 생물이 실제로는 해삼(sea cucumber)일 가능성이 높다고 지적한다.

이후의 탐사를 통해 다양한 생물들이 확인되었다. 일본의 무인 탐사선 가이코는 비디오 카메라를 통해 해삼, 비늘벌레, 새우 등을 해저에서 포착했으며, 미국의 무인 탐사선 네레우스는 약 약 2.54cm 길이의 다모류 벌레를 발견했다. 2012년 제임스 캐머런 감독은 딥씨 챌린저호를 이용한 단독 잠수에서 길이가 약 2.54cm 이상 되는 물고기나 다른 생물은 관찰하지 못했으며, 유일하게 자유롭게 헤엄치는 생물은 새우와 유사한 단각류(amphipod)였다고 보고했다.

가이코가 수심 10900m에서 채취한 퇴적물 샘플 분석 결과, 다수의 단순한 유기체가 발견되었다. 이들 대부분은 부드러운 껍질을 가진 유공충(Foraminifera)으로, 내셔널 지오그래픽에 따르면 432종에 달한다. 표본의 85%는 유기질의 연성 껍질을 가진 Allogromiida였는데, 이는 다른 심해 환경에서 유기벽 유공충의 비율이 5~20%인 것과 비교할 때 매우 이례적인 수치이다. 또한 여러 개의 방으로 이루어진 복잡한 형태의 Leptohalysis 속과 Reophax 속 유공충도 확인되었다. 과학자들은 챌린저 해연의 극심한 수압 하에서 탄산 칼슘의 용해도가 높아 딱딱한 석회질 껍질을 가진 생물이 생존하기 어렵기 때문에, 연성 껍질 유공충의 비율이 높은 것은 챌린저 해연이 현재보다 얕았던 과거의 생물권에서 유래했을 수 있다고 추정한다. 약 600만에서 900만 년에 걸쳐 챌린저 해연이 현재의 깊이로 깊어지는 동안, 기존에 서식하던 많은 종들이 변화하는 환경에 적응하지 못하고 멸종했을 가능성이 있으며, 살아남은 종들이 현재 챌린저 해연 생물의 조상이 되었을 것으로 보인다.

2013년 3월에는 연구자들이 챌린저 해연에서 압력 호성 미생물(piezophilic microbes)이 활발하게 번성하고 있다는 연구 결과를 발표했다. 이는 미국 북서부 해안의 해저 약 2590.80m 아래 해저면에서 약 579.12m 깊이까지 암석 내부에서 미생물이 번성한다는 다른 연구 결과와도 연관된다. 한 연구자는 "미생물은 어디에나 존재하며, 환경에 매우 잘 적응하고 어디에서든 생존한다"고 언급하며 극한 환경에서의 미생물의 생존력을 강조했다.

5. 한반도에 미치는 영향

(내용 없음)

6. 국제 관계

(작성할 내용 없음)