심해저 평원
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1. 개요
심해저 평원은 수심 3,000~6,000미터 깊이에 위치한 해저 지형으로, 암흑층의 심해저 구역에 해당한다. 해저 확장과 섭입, 퇴적 과정을 통해 형성되며, 점토와 미사 퇴적물로 덮여 평탄한 외관을 보인다. 다양한 생물이 서식하며, 열수 분출공과 냉수 용출대와 같은 독특한 지형 특징을 갖는다. 다금속 단괴 등 상업적 가치가 높은 자원이 매장되어 있어 개발의 대상이 되기도 하지만, 채광으로 인한 환경 파괴의 위험성도 존재한다.
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대륙사면은 대륙붕 가장자리에서 심해 평원 방향으로 급격히 경사가 변하는 해저 지형으로, 해저 협곡과 같은 다양한 지형적 특징을 가지며 활성 및 수동 사면으로 나뉘고 해양 생태계와 경제적 가치에 중요한 역할을 한다.
| 심해저 평원 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 깊이 | 3,000 ~ 6,000 |
| 위치 | 심해저 |
| 특징 | 비교적 평탄한 지형 |
| 기원 | 퇴적 작용 해저 화산 활동 |
| 지질학적 특징 | |
| 주요 구성 물질 | 점토 |
| 퇴적 속도 | 매우 느림 |
| 지형 | 넓고 평탄함 경사가 완만함 |
| 생태학적 특징 | |
| 생물 다양성 | 낮음 |
| 주요 생물 | 세균 고세균 심해어 저서 생물 |
| 먹이 공급 | 유기물 입자 침강 |
| 연구 | |
| 연구 중요성 | 심해 생태계 연구 지구 화학적 순환 연구 해저 자원 탐사 |
| 주요 연구 주제 | 생물 다양성 먹이망 구조 퇴적 과정 해저 열수 분출공 |
| 인간과의 관계 | |
| 잠재적 자원 | 망간 단괴 해저 열수 광상 |
| 환경 문제 | 심해저 광물 채굴의 환경 영향 |
2. 해양 지대
바다는 깊이와 햇빛의 유무에 따라 구역으로 나눌 수 있다. 바다의 거의 모든 생물은 광합성 활동을 통해 이산화 탄소를 유기 탄소로 전환하는 식물성 플랑크톤 및 기타 해양 식물에 의존하며, 이는 유기물의 기본 구성 요소이다. 광합성은 유기 탄소를 생성하는 화학 반응을 일으키기 위해 햇빛의 에너지가 필요하다.[5]
바다 표면(해수면)에 가장 가까운 수주 층은 광합성층이며, 진광층(표해수층)과 어두운 층(중층수심대 또는 황혼 구역)으로 나뉜다.[6][7][8]
암흑층은 빈영양층, 심해저 구역, 극심해저 구역으로 구성된다.[11] 심해저 평원은 일반적으로 심해저 구역에 있으며 깊이는 3,000~6,000 미터이다.[1]
2. 1. 광합성층
바다는 깊이와 햇빛의 유무에 따라 구역으로 나눌 수 있다. 바다의 거의 모든 생물은 광합성을 통해 이산화 탄소를 유기물의 기본 구성 요소인 유기 탄소로 전환하는 식물성 플랑크톤 및 기타 해양 식물에 의존한다. 광합성은 유기 탄소를 생성하는 화학 반응을 일으키기 위해 햇빛 에너지가 필요하다.[5]해수면에 가장 가까운 수주 층은 광합성층이라고 한다. 광합성층은 진광층(표해수층)과 어두운 층으로 나뉜다.
광합성층은 전체 바다 부피의 아주 작은 부분만을 차지하지만, 광합성 능력으로 인해 모든 해양 구역에서 가장 큰 생물 다양성과 생물량을 가진다. 바다의 거의 모든 1차 생산은 여기서 발생한다.
2. 1. 1. 진광층 (표해수층)
바다 표면(해수면)에 가장 가까운 수주 층은 광합성층이라고 한다. 광합성층은 두 개의 서로 다른 수직 구역으로 세분될 수 있다. 광합성층 최상층부로, 식물성 플랑크톤과 식물의 광합성을 지원할 수 있는 충분한 빛이 있는 곳을 진광층(''표해수층'' 또는 ''표면 구역'')이라고 한다.[6]진광층은 계절, 위도, 물의 탁도에 따라 표면에서 빛의 강도가 표면 햇빛 일사량의 약 0.1~1%가 되는 깊이까지 확장되는 것으로 다소 임의적으로 정의된다.[6][7] 가장 맑은 바닷물에서 진광층은 약 150 m[6], 드물게 200 m까지 확장될 수 있다.[8] 용존 물질과 고체 입자는 빛을 흡수하고 산란시키며, 해안 지역에서 이러한 물질의 높은 농도는 깊이에 따라 빛이 빠르게 약화되는 원인이 된다. 이러한 지역에서 진광층은 깊이가 불과 수십 미터 이하일 수 있다.[6][8]
2. 1. 2. 어두운 층 (중층수심대)
어두운 층은 중층수심대 또는 황혼 구역이라고도 불리며, 진광층 아래에 위치한다.[7][8] 어두운 층의 최하단 경계는 열염분층에 있으며, 열대 지역에서 일반적으로 200~1,000 미터 사이에 있다.[9] 빛의 강도가 표면 일사량의 1% 미만인 어두운 층은 진광층 바닥에서 약 1,000 미터까지 확장된다.[9]암흑층에 서식하는 생물은 종종 먹이를 얻기 위해 일주기 수직 이동을 통해 광합성층으로 위쪽으로 이동할 수 있다. 그렇지 않으면 위에서 가라앉는 물질에 의존하거나[1] 열수 분출구 및 콜드 시프 근처에서 발견되는 화학 합성 고세균에서 발생하는 것과 같이 다른 에너지 및 영양 공급원을 찾아야 한다.
다음 표는 해양 구역의 분류를 보여준다.
2. 2. 암흑층
광합성을 위한 빛의 강도가 불충분한 광합성층의 하부 구역은 어두운 층(그리스어로 "빛이 약하다"는 뜻)이다.[7] 어두운 층은 ''중층수심대'' 또는 ''황혼 구역''이라고도 한다.[8] 어두운 층의 최하단 경계는 12°C의 열염분층에 있으며, 이는 열대 지역에서 일반적으로 200~1,000 미터 사이에 있다.[9]빛의 강도가 표면 일사량의 1% 미만인 어두운 층은 진광층 바닥에서 약 1,000 미터까지 확장된다.[9] 광합성층 바닥에서 해저까지 확장되는 영원한 어둠의 구역이 암흑층이다.[8][9] 암흑층에 서식하는 생물은 종종 먹이를 얻기 위해 일주기 수직 이동을 통해 광합성층으로 이동하거나, 위에서 가라앉는 물질에 의존한다.[1] 또는 열수 분출구 및 콜드 시프 근처에서 발견되는 화학 합성 고세균과 같이 다른 에너지 및 영양 공급원을 찾기도 한다.
암흑층은 빈영양층, 심해저 구역, 극심해저 구역으로 구성되어 있다.
2. 2. 1. 빈영양층
암흑층은 깊이와 온도에 따라 세 개의 수직 구역으로 나뉜다. 그 중 첫 번째는 빈영양층으로, 수심 1,000 미터에서 3,000 미터까지 뻗어 있으며, 깊이가 증가함에 따라 수온이 12°C에서 4°C로 감소한다.[11]2. 2. 2. 심해저대
심해저 구역은 암흑층의 한 부분으로, 수심 3,000m에서 6,000m 사이의 깊이에 해당한다.[11] 이 구역은 심해저 평원을 포함한다.[1] 심해저 구역의 수온은 일반적으로 0°C에서 4°C 사이이다.[12] 다만, 열수 분출구 근처에서는 수온이 최대 464°C까지 올라갈 수 있다.[13][14][15][16][17]2. 2. 3. 극심해저대
극심해저 구역은 깊은 해양 해구를 포함하며, 수심 6,000m 이상에서 가장 깊은 지점인 마리아나 해구의 최하단부(약 11,034m)까지 확장된다.[2][11] 이 구역의 수온은 1°C에서 2.5°C 사이이며, 단열 가열로 인해 4,000m 이하에서는 주변 수온이 증가한다.[19]3. 형성
심해저 평원의 암반을 형성하는 해양 지각은 해령(일종의 발산 경계)에서 탈압축 용융이라는 과정을 통해 지속적으로 생성된다.[20] 맨틀 플룸과 관련된 고체 맨틀의 탈압축 용융은 하와이 제도와 같은 해양 섬을 만들 뿐만 아니라 해령의 해양 지각을 만드는 데도 기여한다. 이 현상은 홍수 현무암 및 해양 고원(두 종류의 거대 화성암 지역)에 대한 가장 일반적인 설명이기도 하다.
새로운 해양 지각은 얕은 곳에서는 대부분 현무암이며 울퉁불퉁한 지형을 가지고 있다. 이 지형의 거칠기는 해령이 확장되는 속도(확장률)에 따라 달라진다.[29] 확장률은 상당히 다양한데, 빠르게 확장되는 해령은 1년에 100mm 이상 확장되고, 느리게 확장되는 해령은 1년에 20mm 미만으로 확장된다.[21]
성숙한 심해저 평원의 평평한 외관은 주로 점토와 미사로 구성된 미세 입자 퇴적물에 의해 원래 고르지 않았던 해양 지각 표면이 덮이면서 나타난다. 이 퇴적물의 대부분은 대륙 가장자리에서 해저 협곡을 따라 깊은 물로 이동된 탁류에 의해 퇴적된다. 나머지 퇴적물은 주로 육지에서 바다로 날아온 먼지(점토 입자)와 식물성 플랑크톤 및 동물성 플랑크톤과 같은 작은 플랑크톤의 잔해로 구성되며, 이는 원양 퇴적물로 알려진 상층 해양에서 가라앉는다.[31][32] 원격 지역의 총 퇴적률은 1,000년에 2~3cm로 추정된다.[31][32] 퇴적물로 덮인 심해저 평원은 태평양에서 다른 주요 해양 분지보다 흔하지 않은데, 이는 탁류의 퇴적물이 태평양을 접하고 있는 해구에 갇히기 때문이다.[33]
3. 1. 해령과 해저 확장
해양 지각은 해령(일종의 발산 경계)에서 탈압축 용융이라는 과정을 통해 지속적으로 생성된다.[20] 맨틀 플룸과 관련된 고체 맨틀의 탈압축 용융은 하와이 제도와 같은 해양 섬을 만들 뿐만 아니라 해령의 해양 지각을 만드는 데도 기여한다. 상부 맨틀이 해령 아래로 이동하면서 부분 용융되어 마그마로 변할 때 발생한다.[21][22] 이 상승하는 마그마는 열의 전도 및 대류에 의해 냉각되고 응고되어 새로운 해양 지각을 형성한다. 성장은 맨틀이 판의 가장자리에 추가되면서 발생하며, 일반적으로 해저 확장과 관련이 있다. 따라서 해양 지각의 연령은 해령과의 거리에 따라 달라진다.[23] 가장 젊은 해양 지각은 해령에 있으며, 이는 맨틀 대류라고 하는 과정의 일부로 해령에서 바깥쪽으로 이동함에 따라 점차 더 오래되고, 차갑고, 밀도가 높아진다.[24]연약권 위에 위치한 판은 반대쪽 판 경계에서 지속적으로 생성되고 소멸되는 여러 개의 판으로 나뉜다. 해양 지각과 판은 해령에서 형성되고 벌어진다. 심해저 구릉은 해양 판의 인장으로 형성된다.[25] 해양 판의 소멸 또는 파괴는 섭입으로 알려진 과정을 통해 해구(일종의 수렴 경계, 파괴적 판 경계라고도 함)에서 발생한다. 해구는 두 개의 다른 판의 해양 판 경계가 만나고, 더 밀도가 높은(더 오래된) 판이 맨틀로 다시 하강하기 시작하는 곳에서 발견된다.[26] 판의 소멸 경계(해구)에서 해양 판은 열적으로 수축하여 매우 밀도가 높아지며, 섭입 과정에서 자체 무게로 가라앉는다.[27] 섭입 과정은 더 오래된 해양 판을 소모하므로 해양 지각은 2억 년 이상 된 경우는 드물다.[28] 해양 지각의 생성과 파괴가 반복되는 전체 과정은 존 터조 윌슨이라는 캐나다 지구물리학자이자 지질학자에 의해 처음 제안된 초대륙 주기로 알려져 있다.
해령에 가장 가까운 새로운 해양 지각은 얕은 곳에서는 대부분 현무암이며 울퉁불퉁한 지형을 가지고 있다. 이 지형의 거칠기는 해령이 확장되는 속도(확장률)에 따라 달라진다.[29] 확장률은 상당히 다양한데, 빠르게 확장되는 해령의 일반적인 값은 100mm/yr보다 크고, 느리게 확장되는 해령은 일반적으로 20mm/yr 미만이다.[21] 연구에 따르면 확장률이 느릴수록 새로운 해양 지각이 더 거칠어지고 그 반대도 마찬가지임이 밝혀졌다.[29] 이 현상은 새로운 해양 지각이 형성될 때 해령에서 단층이 발생하기 때문이라고 생각된다.[30] 해양 지각에 퍼져 있는 이러한 단층은 심해저 구릉과 함께 지구 표면에서 가장 흔한 구조적 및 지형적 특징이다.[25][30] 해저 확산 과정은 판 구조론 이론에서 대륙 이동의 개념을 설명하는 데 도움이 된다.
3. 2. 섭입과 해구
해양 지각과 판은 해령에서 형성되고 벌어진다. 해양 판의 소멸 또는 파괴는 섭입으로 알려진 과정을 통해 해구(일종의 수렴 경계, 파괴적 판 경계라고도 함)에서 발생한다. 해구는 두 개의 다른 판의 해양 판 경계가 만나고, 더 밀도가 높은(더 오래된) 판이 맨틀로 다시 하강하기 시작하는 곳에서 발견된다.[26] 판의 소멸 경계(해구)에서 해양 판은 열적으로 수축하여 매우 밀도가 높아지며, 섭입 과정에서 자체 무게로 가라앉는다.[27] 섭입 과정은 더 오래된 해양 판을 소모하므로 해양 지각은 2억 년 이상 된 경우는 드물다.[28]
3. 3. 초대륙 주기
심해저 평원의 암반을 형성하는 해양 지각은 해령(일종의 발산 경계)에서 탈압축 용융 과정을 통해 지속적으로 생성된다.[20] 상승하는 마그마는 열의 전도 및 대류에 의해 냉각되고 응고되어 새로운 해양 지각을 형성한다. 성장은 맨틀이 판의 가장자리에 추가되면서 발생하며, 일반적으로 해저 확장과 관련이 있다. 따라서 해양 지각의 연령은 해령과의 거리에 따라 달라진다.[23] 가장 젊은 해양 지각은 해령에 있으며, 맨틀 대류 과정의 일부로 해령에서 바깥쪽으로 이동함에 따라 점차 더 오래되고, 차갑고, 밀도가 높아진다.[24]연약권 위에 위치한 판은 반대쪽 판 경계에서 지속적으로 생성되고 소멸되는 여러 개의 판으로 나뉜다. 해양 지각과 판은 해령에서 형성되고 벌어진다. 심해저 구릉은 해양 판의 인장으로 형성된다.[25] 해양 판의 소멸 또는 파괴는 섭입으로 알려진 과정을 통해 해구(일종의 수렴 경계, 파괴적 판 경계라고도 함)에서 발생한다. 해구는 두 개의 다른 판의 해양 판 경계가 만나고, 더 밀도가 높은(더 오래된) 판이 맨틀로 다시 하강하기 시작하는 곳에서 발견된다.[26] 판의 소멸 경계(해구)에서 해양 판은 열적으로 수축하여 매우 밀도가 높아지며, 섭입 과정에서 자체 무게로 가라앉는다.[27] 섭입 과정은 더 오래된 해양 판을 소모하므로 해양 지각은 2억 년 이상 된 경우는 드물다.[28] 해양 지각의 생성과 파괴가 반복되는 전체 과정은 존 터조 윌슨이라는 캐나다 지구물리학자이자 지질학자에 의해 처음 제안된 초대륙 주기로 알려져 있다.
3. 4. 심해저 구릉
해령에서 형성된 새로운 해양 지각은 처음에는 대부분 현무암으로 이루어져 있으며 울퉁불퉁한 지형을 가진다. 이러한 지형의 거칠기는 해령이 확장되는 속도에 따라 달라진다.[29] 확장률이 빠른 해령은 1년에 100mm 이상 확장되는 반면, 느린 해령은 1년에 20mm 미만으로 확장된다.[21] 연구에 따르면 확장률이 느릴수록 새로운 해양 지각이 더 거칠어지며, 이는 해령에서 단층이 발생하기 때문이다.[29][30] 심해저 구릉은 해양 판의 인장으로 인해 형성되며, 이러한 단층들과 함께 지구 표면에서 가장 흔한 구조적, 지형적 특징이다.[25][30]3. 5. 퇴적
심해저 평원의 평평한 외관은 원래 고르지 않았던 해양 지각 표면이 주로 점토와 미사로 구성된 미세 입자 퇴적물로 덮이면서 나타난다. 이 퇴적물의 대부분은 대륙 가장자리에서 해저 협곡을 따라 깊은 물로 이동된 탁류에 의해 퇴적된다. 나머지 퇴적물은 주로 육지에서 바다로 날아온 먼지(점토 입자)와 식물성 플랑크톤 및 동물성 플랑크톤과 같은 작은 플랑크톤의 잔해로 구성되며, 이는 원양 퇴적물로 알려진 상층 해양에서 가라앉는다.[31][32] 원격 지역의 총 퇴적률은 1,000년에 2~3cm로 추정된다. 퇴적물로 덮인 심해저 평원은 태평양에서 다른 주요 해양 분지보다 흔하지 않은데, 이는 탁류의 퇴적물이 태평양을 접하고 있는 해구에 갇히기 때문이다.[33]4. 지형 특징
심해저 평원은 매우 깊은 바다 밑바닥에 펼쳐져 있는 넓고 평평한 지형이다. 이곳에는 독특한 지형 특징들이 존재하는데, 대표적인 것이 열수 분출구와 콜드 시프(냉수 용출대)이다. 열수 분출공은 뜨거운 물이 솟아 나오는 곳이며, 냉수 용출대는 차가운 물이 스며 나오는 곳이다.
4. 1. 열수 분출공
바티알, 심해저, 해구 지역에서 발견되는 드물지만 중요한 지형적 특징은 열수 분출구이다. 이러한 깊이의 약 2°C의 주변 수온과는 대조적으로, 물은 이 분출구에서 60°C에서 최대 464°C까지의 온도 범위로 분출된다.[13][14][15][16][17] 이러한 깊이의 높은 기압 때문에, 물은 액체 상태 또는 그러한 온도에서 초임계 유체로 존재할 수 있다.218 기압의 기압에서, 물의 임계점은 375°C이다. 3,000미터 깊이에서 바닷물의 기압은 300기압 이상이다 (바닷물은 담수보다 밀도가 높기 때문). 이 깊이와 압력에서, 해수는 407°C에서 초임계 상태가 된다(''
''시스터 피크''(컴포트리스 코브 열수장, 고도 −2996 m), ''쉬림프 팜'' 및 ''메피스토''(레드 라이온 열수장, 고도 −3047 m)는 어센션 섬 근처 대서양 중앙 해령에 있는 블랙 스모커 범주의 열수 분출구 세 곳이다. 이들은 2002년 이 지역을 강타한 지진 이후부터 활발하게 활동해 온 것으로 추정된다.[13][14][15][16][17] 이 분출구에서 상 분리된 증기형 유체가 분출하는 것이 관찰되었다. 2008년에는 이 분출구 중 한 곳에서 최대 407°C의 지속적인 배출 온도가 기록되었으며, 최고 기록 온도는 464°C에 달했다. 이러한 열역학적 조건은 해수의 임계점을 초과하며, 지금까지 해저에서 기록된 최고 온도이다. 이는 느리게 확산되는 대양 중앙 해령에서 직접적인 마그마-열수 상호 작용에 대한 최초의 보고된 증거이다.[13][14][15][16][17] 분출구 굴뚝의 초기 단계는 무수석의 침착으로 시작된다. 그 후 구리, 철, 아연의 황화물이 굴뚝 틈새에 침전되어 시간이 지남에 따라 굴뚝의 다공성이 감소한다. 하루에 30cm 정도의 분출구 성장이 기록되었다. 2007년 4월 피지 해안에서 심해 분출구를 탐사한 결과, 이 분출구가 용존 철의 상당한 공급원임을 발견했다 (철 순환 참조).
심해의 열수 분출구는 일반적으로 동태평양 솟음대와 대서양 중앙 해령과 같은 대양 중앙 해령을 따라 형성된다. 이곳은 두 개의 지각판이 갈라지고 새로운 지각이 형성되는 지역이다.
4. 2. 냉수 용출대
심해저 및 극심해에서 발견되는 또 다른 특이한 특징은 때때로 "콜드 벤트"라고 불리는 콜드 시프(냉수 용출대)이다. 이곳은 해저에서 황화수소, 메탄 및 기타 탄화수소가 풍부한 유체가 스며 나오는 지역으로, 종종 심해 염수 웅덩이 형태로 나타난다. 최초의 콜드 시프는 1983년 멕시코만에서 3200m 깊이에서 발견되었다.[53] 그 이후로 콜드 시프는 몬터레이 해저 협곡, 일본해, 코스타리카 태평양 연안, 아프리카 대서양 연안, 알래스카 연안, 그리고 남극의 빙붕 아래를 포함한 세계 대양의 많은 다른 지역에서 발견되었다.[54]
5. 생물 다양성
과거에는 심해저 평원이 생물이 거의 살지 않는 사막과 같은 곳으로 여겨졌지만, 최근 연구에 따르면 다양한 미생물이 서식하는 것으로 밝혀졌다.[55][56] 심해의 크기와 외딴 위치 때문에 심해저 생태계 구조와 기능은 오랫동안 연구가 제대로 이루어지지 않았다. 그러나 최근 해양학 탐사를 통해 심해 해양 생물 다양성 조사(CeDAMar) 소속 국제 과학자 그룹은 심해 평원에서 매우 높은 수준의 생물 다양성을 발견했다. 이들은 최대 2,000종의 박테리아, 250종의 원생생물, 500종의 무척추동물(벌레, 갑각류, 연체동물)을 발견했다.[57] 심해에서 수집된 수천 종의 해저 무척추동물 종 중 80% 이상이 새로운 종으로, 이는 심해의 다양성과 진화에 대한 이해가 부족함을 보여준다.[57][58][59][60] 더 풍부한 생물 다양성은 알려진 식물성 잔해 유입 지역과 더 높은 유기 탄소 플럭스와 관련이 있다.[87]
5. 1. 생물 종류
과거에는 심해저 평원이 생물이 거의 살지 않는 곳으로 여겨졌지만, 최근 연구에 따르면 다양한 미생물이 서식하는 것으로 밝혀졌다.[55][56] 심해저 생태계는 심해의 크기와 외딴 위치 때문에 연구가 어려웠지만, 최근 해양학 탐사를 통해 높은 수준의 생물 다양성이 발견되었다. 심해 해양 생물 다양성 조사(CeDAMar)에 참여한 국제 과학자 그룹은 심해 평원에서 최대 2,000종의 박테리아, 250종의 원생생물, 500종의 무척추동물(벌레, 갑각류, 연체동물)을 발견했다.[57] 심해에서 수집된 해저 무척추동물 종 중 80% 이상이 새로운 종으로, 이는 심해의 다양성과 진화에 대한 이해가 부족함을 보여준다.[57][58][59][60]심해갈치(''Abyssobrotula galatheae'')는 1970년 푸에르토리코 해구에서 수심 8,370m에서 트롤로 잡혔으나, 수면에 도착했을 때는 이미 죽어 있었다.[61][62][63] 2008년에는 하다르 달팽이 (''Pseudoliparis amblystomopsis'')[64]가 일본 해구에서 수심 7,700m에서 관찰 및 기록되었고, 2014년 12월에는 수심 8,145m에서, 2017년 5월에는 8,178m에서 달팽이의 한 종류가 촬영되었다.[65][66] 이는 지금까지 기록된 가장 깊은 곳에 사는 물고기이다.[11][67] 심해대 어류에는 심해 거미고기(''Bathypterois longipes''), 삼각고기(''Bathypterois grallator''), 촉수고기(''Bathypterois longifilis''), 검은 도마뱀고기(''Bathysauropsis gracilis'')를 포함하는 Ipnopidae과의 물고기도 있으며, 이 과의 일부 구성원은 6000m가 넘는 깊이에서 기록되었다.[68]
CeDAMar 과학자들은 일부 심해 및 하다르 종이 범세계적으로 분포한다는 것을 발견했다. 예를 들어 유공충[69]의 특정 종은 북극에서 남극까지 분포한다. 반면, 다모류 벌레 및 등각류 갑각류와 같은 동물군은 특정 평원과 분지에 고유한 것으로 보인다.[57] 심해 평원에서는 최근 많은 고유한 분류군의 선충류 벌레도 발견되었는데, 이는 심해에서 적응 방산이 이루어졌음을 시사한다.[57] 심해 태평양의 선충류 동물군의 분류학적 구성은 북대서양과 유사하지만 동일하지는 않다.[87]
단판류 (''Monoplacophora'', 강)의 31개 종 중 11종이 2000m 아래에서 서식하며, 이 중 2종은 하다르 지역에서만 발견된다.[70] 키톤 (''Polyplacophora'' 강)의 알려진 922종 중 22종(2.4%)이 2000m 아래에서 서식하는 것으로 보고되었으며, 그 중 2종은 심해 평원에 국한되어 있다.[70]
부유 갑각류, 특히 등각류는 해저로 떨어지는 큰 먹이를 섭취하는 역할을 하는 거대저서 생물 군집의 중요한 부분을 형성한다.[1][71]
2005년, 해양 지구 과학 기술청(JAMSTEC)의 원격 조작 차량인 KAIKO는 챌린저 해연에서 퇴적물 코어를 수집하여 432마리의 살아있는 연벽 유공충을 확인했다.[75][76] 이들 대부분은 단순하고 부드러운 껍질을 가진 유공충이었다. 단단한 석회질 껍질을 가진 작은 유기체는 극심한 깊이에서 성장하기 어려운데, 이는 그 깊이의 물에 탄산칼슘이 부족하기 때문이다.[77]
다모류는 지구의 모든 깊이의 해양에서 발견되며, 2009년 5월 31일 챌린저 해연 바닥에서 로봇 해양 탐사선 Nereus에 의해 2–3 cm 크기의 다모류 표본이 관찰되었다.[76][79][80][81]
심해 및 하다르 지역 내에서, 잠수정 열수구와 냉수 분출구 주변 지역은 면적당 가장 큰 생물량과 생물 다양성을 가진다. 화학 합성 고세균과 박테리아는 이러한 지역에서 먹이 사슬의 기저를 형성하며, 이들은 가리비, 홍합, 삿갓조개 등 다양한 종을 포함하는 복잡한 생태계를 지원한다.[82] 지금까지 발견된 가장 깊은 분출구 공동체는 일본 해구에 있으며, 깊이는 7700m이다.[11]
심해 생태계의 가장 중요한 특징은 에너지 제한이다. 심해저 공동체는 저서 생산이 수천 미터 위에 있는 유광층에서 생산된 잔해 유기물의 유입에 의존하기 때문에 "먹이 제한"으로 간주된다.[83]
5. 2. 생태학적 특징
과거에는 심해저 평원이 광활하고 생명체가 거의 없는 사막과 같은 곳으로 여겨졌지만, 최근 연구에 따르면 다양한 미생물이 서식하는 곳으로 밝혀졌다.[55][56] 심해저 생태계는 심해의 크기와 외딴 위치 때문에 오랫동안 연구가 제대로 이루어지지 않았다. 그러나 최근 해양학 탐사를 통해 심해 해양 생물 다양성 조사(CeDAMar) 소속 과학자들은 심해 평원에서 매우 높은 수준의 생물 다양성을 발견했다. 이들은 최대 2,000종의 박테리아, 250종의 원생생물, 500종의 무척추동물(벌레, 갑각류, 연체동물)을 발견했다.[57] 심해에서 수집된 수천 종의 해저 무척추동물 중 80% 이상이 새로운 종으로, 이는 심해의 다양성과 진화에 대한 이해가 부족함을 보여준다.[57][58][59][60] 더 풍부한 생물 다양성은 식물성 잔해 유입 지역과 더 높은 유기 탄소 플럭스와 관련이 있다.[87]심해갈치(''Abyssobrotula galatheae'')는 미역과에 속하는 둑장어종 중 가장 깊은 곳에 서식하는 종이다. 1970년 푸에르토리코 해구에서 수심 8370m에서 트롤로 잡힌 표본이 있었지만, 수면에 도착했을 때는 이미 죽어 있었다.[61][62][63] 2008년에는 하다르 달팽이 (''Pseudoliparis amblystomopsis'')[64]가 일본 해구에서 수심 7700m에서 관찰 및 기록되었고, 2014년 12월에는 수심 8145m에서, 2017년 5월에는 8178m에서 달팽이의 한 종류가 촬영되었다.[65][66] 이는 지금까지 기록된 가장 깊은 곳에 사는 물고기이다.[11][67] 심해대 어류에는 심해 거미고기(''Bathypterois longipes''), 삼각고기(''Bathypterois grallator''), 촉수고기(''Bathypterois longifilis''), 검은 도마뱀고기(''Bathysauropsis gracilis'')를 포함하는 Ipnopidae과의 물고기도 있으며, 이 과의 일부 구성원은 6000m가 넘는 깊이에서 기록되었다.[68]
CeDAMar 과학자들은 일부 심해 및 하다르 종이 범세계적으로 분포한다는 것을 입증했다. 예를 들어 유공충[69] 중 특정 종은 북극에서 남극까지 분포한다. 반면, 다모류 벌레 및 등각류 갑각류와 같은 다른 동물군은 특정 평원과 분지에 고유한 것으로 보인다.[57] 심해 평원에서는 최근 많은 고유한 분류군의 선충류 벌레도 발견되었는데, 이는 심해에서 적응 방산이 이루어졌음을 시사한다.[57] 심해 태평양의 선충류 동물군의 분류학적 구성은 북대서양과 유사하지만 동일하지는 않다.[87]
단판류 (''Monoplacophora'', 강)의 31개 종 중 11종이 2000m 아래에서 서식하며, 이 중 2종은 하다르 지역에서만 산다.[70] 키톤 (''Polyplacophora'' 강)의 알려진 922종 중 22종(2.4%)이 2000m 아래에서 서식하는 것으로 보고되었으며, 그 중 2종은 심해 평원에 국한되어 있다.[70]
부유 갑각류, 특히 등각류는 해저로 떨어지는 큰 먹이를 섭취하는 역할을 하는 거대저서 생물 군집의 중요한 부분을 형성한다.[1][71]
2005년, 해양 지구 과학 기술청(JAMSTEC)의 원격 조작 차량인 KAIKO는 챌린저 해연에서 퇴적물 코어를 수집하여 432마리의 살아있는 연벽 유공충을 확인했다.[75][76] 유공충은 껍질을 만드는 단세포 원생 생물이다. 수집된 유기체의 85%가 연벽 allogromiid로 구성되었는데, 이는 다른 심해 환경과 비교하면 특이한 경우이다. 단단한 석회질 껍질을 가진 작은 유기체는 극심한 깊이의 물에 탄산칼슘이 부족하기 때문에 성장하기 어렵다.[77] 제노피오포어로 알려진 거대(5–20 cm) 유공충은 500m–10000m 깊이에서만 발견되며, 생물 교란과 작은 동물에게 서식지를 제공하여 동물 다양성을 크게 증가시킬 수 있다.[78]
챌린저 해연에서 발견된 생명체는 얕은 생태계와는 다른 독립적인 분류군을 나타낼 수 있다. 챌린저 해연에서 연벽 유기체가 우세한 것은 선택 압력의 결과일 수 있다.[75]
다모류는 지구의 모든 깊이의 해양에서 발생하며, 가장 깊은 해양 해구까지 다양하게 분포한다. 2009년 5월 31일 챌린저 해연 바닥에서 2–3 cm 크기의 다모류 표본이 관찰되었다.[76][79][80][81]
심해 및 하다르 지역 내에서, 잠수정 열수구와 냉수 분출구 주변 지역은 면적당 가장 큰 생물량과 생물 다양성을 가진다. 이러한 지역은 호열성, 할로필성 및 기타 극한 환경 생물 원핵생물 미생물의 서식지이며, 화학 합성 고세균과 박테리아는 먹이 사슬의 기저를 형성한다. 이러한 화학 합성 미생물은 공생을 통해 복잡한 다세포 유기체로 구성된 광대한 생태계를 지원한다.[82] 이러한 공동체는 가리비, 홍합, 삿갓조개 등의 종을 특징으로 한다. 지금까지 발견된 가장 깊은 분출구 공동체는 일본 해구에 있으며, 깊이는 7700m이다.[11]
심해 생태계의 가장 중요한 생태학적 특징은 에너지 제한일 것이다. 심해저 공동체는 저서 생산이 수천 미터 위에 있는 유광층에서 생산된 잔해 유기물의 유입에 의존하기 때문에 "먹이 제한"으로 간주된다.[83] 대부분의 유기물 플럭스는 작은 입자의 감쇠된 비로 도착하며, 이는 수심에 반비례하여 감소한다.[9]
5. 3. 주요 생물 예시
과거에는 심해저 평원이 생물이 거의 없는 곳으로 여겨졌지만, 최근 연구에 따르면 다양한 미생물이 서식하는 것으로 밝혀졌다.[55][56] 심해저 생태계는 심해의 크기와 외딴 위치 때문에 연구가 어려웠지만, 최근 해양학 탐사를 통해 높은 수준의 생물 다양성이 발견되었다. 심해 평원에서는 최대 2,000종의 박테리아, 250종의 원생생물, 500종의 무척추동물(벌레, 갑각류, 연체동물)이 발견되었다.[57]- 어류:
- 심해갈치(''Abyssobrotula galatheae''): 미역과 둑장어종 중 가장 깊은 곳(8370m)에 서식하는 종.[61][62][63]
- 하다르 달팽이(''Pseudoliparis amblystomopsis''): 일본 해구에서 수심 7700m에서 관찰 및 기록됨.[64] 2014년 12월에는 8145m, 2017년 5월에는 8178m에서 달팽이 종류가 촬영됨.[65][66]
- Ipnopidae과 어류: 심해 거미고기(''Bathypterois longipes''), 삼각고기(''Bathypterois grallator''), 촉수고기(''Bathypterois longifilis''), 검은 도마뱀고기(''Bathysauropsis gracilis'') 등. 일부 종은 6000m가 넘는 깊이에서 기록됨.[68]
- 기타 생물:
- 유공충:[69] 특정 종은 북극에서 남극까지 분포.
- 다모류 벌레 및 등각류 갑각류: 특정 평원과 분지에 고유.
- 선충류 벌레: 심해 평원에서 많은 고유한 분류군이 발견됨. 적응 방산이 이루어졌음을 시사.[57]
- 단판류: 31개 종 중 11종이 2000m 아래에서 서식. 2종은 하다르 지역에서만 서식.[70]
- 키톤: 922종 중 22종(2.4%)이 2000m 아래에서 서식. 2종은 심해 평원에 국한.[70]
- 부유 갑각류: 특히 등각류는 해저로 떨어지는 큰 먹이를 섭취하는 역할.
- 제노피오포어: 거대(5–20 cm) 유공충으로 500m–10000m 깊이에서 발견. 생물 교란과 작은 동물에게 서식지를 제공하여 동물 다양성을 크게 증가시킴.[78]
심해 및 하다르 지역 내에서 잠수정 열수구와 냉수 분출구 주변 지역은 면적당 가장 큰 생물량과 생물 다양성을 가진다. 화학 합성 고세균과 박테리아가 먹이 사슬의 기저를 형성하며, 가리비, 홍합, 삿갓조개 등 다양한 생물을 지원한다.[82] 지금까지 발견된 가장 깊은 분출구 공동체는 일본 해구에 있으며, 깊이는 7700m이다.[11]
심해 생태계는 에너지 제한이 가장 큰 특징이다. 심해저 공동체는 저서 생산이 수천 미터 위에 있는 유광층에서 생산된 잔해 유기물의 유입에 의존하기 때문에 "먹이 제한"으로 간주된다.[83]
6. 자원 개발
심해저 평원은 높은 생물 다양성 외에도 현재와 미래의 상업적, 전략적 가치가 매우 높다. 예를 들어, 선박 및 석유 굴착 장치, 방사성 폐기물 및 기타 유해 폐기물, 탄약과 같은 대형 구조물의 합법적 및 불법적 처분에 사용될 수 있다. 또한 심해 어업, 석유 및 가스 추출, 광물 채광 등에도 매력적인 장소가 될 수 있다. 2025년까지 상당한 규모가 될 수 있는 미래의 심해 폐기물 관리 활동에는 하수 및 슬러지 배치, 탄소 격리, 준설 토사 처분이 포함된다.[84]
어족 자원이 상층 해역에서 감소함에 따라 심해 어업이 점점 더 개발 대상이 되고 있다. 그러나 심해어는 수명이 길고 성장 속도가 느리기 때문에 현재의 관리 방식으로는 이러한 심해 어업이 장기적으로 지속 가능하지 않을 것으로 보인다.[84] 광합성대에서 1차 생산의 변화는 먹이 제한적인 무광대에서의 현존량을 변화시킬 것으로 예상된다.
심해에서의 탄화수소 탐사는 때때로 상당한 환경 파괴를 초래하며, 이는 주로 오염된 굴착 찌꺼기의 축적, 유출 사고로 인해 발생한다. 멕시코 만의 딥워터 해저 유정 폭발 사고에 관련된 유정 폭발은 해수면에서 불과 1500m 아래의 유정 헤드에서 시작되었지만,[85] 석유 및 가스 해상 시추와 관련된 사고로 인해 발생할 수 있는 일종의 환경 재앙을 보여준다.
6. 1. 다금속 단괴
특정 심해저 평원의 퇴적물에는 풍부한 광물 자원이 포함되어 있으며, 특히 다금속 단괴가 있다. 감자 크기의 망간, 철, 니켈, 코발트 및 구리 결핵은 4000m 이상의 깊이의 해저에 분포되어 있으며,[84] 상당한 상업적 가치가 있다. 다금속 단괴 채광에 대한 최대 상업적 관심 지역(태평양 단괴 구역이라고 함)은 태평양 공해에 있으며, 118°–157° 및 9°–16°N에 걸쳐 있고, 면적은 3000000km2 이상이다.[86] 심해 클라리온-클리퍼톤 파쇄대(CCFZ)는 현재 광물 잠재력에 대한 탐사가 진행 중인 태평양 단괴 구역 내의 지역이다.[87]현재 8개의 상업 계약자가 국제 해저 기구(영토 해역의 한계를 넘어 국제 해저 지역에서 모든 광물 관련 활동을 조직하고 통제하기 위해 설립된 정부 간 기구)로부터 각 150000km2 규모의 8개 구역에서 단괴 자원을 탐사하고 채광 기술을 테스트할 수 있는 허가를 받았다.[86] 궁극적으로 채광이 시작되면 각 채광 작업은 매년 300km2–800km2의 해저를 직접적으로 파괴하고, 부유 퇴적물의 재침착으로 인해 그 면적의 5~10배에 달하는 지역에서 저서 동물을 교란할 것으로 예상된다. 따라서 단일 채광 작업의 예상 기간인 15년 동안 단괴 채광은 20000km2~45000km2(최소 매사추세츠주 크기)의 지역에서 심해저 해양 생태계를 심각하게 손상시킬 수 있다.[86]
분류학, 생물 지리학 및 자연사에 대한 제한적인 지식은 대규모 채광으로 인한 종 멸종 위험에 대한 정확한 평가를 방해한다. 북태평양 및 북대서양에서 얻은 데이터는 심해 생태계가 수십 년의 기간 동안 채광 작업의 영향을 받을 수 있음을 시사한다.[84] 1978년, 미국 광산 컨소시엄 오션 미네랄 컴퍼니(OMCO)가 운영하는 GSF 익스플로러 호에 탑재된 준설선이 CCFZ의 단괴 광산에서 수심 5000m에서 채광 궤적을 만들었다. 2004년, 프랑스 해양 개발 연구소(IFREMER)는 이 채광 궤적(여전히 해저에서 볼 수 있음)에 대한 ''Nodinaut'' 원정을 수행하여 이 물리적 교란이 퇴적물과 저서 동물에 미치는 장기적인 영향을 연구했다. 표층 퇴적물에서 채취한 샘플은 26년 전에 발생한 교란 이후 물리적 및 화학적 특성이 회복되지 않았음을 보여주었다. 반면에, 유인 잠수정 바티스카프 ''노틸(Nautile)''에 탑재된 기기를 통해 궤적에서 측정된 생물학적 활동은 인접한 비교란 지역과 다르지 않았다. 이 데이터는 저서 동물 및 물-퇴적물 경계면에서의 영양 흐름이 완전히 회복되었음을 시사한다.[88]
6. 2. 기타 자원
심해저 평원은 높은 생물 다양성 외에도 현재와 미래의 상업적, 전략적 가치가 매우 높다. 예를 들어, 선박 및 석유 굴착 장치, 방사성 폐기물 및 기타 유해 폐기물, 탄약과 같은 대형 구조물의 합법적 및 불법적 처분에 사용될 수 있다. 또한 심해 어업, 석유 및 가스 추출 및 기타 광물에도 매력적인 장소가 될 수 있다. 2025년까지 상당한 규모가 될 수 있는 미래의 심해 폐기물 관리 활동에는 하수 및 슬러지 배치, 탄소 격리, 준설 토사 처분이 포함된다.[84]어족 자원이 상층 해역에서 감소함에 따라 심해 어업이 점점 더 개발 대상이 되고 있다. 심해어는 수명이 길고 성장 속도가 느리기 때문에 현재의 관리 방식으로는 이러한 심해 어업이 장기적으로 지속 가능하지 않을 것으로 보인다.[84] 광합성대에서 1차 생산의 변화는 먹이 제한적인 무광대에서의 현존량을 변화시킬 것으로 예상된다.
심해에서의 탄화수소 탐사는 때때로 상당한 환경 파괴를 초래하며, 이는 주로 오염된 굴착 찌꺼기의 축적, 유출 사고로 인해 발생한다. 멕시코 만의 딥워터 해저 유정 폭발 사고에 관련된 유정 폭발은 해수면에서 불과 1500m 아래의 유정 헤드에서 시작되었지만,[85] 그럼에도 불구하고 석유 및 가스 해상 시추와 관련된 사고로 인해 발생할 수 있는 일종의 환경 재앙을 보여준다.
특정 심해저 평원의 퇴적물에는 풍부한 광물 자원이 포함되어 있으며, 특히 다금속 단괴가 있다. 감자 크기의 이러한 망간, 철, 니켈, 코발트 및 구리의 결핵은 4000m 이상의 깊이의 해저에 분포되어 있으며,[84] 상당한 상업적 가치가 있다. 다금속 단괴 채광에 대한 최대 상업적 관심 지역(태평양 단괴 구역이라고 함)은 태평양 공해에 있으며, 118°–157° 및 9°–16°N에 걸쳐 있으며, 면적은 300만 km2 이상이다.[86] 심해 클라리온-클리퍼톤 파쇄대(CCFZ)는 현재 광물 잠재력에 대한 탐사가 진행 중인 태평양 단괴 구역 내의 지역이다.[87]
현재 8개의 상업 계약자가 국제 해저 기구(영토 해역의 한계를 넘어 국제 해저 지역에서 모든 광물 관련 활동을 조직하고 통제하기 위해 설립된 정부 간 기구)로부터 각 150000km2 규모의 8개 구역에서 단괴 자원을 탐사하고 채광 기술을 테스트할 수 있는 허가를 받았다.[86] 궁극적으로 채광이 시작되면 각 채광 작업은 매년 300km2–800km2의 해저를 직접적으로 파괴하고, 부유 퇴적물의 재침착으로 인해 그 면적의 5~10배에 달하는 지역에서 저서 동물을 교란할 것으로 예상된다. 따라서 단일 채광 작업의 예상 기간인 15년 동안 단괴 채광은 20,000~45,000 km2(최소 매사추세츠주 크기)의 지역에서 심해저 해양 생태계를 심각하게 손상시킬 수 있다.[86]
분류학, 생물 지리학 및 자연사에 대한 제한적인 지식은 대규모 채광으로 인한 종 멸종 위험에 대한 정확한 평가를 방해한다. 북태평양 및 북대서양에서 얻은 데이터는 심해 생태계가 수십 년의 기간 동안 채광 작업의 영향을 받을 수 있음을 시사한다.[84] 1978년, 미국 광산 컨소시엄 오션 미네랄 컴퍼니(OMCO)가 운영하는 GSF 익스플로러 호에 탑재된 준설선이 CCFZ의 단괴 광산에서 수심 5000m에서 채광 궤적을 만들었다. 2004년, 프랑스 해양 개발 연구소(IFREMER)는 이 채광 궤적(여전히 해저에서 볼 수 있음)에 대한 ''Nodinaut'' 원정을 수행하여 이 물리적 교란이 퇴적물과 저서 동물에 미치는 장기적인 영향을 연구했다. 표층 퇴적물에서 채취한 샘플은 26년 전에 발생한 교란 이후 물리적 및 화학적 특성이 회복되지 않았음을 보여주었다. 반면에, 유인 잠수정 바티스카프 ''노틸(Nautile)''에 탑재된 기기를 통해 궤적에서 측정된 생물학적 활동은 인접한 비교란 지역과 다르지 않았다. 이 데이터는 저서 동물 및 물-퇴적물 경계면에서의 영양 흐름이 완전히 회복되었음을 시사한다.[88]
6. 3. 환경 문제
심해저 평원은 높은 생물 다양성 외에도 상업적, 전략적 가치가 매우 높다. 석유 굴착 장치 같은 대형 구조물, 방사성 폐기물 및 기타 유해 폐기물, 탄약 등의 처분에 사용될 수 있다. 또한 심해 어업, 석유 및 가스 추출, 광물 채광에도 매력적인 장소이다. 미래에는 하수 및 슬러지 배치, 탄소 격리, 준설 토사 처분 등 심해 폐기물 관리 활동이 이루어질 수 있다.[84]어족 자원이 감소함에 따라 심해 어업이 개발되고 있지만, 심해어는 수명이 길고 성장 속도가 느려 장기적으로 지속 가능하지 않을 수 있다.[84] 광합성대의 1차 생산 변화는 먹이 제한적인 무광대에서의 현존량을 변화시킬 수 있다.
심해 탄화수소 탐사는 오염된 굴착 찌꺼기 축적, 유출 사고 등으로 환경 파괴를 유발한다. 멕시코 만의 딥워터 해저 유정 폭발 사고는 해수면에서 1500m 아래 유정 헤드에서 발생했지만,[85] 해상 시추로 인한 환경 재앙의 가능성을 보여준다.
심해저 평원 퇴적물에는 다금속 단괴 등 풍부한 광물 자원이 포함되어 있다. 특히 망간, 철, 니켈, 코발트, 구리 결핵은 4000m 이상 깊이에 분포하며,[84] 상업적 가치가 높다. 다금속 단괴 채광 관심 지역(태평양 단괴 구역)은 태평양 공해에 있으며, 면적은 300만 km2 이상이다.[86] 클라리온-클리퍼톤 파쇄대(CCFZ)는 광물 잠재력 탐사가 진행 중인 지역이다.[87]
국제 해저 기구는 영토 해역 밖 국제 해저 지역 광물 활동을 통제하는 정부 간 기구이다. 현재 8개 계약자가 국제 해저 기구로부터 150,000 km2 규모 8개 구역에서 단괴 자원 탐사 및 채광 기술 테스트를 허가받았다.[86] 채광이 시작되면 각 작업은 매년 300–800 km2 해저를 파괴하고, 퇴적물 재침착으로 5~10배 면적에서 저서 동물을 교란할 수 있다. 15년 동안 단괴 채광은 20,000~45,000 km2 (매사추세츠주 크기) 심해저 생태계를 손상시킬 수 있다.[86]
분류학, 생물 지리학, 자연사 지식 부족은 채광으로 인한 종 멸종 위험 평가를 어렵게 한다. 북태평양 및 북대서양 데이터는 심해 생태계가 수십 년 동안 채광 영향을 받을 수 있음을 시사한다.[84] 1978년 오션 미네랄 컴퍼니 준설선이 CCFZ 단괴 광산에서 수심 5000m 채광 궤적을 만들었다. 2004년 프랑스 해양 개발 연구소(IFREMER) ''Nodinaut'' 원정은 물리적 교란이 퇴적물과 저서 동물에 미치는 장기적 영향을 연구했다. 표층 퇴적물 샘플은 26년 후 물리적, 화학적 특성이 회복되지 않았음을 보였다. 바티스카프 ''노틸(Nautile)'' 기기로 측정한 궤적의 생물학적 활동은 비교란 지역과 다르지 않았다. 이는 저서 동물 및 물-퇴적물 경계면 영양 흐름이 회복되었음을 시사한다.[88]
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