인간이 해양 생물에 미치는 영향

섬네일|upright=1.35|해양에 미치는 전 지구적 누적 인간 영향

인간의 활동은 남획, 서식지 파괴, 침입종의 유입, 해양 오염, 해양 산성화 및 해양 온난화를 통해 해양 생물과 해양 서식지에 영향을 미친다. 이러한 활동은 해양생태계와 먹이 그물에 영향을 주며, 생물 다양성과 해양 생명체 형태의 지속성에 대해 아직 인식되지 않은 결과를 초래할 수 있다.

바다는 세계에서 가장 큰 생태계로 묘사될 수 있으며 수많은 해양 생물 종의 서식지다. 지구 온난화, 해양 산성화, 오염 등 인간에 의해 수행되고 야기되는 다양한 활동은 해양 생물과 그 서식지에 영향을 미친다. 지난 50년 동안 인간 활동으로 인한 지구 온난화의 90% 이상이 바다에 흡수되었다. 이는 해수 온도의 상승과 해양 산성화를 초래하며, 이는 많은 물고기 종에 해롭고 산호초와 같은 서식지에 손상을 입힌다. 산호는 탄산염 암석과 석회질 퇴적물 같은 물질을 생성하여 해양 생물에게 먹이와 집을 제공할 뿐만 아니라 인간에게도 많은 이점을 주는 독특하고 가치 있는 생태계를 만든다. 이산화 탄소 수치 상승으로 인한 해양 산성화는 석회화 속도를 낮추어 산호 성장에 영향을 미치는 산호 백화를 유발한다. 또한, 인간에 의해 발생하는 또 다른 문제인 해양 플라스틱 오염은 해양 생물에게 위협이 된다. IPCC (2019)에 따르면, 1950년 이래로 "다양한 그룹의 많은 해양 종들이 해양 온난화, 해빙 변화 및 서식지의 산소 손실과 같은 생물지구화학적 변화에 대응하여 지리적 범위와 계절적 활동의 변화를 겪었다."

해양 면적의 단 13%만이 황무지로 남아 있는 것으로 추정되며, 대부분은 연안보다는 먼 바다 지역에 위치한다.

 남획 
섬네일|upright=1.5|먹이 그물을 따라 내려가는 어업. 다랑어와 같이 높은 영양 단계의 물고기를 남획하면 해파리와 같은 낮은 영양 단계의 유기체로 대체될 수 있다.

유엔식량농업기구의 2018년 보고서에 따르면 전 세계 어류 자원의 3분의 1에서 남획이 발생하고 있다. 또한, 업계 관찰자들은 불법 비보고 비규제 어업이 대부분의 어업에서 발생하며, 일부 중요한 어업에서는 총 어획량의 최대 30%를 차지한다고 믿고 있다. 먹이 그물을 따라 내려가는 어업이라고 불리는 현상에서, 높은 영양 단계 어류의 남획으로 인해 세계 어업의 평균 영양 단계가 하락했다.

 서식지 파괴 
섬네일|upright=1.5|다양한 해양 생태계에 대한 연간 추세와 현재 누적 영향 간의 관계

연안 생태계는 인간에 의해 특히 심각한 피해를 입고 있다. 상당한 서식지 파괴가 특히 해초 목초지, 맹그로브 숲 및 산호초에서 발생하고 있으며, 이들 모두 인간의 교란으로 인해 전 세계적으로 감소 추세에 있다.

산호초는 지구상에서 가장 생산적이고 다양한 생태계 중 하나이지만, 최근 몇 년 동안 인위적인 교란으로 인해 그 중 5분의 1이 소실되었다. 산호초는 미생물에 의해 주도되는 생태계로, 영양 부족 수역에서 번성하기 위해 영양분을 보유하고 재활용하는 해양 미생물에 의존한다. 그러나 이러한 동일한 미생물은 산호초의 감소를 심화시키는 되먹임 고리를 유발할 수 있으며, 이는 생물지구화학적 순환과 먹이 그물 전체에 연쇄적인 영향을 미친다. 산호초 보존이 미래에 성공하기 위해서는 산호초 내의 복잡한 미생물 상호작용에 대한 더 나은 이해가 필요하다.

해초 목초지는 최근 수십 년 동안 를 잃었다. 현재 연간 약 1.9조 달러의 가치가 있는 해초의 생태계 서비스에는 영양소 순환, 멸종 위기에 처한 듀공, 매너티, 푸른바다거북을 포함한 많은 해양 동물의 먹이 및 서식지 제공, 그리고 산호초 물고기들에 대한 주요 촉진 작용이 포함된다.

전 세계 맹그로브숲의 5분의 1 역시 1980년 이후 소실되었다. 다시마숲에 대한 가장 절박한 위협은 연안 생태계의 남획일 수 있으며, 이는 상위 영양 단계를 제거함으로써 황폐한 갯녹음 지역으로의 전환을 촉진한다.

 침입종 
섬네일|화물선이 선박 평형수를 밖으로 펌프질하고 있다.

침입종은 특정 지역의 자생종이 아니면서 환경, 인간 경제 또는 인류 보건에 피해를 줄 정도로 퍼질 수 있는 종을 말한다. 2008년 몰나르 등은 수백 종의 해양 침입종의 경로를 기록했으며 해운이 바다에서 침입종 전파의 지배적인 메커니즘임을 발견했다. 해양 생물을 다른 해양 환경으로 운송하는 두 가지 주요 해상 메커니즘은 선체 부착 생물과 선박 평형수의 이동이다.

섬네일|left|Mnemiopsis leidyi

해상에서 취수하여 항구에서 배출되는 선박 평형수는 원치 않는 외래 해양 생물의 주요 원천이다. 흑해, 카스피해, 아조프해가 고향인 침입종 민물 줄무늬홍합은 아마도 대양 횡단 선박의 평형수를 통해 오대호로 옮겨졌을 것이다. 마이네스는 생태계에 해를 끼치는 단일 침입종의 최악의 사례 중 하나가 겉보기에는 무해해 보이는 해파리 때문일 수 있다고 믿는다. 전 세계 많은 지역의 어귀에 서식할 정도로 퍼진 유즐동물의 일종인 Mnemiopsis leidyi는 1982년에 처음 도입되었으며, 선박의 평형수에 실려 흑해로 옮겨진 것으로 생각된다. 해파리의 개체 수는 기하급수적으로 증가했고, 1988년 무렵에는 지역 어업에 큰 피해를 입히고 있었다. "멸치 어획량은 1984년 204,000톤에서 1993년 200톤으로 감소했다. 남유럽청어는 1984년 24,600톤에서 1993년 12,000톤으로, 전갱이는 1984년 4,000톤에서 1993년 0톤으로 감소했다." 이제 해파리가 물고기 치어를 포함한 동물성 플랑크톤을 고갈시키면서 그 수는 급격히 줄어들었지만, 여전히 생태계를 장악하고 있다.

침입종은 한때 점유되었던 지역을 차지하고, 새로운 질병의 확산을 촉진하며, 새로운 유전 물질을 도입하고, 수중 경관을 바꾸며, 자생종이 먹이를 얻는 능력을 위태롭게 할 수 있다. 침입종은 미국에서만 매년 약 1,380억 달러의 수익 손실과 관리 비용을 발생시킨다.

 해양 오염 

 영양소 오염 
영양소 오염은 지표수의 부영양화의 주요 원인이며, 이 과정에서 일반적으로 질산염이나 인산염인 과잉 영양소가 조류 성장을 자극한다. 이 조류는 죽어서 가라앉고 물속의 박테리아에 의해 분해된다. 이 분해 과정은 산소를 소모하여 다른 해양 생물을 위한 공급량을 고갈시키고 이른바 "데드 존"을 형성한다. 데드 존은 저산소 상태로, 물속에 용존 산소 수치가 매우 낮음을 의미한다. 이는 해양 생물을 죽게 하거나 해당 지역을 떠나게 하여 생명체가 사라지게 하므로 데드 존이라는 이름이 붙었다. 저산소 구역이나 데드 존은 자연적으로 발생할 수도 있지만, 인간 활동으로 인한 영양소 오염이 이 자연스러운 과정을 환경 문제로 변화시켰다.

영양소 오염의 주요 원인은 다섯 가지다. 가장 흔한 영양소 유출원은 도시 하수다. 이 하수는 빗물, 누수 또는 인간의 오물을 수역에 직접 투기함으로써 수로에 도달할 수 있다. 다음으로 큰 원인은 농업 관행에서 나온다. 농사에 사용되는 화학 비료는 지하수로 스며들거나 빗물에 씻겨 내려가 수로로 들어가며 이러한 환경에 과잉 질소와 인을 유입시킨다. 가축의 분뇨 또한 수로로 들어가 과잉 영양소를 유입시킬 수 있다. 가축 분뇨로 인한 영양소 오염은 수백 혹은 수천 마리의 동물을 한 집중된 지역에서 키우는 산업형 축산 운영에서 가장 심각하다. 폭우 배수는 영양소 오염의 또 다른 원인이다. 주거 지역과 불투수면의 영양소와 비료는 빗물에 휩쓸려 인근 강과 시내로 흘러 들어가 결국 바다에 이르게 된다. 다섯 번째 주요 원인은 수생 유기체를 통제된 조건에서 기르는 수산양식이다. 이러한 운영에서 발생하는 배설물, 남은 먹이 및 기타 유기 폐기물은 주변 물에 과잉 영양소를 유입시킨다.

 독성 화학물질 

독성 화학물질은 미세한 입자에 달라붙을 수 있으며, 이는 대부분 퇴적물 섭식자이거나 여과 섭식자인 플랑크톤과 저서생물에게 섭취된다. 이런 방식으로 독소는 해양 먹이 사슬 내에서 상위 단계로 생물농축된다. 많은 입자들은 산소를 고갈시키는 방식으로 화학적으로 결합하여 어귀가 무산소 상태가 되게 한다. 농약과 독성 금속도 유사하게 해양 먹이 그물에 포함되어 해양 생물의 생물학적 건강을 해친다. 많은 화합물 사료는 높은 어분 또는 어류 가수분해물 함량을 가지고 있다. 이런 방식으로 해양 독소는 다시 육지의 농장 동물로, 그리고 인간에게 전달된다.

식물성 플랑크톤 농도는 지난 세기 동안 연안 수역에서 증가했으며, 최근에는 먼 바다에서 감소했다. 육지에서의 영양소 유출 증가는 연안 식물성 플랑크톤의 증가를 설명할 수 있는 반면, 먼 바다의 표면 온도 상승은 수층의 층화를 강화하여 먼 바다 식물성 플랑크톤에게 유용한 심해로부터의 영양소 흐름을 감소시켰을 수 있다.

 플라스틱 오염 

매년 3억 톤 이상의 플라스틱이 생산되며, 그 중 절반은 컵, 봉투, 포장재와 같은 일회용품에 사용된다. 매년 최소 1,400만 톤의 플라스틱이 바다로 유입된다. 확실히 알 수는 없지만, 우리 바다에는 약 1억 5천만 톤의 플라스틱이 존재하는 것으로 추정된다. 플라스틱 오염은 표층수에서 심해 퇴적물에 이르기까지 모든 해양 쓰레기의 80%를 차지한다. 플라스틱은 가볍기 때문에 이 오염의 상당 부분은 해수면과 그 주변에서 보이지만, 플라스틱 쓰레기와 입자는 이제 심해, 오대호, 산호초, 해변, 강, 어귀를 포함한 대부분의 해양 및 육상 서식지에서 발견된다. 해양 플라스틱 문제의 가장 눈에 띄는 증거는 환류 지역에 쌓이는 쓰레기 지대다. 환류는 지구의 바람 패턴과 자전으로 인해 형성된 힘에 의해 만들어지는 원형의 해류다. 다섯 가지 주요 해양 환류가 있다: 북태평양 환류, 남태평양 환류, 북대서양 환류, 남대서양 환류, 그리고 인도양 환류다. 이들 각각에는 상당한 쓰레기 지대가 존재한다.

대형 플라스틱 폐기물은 해양 종들이 섭취하여 위를 채울 수 있다. 이는 바닷새, 고래, 물고기, 거북이 플라스틱으로 가득 찬 위 때문에 굶어 죽게 만들 수 있다. 해양 종들은 또한 플라스틱 쓰레기에 질식하거나 엉킬 수 있다.

해양 플라스틱 오염의 가장 큰 위협은 미세 플라스틱에서 온다. 이는 플라스틱 쓰레기의 작은 파편들로, 일부는 마이크로비즈처럼 처음부터 작게 생산된 것이다. 다른 미세 플라스틱은 더 큰 플라스틱 폐기물의 풍화 작용으로 인해 발생한다. 큰 플라스틱 조각이 바다나 수로로 들어가면 햇빛 노출, 온도, 습도, 파도, 바람에 의해 플라스틱이 5밀리미터보다 작은 조각으로 분해되기 시작한다. 플라스틱은 또한 플라스틱 쓰레기를 먹는 작은 생물들에 의해 분해되어 미세한 조각으로 쪼개진 뒤 배설되거나 뱉어질 수 있다. 실험실 테스트에서 Orchestia gammarellus 종의 단각류는 플라스틱 봉투 조각을 빠르게 먹어치워 봉투 하나를 175만 개의 미세한 파편으로 쪼갤 수 있음이 발견되었다. 비록 플라스틱이 분해되더라도 생분해되지 않는 인공 물질이다. 표층 해양 환경의 플라스틱 중 약 90%가 미세 플라스틱인 것으로 추정된다. 이러한 미세 플라스틱은 플랑크톤이나 물고기 치어와 같은 먹이 사슬 기저의 해양 유기체에 의해 자주 섭취되며, 이는 먹이 사슬 위쪽으로 갈수록 섭취된 플라스틱의 농축을 초래한다. 플라스틱은 독성 화학물질과 함께 생산되며, 이는 인간이 먹는 물고기를 포함한 해양 먹이 사슬로 유입된다.

 소음 공해 

수만 년 동안 유기체들이 적응해 온 바다의 자연스러운 소리 풍경이 있다. 그러나 인간의 활동은 이 소리 풍경을 파괴하여 유기체들이 짝짓기, 포식자 경계, 이동을 위해 의존하는 소리들을 대체로 가려버렸다. 선박과 보트의 프로펠러 및 엔진, 산업 어업, 연안 건설, 석유 시추, 지진 조사, 전쟁, 해저 채굴 및 소나 기반 항법은 모두 해양 환경에 소음 공해를 유입시켰다. 해운 하나만으로도 지난 50년 동안 주요 항로를 따라 저주파 소음이 약 32배 증가하여 해양 동물을 필수적인 번식지와 먹이 공급처에서 몰아낸 것으로 추정된다. 소리는 바다를 통해 가장 멀리 전달되는 감각 신호이며, 인위적인 소음 공해는 소리를 활용하는 유기체의 능력을 방해한다. 이는 유기체에게 스트레스를 주어 전반적인 건강에 영향을 미치고 그들의 행동, 생리학 및 번식을 방해하며 심지어 폐사를 유발할 수도 있다. 지진 조사의 음파 발사는 해양 동물의 귀를 손상시키고 심각한 부상을 입힐 수 있다. 소음 공해는 특히 고래와 돌고래처럼 에코로케이션에 의존하는 해양 포유류에게 치명적이다. 이 동물들은 의사소통, 항해, 먹이 활동 및 짝 찾기를 위해 에코로케이션을 사용하지만, 과도한 소음은 에코로케이션 사용 능력을 방해하여 이러한 필수적인 과업 수행을 방해한다.

 채굴 

심해 채굴의 전망은 취약한 심해 생태계에 미치는 영향과 바다의 생물학적 펌프에 미칠 광범위한 영향에 대해 과학자들과 환경 단체들의 우려를 낳았다.

 인간 유발 질병 
해양 환경의 급격한 변화는 질병이 번창하게 만든다. 질병을 일으키는 미생물은 다른 해양 생물보다 훨씬 더 빠르게 새로운 해양 조건에 변화하고 적응할 수 있어 해양 생태계에서 유리한 고지를 점한다. 이 유기체 집단에는 바이러스, 박테리아, 곰팡이 및 원생동물이 포함된다. 이러한 병원성 유기체는 빠르게 적응할 수 있는 반면, 다른 해양 생물은 환경의 급격한 변화로 인해 약해진다. 또한, 수산양식과 바다를 오염시키는 인간 폐기물로 인해 미생물이 더욱 풍부해지고 있다. 이러한 관행은 새로운 병원균과 과잉 영양소를 바다에 유입시켜 미생물의 생존을 더욱 촉진한다.

이 미생물 중 일부는 넓은 숙주 범위를 가지며 다중 숙주 병원균이라고 불린다. 이는 병원균이 서로 관련이 없는 다른 종들을 감염시키고 번식하며 전염될 수 있음을 의미한다. 다중 숙주 병원균은 많은 유기체를 감염시킬 수 있지만 모든 유기체에게 치명적이지는 않을 수 있기 때문에 특히 위험하다. 이는 미생물이 저항력이 더 강한 종에 존재하면서 해당 종을 매개체로 삼아 취약한 종을 지속적으로 감염시킬 수 있음을 의미한다. 이 경우 병원균은 숙주 유기체의 공급을 유지하면서 취약한 종을 완전히 전멸시킬 수 있다.

 기후변화 

해양 환경에서 미생물의 일차생산량은 격리에 크게 기여한다. 해양 미생물은 또한 먹이 그물에서 사용될 영양분을 재활용하며 그 과정에서 를 대기로 방출한다. 미생물 바이오매스와 기타 유기물(식물과 동물의 잔해)은 수백만 년에 걸쳐 화석연료로 전환된다. 반대로 화석연료의 연소는 그 시간의 아주 짧은 부분 만에 온실 기체를 방출한다. 결과적으로 탄소 순환의 균형이 깨지고, 화석연료를 계속 태우는 한 대기 중 수치는 계속 상승할 것이다.

섬네일|upright=2|left|해양 및 육상 생물군계에서의 미생물과 기후변화
섬네일|upright=2|기후 변화와 그것이 바다에 미치는 영향 개요

 해양 온난화 
섬네일|upright=1.5|1880년부터 2011년까지 1951-1980년 평균 대비 전 세계 평균 지표-해양 온도 변화. 출처: NASA GISS.

지구 온난화로 인한 대부분의 열에너지는 대기나 육지를 데우는 대신 바다로 들어간다. 과학자들은 30년 전부터 바다가 기후변화에 미치는 인간 영향의 핵심 지표임을 깨달았으며 "기후 민감도에 대한 우리의 이해를 크게 개선할 수 있는 가장 좋은 기회는 아마도 내부 해양 온도를 모니터링하는 것"이라고 보았다.

지구 온난화가 진행됨에 따라 해양 생물들은 바다의 더 시원한 지역으로 이동하고 있다. 예를 들어, 미국 북동부 해안과 베링해 동부에서 105종의 해양 물고기와 무척추동물 집단을 모니터링했다. 1982년부터 2015년까지 이 집단의 평균 바이오매스 중심은 북쪽으로 약 10마일 이동했으며 약 20피트 더 깊은 곳으로 옮겨갔다.

left|섬네일|지구 온난화로 인한 대부분의 열에너지는 바다로 들어간다.
섬네일|upright=1.5| 전 지구 열 축적 데이터, Nuccitelli et al. (2012)로부터

해수 온도 상승이 해양 생태계에 피해를 입히고 있다는 증거가 있다. 예를 들어, 인도양의 식물성 플랑크톤 변화에 대한 연구는 지난 60년 동안 해양 식물성 플랑크톤이 최대 20%까지 감소했음을 나타낸다. 여름 동안 서인도양은 세계에서 가장 큰 해양 식물성 플랑크톤 개화 농도가 나타나는 지역 중 하나다. 인도양의 온난화 증가는 해양 층화를 강화하며, 이는 광합성을 위한 충분한 빛이 있는 유광층에서의 영양분 혼합을 방해한다. 따라서 일차 생산이 제한되고 지역 전체의 먹이 그물이 붕괴된다. 급격한 온난화가 계속된다면 인도양은 생태학적 사막으로 변하고 생산력을 잃을 수 있다.

남극 진동 (남부 환상 모드라고도 함)은 남극을 둘러싼 편서풍 또는 저기압 지대로, 단계에 따라 북쪽이나 남쪽으로 이동한다. 양의 단계에서는 남극순환류를 주도하는 편서풍 지대가 강화되어 남극 쪽으로 수축하는 반면, 음의 단계에서는 이 지대가 적도 쪽으로 이동한다. 남극 진동과 관련된 바람은 남극 대륙붕을 따라 따뜻한 환남극 심층수의 해양 용승을 일으킨다. 이는 빙붕의 기저부 용해와 관련이 있으며, 남극 빙상의 큰 부분을 불안정하게 만들 수 있는 바람에 의한 메커니즘을 나타낸다. 남극 진동은 현재 천 년 넘게 발생한 것 중 가장 극단적인 양의 단계에 있다. 최근 이 양의 단계는 더욱 강화되었으며, 이는 온실 기체 수치의 증가와 이후의 성층권 오존 고갈에 기인한다. 이러한 물리적 환경의 대규모 변화는 "남극 해양 먹이 그물의 모든 수준에서 변화를 주도하고 있다." 해양 온난화는 또한 남극크릴새우의 분포를 변화시키고 있다. 남극크릴새우는 연안 대륙붕 너머 남극 생태계의 핵심종이며, 해양 포유류와 바닷새에게 중요한 먹이원이다.

IPCC (2019)는 해양 생물들이 해양 온난화에 의해 전 지구적으로 영향을 받고 있으며, 이는 인간 공동체, 어업 및 식량 생산에 직접적인 영향을 미친다고 말한다. 기후 변화로 인해 21세기 말까지 해양 동물의 수가 15% 감소하고 어업 어획량이 21%에서 24% 감소할 가능성이 높다.

2020년의 한 연구는 온실 기체 배출량이 줄어들더라도 2050년까지 심해에서의 지구 온난화가 지금보다 7배 더 빠르게 진행될 수 있다고 보고한다. 해양 종들이 생존 가능한 온도를 유지하기 위해 이동해야 하므로, 중층해와 더 깊은 층의 온난화는 심해 먹이 그물에 중대한 결과를 초래할 수 있다.

 해수면 상승 
섬네일|upright=1.5| 1993년에서 2018년 사이 전 세계 대부분의 바다에서 평균 해수면이 상승했다 (파란색).

연안 생태계는 해수면 상승으로 인해 더 많은 변화에 직면해 있다. 일부 생태계는 만조선을 따라 내륙으로 이동할 수 있지만, 다른 생태계는 자연적 또는 인공적 장벽으로 인해 이동이 차단된다. 인공 장벽이 관여된 경우 '해안 압착'(coastal squeeze)이라 불리는 이러한 해안의 축소는 갯벌 및 소택과 같은 서식지 손실을 초래할 수 있다. 맹그로브와 염습지는 축적된 퇴적물과 유기물을 이용해 수직으로 쌓아 올림으로써 상승하는 해수면에 적응한다. 해수면 상승이 너무 빠르면 이를 따라잡지 못하고 대신 수몰될 것이다.

조류와 물고기 생명에 중요한 산호 또한 햇빛으로부터 충분한 에너지를 얻기 위해 해수면 가까이에 머물 수 있도록 수직으로 자라야 한다. 지금까지는 따라잡을 수 있었지만, 미래에는 그렇지 못할 수도 있다. 이러한 생태계는 폭풍 해일, 파도 및 쓰나미를 방어해 준다. 이들을 잃는 것은 해수면 상승의 영향을 더 악화시킨다. 댐 건설과 같은 인간 활동은 습지로의 퇴적물 공급을 제한하여 자연적인 적응 과정을 방해하고, 결과적으로 염습지의 소실을 초래할 수 있다. 바닷물이 내륙으로 들어오면 연안 홍수가 발생하여 토양을 오염시키는 등 기존 육상 생태계에 문제를 일으킬 수 있다. 브램블 케이 멜로미스는 해수면 상승의 결과로 멸종된 것으로 알려진 최초의 육상 포유류다.

 해양 순환 및 염분 

해양 염분은 바다에 얼마나 많은 용해된 소금이 있는지를 측정하는 지표다. 소금은 육지에서 용해된 염분의 침식과 운반을 통해 유입된다. 바다의 표면 염분은 전 지구적 물의 순환, 해양-대기 교환 및 해양 순환을 연구할 때 기후계의 핵심 변수이며, 이들 모두 전 세계적으로 열, 운동량, 탄소 및 영양분을 운반하는 필수적인 요소들이다. 찬물은 따뜻한 물보다 밀도가 높고 소금물은 담수보다 밀도가 높다. 이는 해수의 온도가 변하고 염분이 변함에 따라 해수의 밀도가 변함을 의미한다. 이러한 밀도의 변화는 해양 순환을 주도하는 동력의 주요 원천이다.

1950년대 이후 측정된 해양 표면 염분 수치는 전 지구적 물의 순환이 강화되어 염분이 높은 지역은 더 짜지고 염분이 낮은 지역은 덜 짜지는 현상을 나타낸다.

섬네일|360px|left|열염순환, 해양 컨베이어 벨트
섬네일|360px|2011년 12월부터 2012년 12월까지 NASA 아쿠아리우스 위성 장비로 측정한 표면 염분 변화. 파란색: 낮은 염분, 빨간색: 높은 염분.

 해양 산성화 
섬네일|right|upright=2|해양 산성화의 잠재적 영향. 미래의 해양 산성화와 관련된 다양한 환경 요인, 과정 및 순환을 연결하는 잠재적인 생태학적 및 생물지구화학적 결과에 대한 개요. 

해양 산성화는 주로 대기로부터의 이산화 탄소 흡수로 인해 발생하는 바다의 산성화 심화를 말한다. 화석연료의 연소로 인한 대기 중 이산화 탄소 증가는 더 많은 이산화 탄소가 바다에 녹아들게 한다. 이산화 탄소가 물에 녹으면 수소 이온과 탄산염 이온을 형성한다. 이는 결과적으로 바다의 산성도를 높이고 껍데기를 형성하기 위해 탄산 칼슘에 의존하는 미생물, 조개류 및 기타 해양 생물들의 생존을 점점 더 어렵게 만든다.

산성도 증가는 또한 일부 유기체의 대사율과 면역 반응을 저하시키고 산호 백화를 유발하는 등 해양 생물에게 다른 잠재적인 피해를 줄 수 있다. 해양 산성화는 산업화 시대 초기 이후 26% 증가했다. 이는 인위적인 기후 변화와 비교되어 "지구 온난화의 사악한 쌍둥이" 그리고 "또 다른 문제"로 불려왔다.

섬네일|left|upright=1.5| 산업 혁명 시작부터 20세기 말까지 인간이 만든 에 의해 유발된 바닷물 pH의 추정 변화량

 해양 탈산소화 

해양 탈산소화는 해양 생물에게 가해지는 추가적인 스트레스 요인이다. 해양 탈산소화는 화석연료 연소의 결과로 바다의 최소 산소 구역이 확장되는 현상이다. 이 변화는 상당히 빠르게 진행되어 물고기와 다른 유형의 해양 생물뿐만 아니라 영양이나 생계를 위해 해양 생물에 의존하는 사람들에게도 위협이 되고 있다. 해양 탈산소화는 해양 생산성, 영양소 순환, 탄소 순환 및 해양 서식지에 영향을 미친다.Laffoley, D. and Baxter, J. M. (eds.) (2019) Ocean deoxygenation : everyone's problem , IUCN Report.

해양 온난화는 해양 탈산소화를 악화시키고 밀도와 용해도 효과를 통해 해양 층화를 증가시켜 영양소 가용성을 제한하는 동시에 대사 수요를 증가시켜 해양 유기체에 더욱 스트레스를 준다. IPCC 2019 Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate에 따르면, 해양 화학의 변화로 인해 먹이 그물 전체에서 종의 생존력이 파괴되고 있다. 바다가 따뜻해짐에 따라 수층 간의 혼합이 감소하여 해양 생물이 이용할 수 있는 산소와 영양분이 줄어든다.

 극지 빙상 
섬네일|upright=1.5|right| 기후 변화는 해빙을 녹여 북극을 얼음 사막에서 열린 바다로 변화시킨다. 북극곰과 물개는 서식지를 잃을 수 있고, 식물성 플랑크톤 성장이 증가하여 북극 먹이 그물에 에너지를 공급할 수 있으며, 이는 탄소 매립율을 높이고 대기 중 양을 줄일 수도 있다.

최근까지 빙상은 탄소 순환의 비활성 구성 요소로 간주되어 전 지구 모델에서 대체로 무시되었다. 지난 10년 동안의 연구는 독특하게 적응된 미생물 공동체의 존재, 빙상에서의 높은 생물지구화학적/물리적 풍화율, 1,000억 톤 이상의 유기 탄소 저장 및 순환, 그리고 영양분을 증명하며 이러한 관점을 변화시켰다.

섬네일|upright=1.5|left| 현재 빙상에서의 탄소 저장 및 유동 (2019), 그리고 이산화탄소에 미치는 예측된 영향. 추정된 탄소 유동은 Tg/a(연간 메가톤 탄소) 단위로 측정되며, 탄소 저장고의 추정 규모는 Pg C(천 메가톤 탄소 단위)로 측정된다. DOC = 용존 유기 탄소, POC = 입자상 유기 탄소.

 생물지구화학 
섬네일|upright=1.8|해양 질소 순환에 미치는 인위적 영향

오른쪽 도표는 해양 질소 순환에 미치는 몇 가지 인간 영향을 보여준다. 생물 이용 가능 질소(Nb)가 유출이나 대기 침적에 의해 해양 생태계에 유입되어 부영양화, 데드 존 형성 및 최소 산소 구역(OMZ)의 확장을 유발한다. 인위적 활동과 산소가 고갈된 구역에서 방출되는 질소 산화물(N2O, NO)은 성층권 오존 고갈을 일으켜 UVB 노출을 높이고, 이는 해양 생물의 피해, 산성비 및 해양 온난화를 초래한다. 해양 온난화는 수층 층화, 탈산소화 및 데드 존 형성을 유발한다. 데드 존과 OMZ는 아나목스와 탈질 작용의 핫스팟으로 질소 손실(N2 및 N2O)을 일으킨다. 대기 중 이산화 탄소 수치 상승은 바닷물을 산성화시켜 질산화와 같은 pH 의존적 질소 순환 과정을 감소시키고 질소 고정을 강화한다.

 탄산 칼슘 

아라고나이트는 많은 해양 동물이 탄산염 골격과 껍데기를 만들기 위해 사용하는 탄산 칼슘의 한 형태다. 아라고나이트 포화 수치가 낮을수록 유기체들이 골격과 껍데기를 만들고 유지하는 것이 더 어려워진다. 아래 지도는 1880년에서 2012년 사이 해양 표층수의 아라고나이트 포화 수치 변화를 보여준다.

한 가지 예를 들면, 익족류는 널리 분포하는 헤엄치는 바다 달팽이 집단이다. 익족류가 껍데기를 만들기 위해서는 탄산 이온과 용해된 칼슘을 통해 생성되는 아라고나이트가 필요하다. 산성화 수치 증가는 아라고나이트 생성에 필요한 탄산염 과포화수의 양을 꾸준히 감소시켰기 때문에 익족류는 심각한 영향을 받는다.

2100년경에 도달할 것으로 예상되는 pH 수치의 물에 익족류의 껍데기를 담갔을 때, 6주 이내에 껍데기가 거의 완전히 녹아버렸다. 마찬가지로 산호, 산호말목, 석회비늘편모류, 유공충뿐만 아니라 일반적인 개류들 모두 해양 산성화의 영향으로 석회화가 감소하거나 용해가 강화되는 경험을 한다.

섬네일|355px| 해양 산성화의 영향을 요약한 영상 – 출처: NOAA

익족류와 거미불가사리는 함께 북극 먹이 그물의 기저를 형성하며 두 집단 모두 산성화에 의해 심각한 피해를 입는다. 산성화가 심해짐에 따라 익족류의 껍데기는 녹고 거미불가사리는 팔이 재생될 때 근육량을 잃는다. 게다가 거미불가사리의 알은 예상되는 북극 산성화 조건에 노출될 경우 며칠 이내에 죽는다. 산성화는 북극 먹이 그물을 기저부터 파괴할 위협이 되고 있다. 북극해는 빠르게 변화하고 있으며 아라고나이트 불포화 상태가 되는 과정이 진행 중이다. 북극 먹이 그물은 단순하다고 여겨지는데, 이는 작은 유기체에서 대형 포식자에 이르는 먹이 사슬의 단계가 적음을 의미한다. 예를 들어, 익족류는 "대형 플랑크톤, 물고기, 바닷새, 고래 등 수많은 상위 포식자의 핵심 먹이 항목"이다.

 규산염 
지난 400년 동안 농업의 증가는 암석과 토양의 노출을 늘렸으며, 이는 규산염 풍화율의 증가를 초래했다. 결과적으로 토양에서 비정질 실리카 재고의 침출 또한 증가하여 강으로 유입되는 용존 실리카의 농도가 높아졌다. 반대로, 댐 건설의 증가는 댐 뒤편의 담수 돌말류에 의한 흡수로 인해 바다로의 실리카 공급 감소를 초래했다. 인위적인 질소 및 인 부하와 따뜻해진 물에서의 실리카 용해 강화로 인한 비규질 식물성 플랑크톤의 우세는 미래에 실리콘 해양 퇴적물 수출을 제한할 잠재력이 있다.

2019년에 한 과학자 그룹은 산성화가 남극해의 돌말류 실리카 생산을 감소시키고 있다고 제안했다.

 탄소 
섬네일|upright=2.5|right|2009-2018년 전 지구 탄소 순환의 인위적 변화. 인위적 활동에 의해 유발된 전 지구 탄소 순환의 전반적인 섭동에 대한 모식도로, 2009-2018년의 10년 동안 전 세계적으로 평균을 낸 것이다. 범례의 화살표와 단위를 참조하시오. 대기 중 CO2 성장률의 불확실성은 매우 작으며(±0.02 GtC yr−1) 그림에서는 무시되었다. 인위적 섭동은 활성 탄소 순환 위에서 발생하며, 배경의 수치들로 유동과 비축량이 표시되어 있다. 해양 총 유동은 출판 이후 대기 중 CO2 증가를 반영하여 90 GtC yr−1로 업데이트되었다. 연안의 탄소 재고는 해양 연안 퇴적물에 대한 문헌 검토에서 가져왔다.

섬네일|upright=1.7|left| 질소-탄소-기후 상호작용. 인류세 동안의 주요 상호작용 동인이 표시되어 있다. 기호는 해당 요인의 증가(+) 또는 감소(-)를 나타내며, (?)는 알려지지 않은 영향을 나타낸다. 화살표의 색상은 직접적인 인위적 영향(빨간색) 또는 자연적 상호작용(파란색, 많은 부분이 인간의 영향으로 수정됨)을 나타낸다. 상호작용의 강도는 화살표 두께로 표현된다.Ref>Adapted from: Gruber, N., and J. N. Galloway (2008) "An Earth‐system perspective of the global nitrogen cycle". Nature, 451:293–296. .

섬네일|upright=1.7|right|제안된 해양 이산화탄소 제거 옵션

육지 기반 이산화 탄소 제거 방식의 기술적 및 정치적 도전 과제가 분명해짐에 따라, 바다는 기후 거버넌스에서 탄소 흡수 전략의 새로운 "블루" 개척지가 될 수 있다. 해양 환경은 자연 기반 생태계 관리부터 지구 시스템에 대한 산업적 규모의 기술적 개입에 이르기까지, 파리 협정 이후 기후 거버넌스에서 새로운 탄소 흡수원을 위한 블루 개척지다. 해양 이산화탄소 제거 방식은 다양하지만 몇 가지는 핵심적인 육지 기반 이산화탄소 제거 제안과 유사하다. 해양 알칼리화(화학 반응을 통해 흡수를 증가시키기 위해 감람석과 같은 규산염 광물을 연안 바닷물에 첨가하는 것)는 강화된 풍화 작용이며, 블루카본(연안 식생으로부터 자연적인 생물학적 흡수를 강화하는 것)은 해양 재조림이며, 탄소 포집 및 저장을 위한 해양 바이오매스(예: 해조류) 배양은 바이오 에너지와 탄소 포집 및 저장의 해양 변형이다. 습지, 연안 및 먼 바다는 토양과 숲의 사용에서 확장된 관행을 통해 관리되는 탄소 제거 및 저장 장소로 구상되고 개발되고 있다.

 다중 스트레스 요인의 효과 
섬네일|upright=1.7|해양 온난화와 탈산소화로 증폭된 생태계 영향. 용승 대륙붕 시스템에서의 저산소증 및 산성화 심화 요인. 적도 방향의 바람은 최소 산소 구역 상부로부터 용존 산소(DO)가 낮고 영양분과 용존 무기 탄소(DIC)가 높은 물의 용승을 주도한다. 생산성의 횡단 대륙붕 구배와 저층수 체류 시간은 물이 생산적인 대륙붕을 가로질러 이동함에 따라 DO(DIC) 감소(증가)의 강도를 결정한다.

하나 이상의 스트레스 요인이 존재하면 그 효과는 증폭될 수 있다. 예를 들어, 해양 산성화와 해수 온도 상승의 조합은 어느 한 쪽의 개별적인 해로운 영향을 훨씬 초과하는 복합적인 효과를 해양 생물에 미칠 수 있다.

해양 생태계에 대한 고농도 의 완전한 영향이 여전히 기록되고 있는 가운데, 주로 및 기타 온실 기체 배출에 의해 주도되는 해양 산성화와 해수 온도 상승의 조합이 해양 생물과 해양 환경에 복합적인 영향을 미친다는 상당한 연구 결과가 있다. 이 효과는 어느 한 쪽의 개별적인 해로운 영향을 훨씬 초과한다. 또한, 해양 온난화는 밀도와 용해도 효과를 통해 해양 층화를 증가시켜 영양분을 제한함으로써 해양 유기체에 대한 추가적인 스트레스 요인인 해양 탈산소화를 악화시키는 동시에 대사 수요를 증가시킨다.

섬네일|360px|left|산호초에 작용하는 다중 스트레스 요인

바다에 미치는 해양 산성화, 온난화 및 탈산소화의 영향 방향과 크기는 메타 분석에 의해 정량화되었으며, 메조코즘 연구에 의해 추가로 테스트되었다. 메조코즘 연구는 이러한 스트레스 요인의 상호작용을 시뮬레이션했고 해양 먹이 그물에 치명적인 영향을 발견했는데, 즉 열 스트레스로 인한 소비의 증가가 더 많은 이산화탄소 가용성으로 인한 일차 생산자에서 초식 동물로의 증가를 상쇄하고도 남는다는 것이다.

 변화의 동인 
섬네일|360px|해양 생태계 변화의 동인

해양 생태계 역학의 변화는 사회경제적 활동(예: 어업, 오염)과 인간 유발 생물물리적 변화(예: 온도, 해양 산성화)에 의해 영향을 받으며, 서로 상호작용하여 해양 생태계 역학과 그들이 사회에 생성하는 생태계 서비스에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이러한 직접적인 상호작용을 이해하는 것은 해양 생태계의 지속 가능한 이용을 향한 중요한 단계다. 그러나 이러한 직접적인 상호작용은 무역과 금융을 통한 경제, 인구 이동 및 기술 진보가 글로벌 규모로 작동하고 상호작용하며 직접적인 관계에 영향을 미치는 훨씬 더 넓은 사회경제적 맥락에 내장되어 있다.

2024년에는 산업 활동의 75%가 발생하는 바다의 연안 수역에 미치는 어선 및 비어선의 영향에 관한 연구가 발표되었다. 연구에 따르면: "어류 자원의 3분의 1이 생물학적으로 지속 가능한 수준을 넘어서 운영되고 있으며, 인간의 산업화로 인해 핵심 해양 서식지의 약 30-50%가 소실된 것으로 추정된다." 연구는 어로, 해상 무역 및 석유 추출과 같은 전통적인 영향 외에도 채굴, 수산양식 및 해상 풍력 발전과 같은 새로운 영향들이 나타나고 있다고 언급한다. 선박을 모니터링하기 위해 위성 데이터를 사용한 결과, 어선의 72% - 76%와 에너지 및 운송 선박의 21% - 30%가 "공공 추적 시스템에서 누락되어 있음"을 발견했다. 이 데이터가 기존의 공공 추적 선박 정보에 추가되었을 때 다음과 같은 몇 가지 발견으로 이어졌다:

연구는 해상 풍력 발전 터빈이 크게 증가하여 2021년에 이미 수적으로 석유 플랫폼을 넘어섰음을 발견했다. 최근 몇 년간 어업은 조금만 증가했으며 어장이 고갈됨에 따라 감소하기 시작할 수 있다. 연구는 "운송 및 에너지 선박 교통은 세계 무역의 추세와 재생 에너지 인프라의 급격한 발전에 따라 계속 확장될 수 있다. 이 시나리오에서 인프라와 선박 교통이 해양 생태계에 가져오는 변화는 그 영향력 면에서 어업과 맞먹을 수 있다"고 결론지었다.

 기준점의 이동 

기준점의 이동은 해양 생태계 연구에서 발생하는 문제로, 변화를 측정할 때 과거의 어떤 참조 지점(기준점)과 비교해야 하는데, 그 지점 자체가 그보다 더 이전의 생태계 상태에서 이미 중대한 변화를 겪었을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 급격히 고갈된 어업 자원을 연구하는 연구자들이 어업의 미이용 혹은 자연 상태가 아닌, 자신의 경력 시작 시점의 어업 상태를 기준점으로 삼아 평가하는 경우가 있다. 수백 년 전 특정 종이 떼를 지어 살던 지역이 장기적인 감소를 겪었음에도 불구하고, 현재 인구수를 위한 참조 지점으로 사용되는 것은 불과 수십 년 전의 수준이다. 이런 방식으로 장기간에 걸친 생태계나 종의 대규모 감소가 은폐되어 왔다. 이는 각 세대가 무엇이 자연스럽거나 손대지 않은 상태인지를 재정의함에 따라 발생하는 변화에 대한 인식의 상실이다.

 같이 보기 

 기후변화가 식물계 생물다양성에게 미치는 영향
 심해탐사
 바다 쓰레기
 태평양 거대 쓰레기 지대
 해양 폭염
 탄소 순환
 해상 건설
 해양탐사
 지속가능발전 목표 14
 세계 해양의 날

 각주 

분류:인간이 환경에 미치는 영향
분류:해양생물학