2024년 예상되는 자연계 주요 이슈 15가지

출처 : 임팩트온(Impact ON)(http://www.impacton.net)

영국 캠브리지 대학 윌리암 서덜랜드 팀의 수평 스캔 연구방법을 설명하는 그림./홈페이지

영국 캠브리지 대학의 보존 생물학자 윌리암 서덜랜드(William Sutherland)의 팀은 수평 스캔(horizon scanning)이라는 연구방법으로 떠오르는 기술, 정치, 경제와 관련된 변화가 내년 생물다양성에 상당한 영향을 미칠 수 있다고 봤다.

수평 스캔이란 다양한 정보 소스를 활용하여 제대로 인식되지 않은 위협과 기회의 조기 징후를 식별하는 접근 방식이다. 온라인 콘텐츠를 스캔하고 텍스트를 마이닝(mining)하는 자동화된 기술부터 대규모 전문가 그룹과의 체계적인 상담이라는 수동적  방법에 이르기까지 수평 스캔은 다양한 방법이 있다.

영국 미디어 가디언은 윌리암 서덜랜드 팀의 수평 스캔 연구를 근거로 2024년 자연계에 다가올 주요 이슈 15가지를 소개했다.

#1. 수소

수소는 기존 연료를 대체할 수 있다는 기대로 인기가 점점 높아지고 있다. 그러나 수소가 생물 다양성에 도움이 되는 정도는 수소가 만들어지는 방식에 따라 다르다.

천연가스에서 생산된 수소는 기후를 교란시키는 화석 연료에 계속 의존하고 있다. 담수 또는 해수를 원료로 사용하거나 천연 지하 저장소를 활용해서 생산한 수소는 서식지 파괴할 수도 있다.

따라서 수소 생산과 유통 및 배치 시스템이 주의 깊게 설계되지 않으면 결국 수소와 관련된 활동이 자체적으로 온실가스를 발생시킬 수 있다. 수소의 이점이 해악보다 더 크도록 특별한 노력이 필요하다.

#2. 암모니아

암모니아는 농업용 비료의 핵심 성분이다. 또한, 암모니아 생산에는 주로 엄청난 양의 화석 연료가 필요하다.

이 산업은 새로운 기술의 개발이 활발하여 암모니아의 생산 비용과 온실가스 배출량을 대폭 줄일 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 저탄소 암모니아 생산 비용이 낮아지면, 원료가 되는 비료 사용이 증가하여 대기 및 수질 오염의 위협이 발생할 수도 있다.

또한 비료는 강력한 온실가스인 아산화질소를 생성하는 토양 미생물의 능력을 향상시키기 때문에 기후에 미치는 순 이익은 생각보다 훨씬 적을 수 있다.

#3. 미생물

연구원들은 환경 친화적인 식품 공급원을 찾기 위해서 수소, 질소, 이산화탄소를 이용한 박테리아 배양 방법을 개발한 바 있다.

싱가포르는 이미 식품으로 사용하도록 승인된 제품의 맛과 단백질 함량을 높이기 위해 이 방법을 활용하도록 허용하고 있다. 

식품에 투입하는 화학적 투입물을 재생에너지를 사용하여 생산한다면, 해당 제품은 육류, 유제품 및 기타 기존 식이 단백질 공급원보다 기후 발자국과 전반적인 환경 영향을 극적으로 낮출 수 있다.

#4. 음지 식물

식물이 양분을 만들기 위해 햇빛, 물, 이산화탄소를 사용하는 과정은 효율성이 떨어진다.

최근 연구자들은 전기, 물, 이산화탄소를 사용하여 아세테이트(acetate)를 생산하는 대체 공정을 개발했다. 이 아세테이트는 광합성을 통해 생산되는 포도당을 대신하여 사용할 수 있고 식물 성장을 자극하는 역할을 한다.

생화학적 해결 방법은 인공 환경에서 재배되는 식물의 생산성을 극적으로 증가시킬 수 있으며, 빛이 없어도 식물이 성장할 수 있는 결과를 가져온다. 또한, 이 과정이 재생에너지를 활용하여 진행된다면, 서식지를 농경지로 전환할 필요성을 줄여 매우 효율적이고 친환경적인 실내 식품 생산이 가능할 수 있다.

#5. 암석 먼지(Rock Dust)

탄소를 포집하는 암석 먼지를 농지에 퍼뜨려 토양의 탄소 포집 및 저장 능력을 강화하는 기후테크가 있다. 이 기술은 작물 생산에 있어서 장점과 단점이 확실하게 구분된다.

긍정적인 점은 토양 내 유익한 미생물이 증가하고 담수에 대한 영양 위협이 감소하며 토양 및 바닷물의 산성도가 줄어드는 점 등이 있다. 반면, 부정적인 점은 지표수로의 미사 흐름 증가, 중금속 오염 악화, 토양에 사는 유기체에 해를 끼치고 채굴 증가를 장려한다는 점 등이 있다.

이 기술이 채택될 지 여부에는 공급, 이점에 대한 추가적인 설명, 정부 인센티브, 저해 요인 등이 영향을 미칠 것으로 전망된다.

#6. 사라지는 지렁이

지렁이는 죽은 식물의 물질을 재활용하고 영양분을 방출하며 토양의 질을 향상시켜서 농지의 지속가능성면에서 중요한 역할을 한다.

영국에서 실시된 최근 조사에 따르면 지난 25년 동안 살충제 증가로 지렁이 수가 3분의 1 이상 감소한 것으로 나타났다.

이러한 추세는 다른 지역이나 국가에서도 비슷하고 이를 완화하기 위해 아무 조치도 하지 않는다면 생태계 뿐만 아니라 인류에게 식량을 공급하는 지구의 능력에 막대한 악영향을 미칠 것으로 예상된다.

#7. 흙에 귀 기울이기(Listening to Soil)

토양이 얼마나 건강한지, 더 건강해지기 위해 필요한 것이 무엇인지를 확인하고 선택하기 위한 기존의 방법은 땅을 파보는 것이었다. 이 방법은 시간이 많이 걸리고 비용도 많이 든다.

요즘 뜨는 신기술은 음향 기술로 지하 무척추동물이 돌아다니는 위치와 움직임을 식별함으로써 지표면 아래 토양의 상태를 확인할 수 있도록 해준다.

토양 생태음향학(soil ecoacoustics)으로 알려진 이 방식을 사용하면 토양 건강을 쉽게 특성화할 수 있을 뿐만 아니라 이전에 황폐화된 토양의 복원을 추적 및 강화하여 말 그대로 건강하고 다양한 생물 서식지를 강화할 수 있다.

#8. 연기와 기후

산불의 빈도와 강도가 증가함에 따라 대기 중 연기의 양은 앞으로 증가할 가능성이 높고, 대기 중의 연기가 지구의 기후에 심각한 결과를 초래할 수 있다.

산불이나 음식을 요리하면서 나오는 연기, 기타 화재로 인해 방출되는 연기의 미립자는 정상적인 기후 순환을 방해하고 햇빛을 차단하고 대기 중 수분을 재분배하여 대기 중 온도와 압력의 분포 방식을 변경할 수 있다.

생태계 전체는 기존 기후 순환의 흐름에 맞춰 진화해 왔다. 대규모 변화는 자연의 균형을 쉽게 바꿀 수 있으며, 생물 다양성과 우리 자신의 웰빙을 위해 건강한 생태계에 의존하는 인류에 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있다.

#9. DNA 기계

최근 유전학 발달로 맞춤형 DNA 가닥(strand)을 비교적 쉽게 제조할 수 있게 됐다. 더 나아가서, 인쇄 장치로 원하는 특성을 암호화하는 긴 유전 물질 가닥을 만들고, 이를 유기체에 삽입할 수 있는 기술도 개발될 것으로 예상된다.

긍정적인 측면은 이 기술을 적용하여 농업을 위한 토지 개간 필요성을 줄이고, 환경을 오염시키는 비료 및 살충제 사용을 최소화할 수 있다. 또한, 이는 환경 변화에 대한 유기체의 회복력을 강화하고  새로운 해충 방제 방법을 제시할 수 있다.

부정적인 측면은 오남용으로 인해 생태계 파괴가 벌어질 수 있으며, 그 영향은 아직 예측하기 어렵다.

#10. 독성 예측(Predicting toxicity)

화학물질의 독성은 특정 화학물질을 생물과 생태계 환경에 노출시켜서 유해성 여부를 확인해왔다.

이제는 실제로 화학물질을 써보지 않고도 유해여부를 알 수 있는 신기술이 등장했다.

과학자들은 환경, 유기체, 심지어는 분자 수준에서 다양한 유형의 화학물질이 어떻게 작용하는지에 대한 기존 정보를 활용하여 새로 제조된 화합물이 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있는지 여부와 방법을 예측하는 방법을 연구 중이다.

'부정적인 결과 경로(adverse outcome pathways)'로 알려진 이 방식은 머신 러닝, 딥 러닝, 인공 지능으로 연구 개발이 빠르게 진행되고 있다. 이 방식은 물질을 사전에 검사하여 유해성을 최소화 할 수 있고, 이로운 물질을 더 쉽게 식별하는 데 도움이 된다.

#11. 철새떼를 죽이는 고층 빌딩

매년 가을, 100종이 넘는 수십억 마리의 새가 홍해에서 두 갈래로 갈라지는 길을 따라 유럽에서 남쪽으로 날아간다.

이 경로에는 우리나라 건설회사들도 관심이 많은 사우디아라비아의 네옴 메가시티의 초고층 건물이 위치한다.

이 건물은 면적이 34제곱킬로미터, 높이가 500m다. 초고층 건물은 반사 표면으로 덮여 있고풍력 터빈이 있는 홍해의 북쪽 끝에 설계됐다. 이 건물은 하늘길을 이용하는 수많은 철새들이 죽음에 이르는 함정이 될 수 있다.

과학자들은 거대한 초고층 빌딩으로 새떼의 생존이 영향을 받아 생태학적 균형이 깨질 수도 있다고 우려한다. 철새떼가 생존하기 위해 이동하는 경로에 장애가 발생할 수 있기 때문이다.

#12. 성게의 죽음

성게는 생태계를 압도할 조류를 잡아먹음으로써 산호초를 온전하게 유지하는 데 중추적인 역할을 한다.

성게는 2022년 카리브해와 지중해에서 대규모로 멸종한 뒤, 이 문제가 홍해까지 확산된 것으로 관측됐을 때 과학자들은 이것이 수중 생태계에 문제를 야기함을 확인했다.

연구자들은 섬모 미생물(ciliated microbe)에 의한 감염을 이 재난의 유력한 원인으로 지목했다. 섬모 미생물에 의한 감염은 물고기, 산호, 게, 기타 해양 생물을 감염시키는 것으로 알려져 있어서 이 영향은 확산성이 크므로 파괴적인 결과를 낳을 수 있다.

#13. 바다에 탄소를 저장하다

대기직접포집(DAC)처럼 대기 중의 이산화탄소를 포집해서 영구 저장하는 비즈니스가 성장하고 있다. 

바다는 지구 표면의 거의 4분의 3을 덮고 있는데, 바다에 이산화탄소를 저장한다면 어떨까? 바다는 인류가 대기 중으로 배출한 과도한 양의 지구 온난화 가스를 제거할 유망한 후보로 주목받고 있다.

바다의 탄소 흡수 능력을 강화하기 위해 바다에 비료 추가, 조류 재배 및 격리, 바닷물의 Ph를 조절해서 이산화탄소를 수면 아래 암석에 주입하는 방법들이 존재한다.

다만, 이 방법은 만능이 아니다. 수평 스캔 연구원들은 이 방법의 두 가지 문제점을 지적했다. 이 방법은 대부분 테스트되지 않았으므로 탄소 저장에 얼마나 좋은지는 아무도 모른다. 또한, 생물다양성과 사회에 의도하지 않은 악영향을 미칠 가능성이 클 수 있다.

#14. 해저의 황혼 지대(twilight zone)

해저 200~1000미터는 중층부 또는 "황혼 지대"라고 부른다. 이 곳에는 물고기와 기타 해양 생물이 풍부하게 서식한다.

이 생물들은 사후에 가라앉으면서, 심해 생물에게 영양을 공급하고 심해에 풍부한 유기물을 제공한다.

뿐만 아니라 이 물질 중 일부는 퇴적물에 묻히는 과정에서 대기로부터 탄소를 격리한다. 가라앉는 유기물의 입자가 크면 더 빠르게 가라앉기에 작은 입자일 때보다 탄소를 더 오래 저장하는 경향이 있다. 유기물의 입자는 분해 속도가 느릴수록 크다.

온실가스 농도 증가로 지구 대기가 따뜻해지면서 황혼지대도 따뜻해지고 있다. 과학자들은 이런 온난화로 유기물이 더 빨리 분해되어 바다 생물의 먹이가 되고 탄소를 격리하는 능력이 저하될 것이라고 우려하고 있다.

#15. 해류(Ocean currents)

바다 표면 아래에는 온도와 염분의 변화에 ​​따라 물의 흐름이 한 곳에서 다른 곳으로 흐른다.

인간 활동으로 대기 중 온실가스 농도가 증가하여 발생하는 변화는 이러한 해류를 변화시켜 모든 해양 생물에게 새롭고 때로는 불안한 조건을 만들고 있다.

수평 스캔의 연구원들은 이런 현상 때문에 남극 심해의 변화는 지금까지 받았던 것보다 훨씬 더 많은 관심을 받을 가치가 있다고 주장한다.

남극의 얼음이 녹으면서 염분 농도가 바뀌어 현재의 해류 흐름은 앞으로 25년 동안 극적으로 느려질 것으로 예상된다. 이런 변화는 바닷물의 산소 가용성을 감소시키고 바다와 육지 모두에서 식량의 가용성과 생명체의 거주 조건을 변화시킬 수 있다. 동시에 바람의 변화와 같은 다른 요인들이 예상치 못한 방식으로 해양 생물을 변화시킬 수 있는 충격을 만들 수도 있다.