최근 과학자들은 태평양 해저에서 "암흑 산소"로 알려진 신비한 산소 공급원의 발견은 해양 생태계와 산소 생산 메커니즘에 대한 우리의 전통적인 이해에 도전하는 놀라운 과학적 발견입니다. 정확히 무슨 일이 일어났나요?

배경 발견

이번 발견은 스코틀랜드 해양과학회(SAMS)의 해양생태학자 앤드류 스위트먼(Andrew Sweetman)이 이끄는 연구팀이 이뤄낸 것이다.

2013년부터 팀은 태평양의 Clarion-Clipperton Zone(CCZ)에서 해저 생태계와 산소 소비에 대한 일련의 연구를 수행해 왔습니다. 하와이와 멕시코 사이에 위치한 CCZ는 풍부한 생물학적 군집과 다금속 결절 자원을 갖춘 광대한 해저 평야입니다.

연구 과정

연구팀은 이번 연구에서 해저에 가라앉은 심해착륙선을 사용해 원통형 챔버를 퇴적물 속으로 밀어 넣어 해저의 작은 면적과 그 위의 일정량의 해수를 봉쇄해 '해저 공간'을 만들었다. 미세 환경'은 외부 세계와 격리되어 있습니다.

그들은 폐쇄된 환경에서 미생물이 호흡함에 따라 시간이 지남에 따라 산소 수준이 천천히 감소할 것이라고 예상했습니다. 그러나 실제 측정 결과는 의외였습니다. 산소 함량이 감소하기는커녕 서서히 증가하는 추세를 보였습니다.

예비 추측 및 검증

이러한 비정상적인 현상에 직면한 연구팀은 처음에는 센서 고장이라고 의심했으나, 여러 차례의 교정과 실험을 거듭한 끝에 이 현상의 진위를 확인했습니다. 이후 연구팀은 해저의 다금속 단괴(망간 단괴라고도 함)에 집중했습니다. 이들 단괴는 주로 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리 등의 금속 원소와 망간 및 철의 산화물이 주성분으로 구성되어 있습니다.

연구진은 실험실에서 다금속 결절 표면의 전위차를 측정한 결과 전위차가 0.95V까지 높을 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이는 물 분자를 분리하는 데 필요한 1.5V보다 낮지만, 연구팀은 여러 개의 다금속 결절이 함께 모일 때 "캐스케이드" 효과를 통해 더 높은 전압을 생성하여 해수 전기분해 과정을 촉발할 수 있다고 추측합니다. 수소와 산소로 분해됩니다.

연구결과 및 의의

이 발견은 Nature Geoscience 저널에 자세히 보고되었으며 과학계에서 광범위한 관심을 끌었습니다. 연구자들은 다금속 단괴가 심해의 빛이 없는 조건에서 지속적으로 산소를 생성하는 천연 "지질학적 배터리" 역할을 할 수 있다고 믿습니다. 이번 발견은 해양 산소 순환에 대한 우리의 전통적인 이해에 도전할 뿐만 아니라 생명의 기원 연구에 새로운 단서를 제공할 수도 있습니다.

또한, 이번 발견은 심해 채굴 활동에도 중요한 의미를 갖습니다. CCZ 지역은 풍부한 다금속 단괴 자원을 보유하고 있으며 심해 광산 회사의 주요 목표입니다. 그러나 이러한 결절이 제거되면 이들이 생산하는 산소에 의존하는 생태계가 심각한 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 연구원들은 이 새로운 발견이 환경에 미치는 잠재적인 영향을 충분히 고려해야 하며 심해 채굴을 진행하기 전에 과학적 감독이 수행되어야 한다고 강조합니다.

해양 산소 순환에 대한 새로운 이해

오랫동안 일반적으로 바다 속의 산소는 표층수역에서 광합성을 통해 생성되고 수역의 수직이동을 통해 심해로 운반된다고 믿어왔습니다. 그러나 이 연구는 심해의 빛이 없는 조건에서 다금속 단괴(망간 단괴)가 비생물적 과정(해수 전기분해 등)을 통해 산소를 생성할 수 있다는 사실을 발견했는데, 이는 전통적인 해양 산소 순환 이론에 직접적으로 도전하는 것입니다. 이는 광합성 외에도 심해에는 다른 중요한 산소 생산 메커니즘이 있음을 보여줍니다.

이 연구는 또한 산소 순환의 복잡성을 확장합니다. 해양 산소 순환은 생물학, 화학, 물리학과 같은 여러 측면을 포함하는 복잡한 과정입니다. 이번 발견은 심해 산소 순환의 또 다른 중요한 연관성, 즉 산소 생산에 대한 비생물적 과정의 기여를 밝혀줍니다. 이는 해양 산소 순환의 복잡성과 다양성을 보다 포괄적으로 이해하는 데 도움이 되며 미래 해양 과학 연구에 대한 더 많은 관점과 아이디어를 제공합니다.

동시에 생명의 기원에 대한 새로운 단서를 제공하기도 한다. 생명의 기원은 과학계의 오랜 관심사 중 하나이다. 생명에 필요한 산소는 주로 남조류 등 미생물이 광합성을 통해 생산한다는 것이 전통적인 견해이다. 하지만 이번 연구는 빛이 없는 심해에서도 산소가 생성될 수 있다는 사실을 밝혀 생명의 기원에 대해 생각하는 새로운 방향을 제시했다. 이는 빛이 가득한 지표수보다 더 넓은 범위의 환경 조건에서 생명이 시작되고 발달했을 수 있음을 시사합니다. 이는 생명의 기원에 대한 이론적 틀을 재검토하고 새로운 연구 방향을 모색하는 데 도움이 됩니다.

이 연구는 또한 심해 생태계 평가에도 영향을 미칩니다. 심해 생태계는 지구상에서 가장 신비롭고 취약한 생태계 중 하나입니다. 이번 발견은 우리가 아직 완전히 이해하지 못한 심해에 산소 생산 메커니즘이 있을 수 있음을 보여주며, 이는 심해 생태계를 평가하고 보호하는 데 큰 의미가 있습니다. 이는 심해 생태계의 건강과 안정성을 평가할 때 산소 순환에 대한 비생물적 과정의 영향을 충분히 고려해야 함을 상기시켜 줍니다. 동시에 이는 심해 생태계의 보호와 관리를 위한 새로운 아이디어와 방법도 제공합니다.

마지막으로 저자는 이 연구가 심해 채굴 활동에도 지침이 될 것이라고 믿습니다. 인류가 심해 자원을 지속적으로 이용함에 따라 심해 채굴 활동이 증가하고 있습니다. 그러나 심해 채굴 활동이 해양 환경에 미치는 영향은 완전히 이해되지 않았습니다. 이 발견은 심해의 다금속 단괴가 산소 생성과 같은 중요한 생태계 기능을 가질 수 있음을 시사합니다. 따라서 심해 채굴 활동을 진행하기 전에 심해 생태계에 미치는 영향을 충분히 고려하고 과학적 평가 및 감독이 이루어져야 합니다. 이는 심해 채굴 활동이 지속 가능하고 환경 친화적이라는 것을 보장하는 데 도움이 됩니다.