공생하던 조류가 빠져나가면 산호는 빛을 잃는다

과학 이야기
과학과 놀자 (9) 지구온난화와 산호초

수온 이상 상승으로 공생조류 배출
산호 백화현상 나타나

지구온난화는 지금도 진행되고 있으며, 이것이 지구 환경에 미치는 영향을 여러분 모두가 느끼고 있을 것이다. 지구온난화가 미치는 영향은 주변 생물상의 변화에서부터 전 지구적인 기후 변화에 이르기까지 다양하다. 생태계를 연구하는 학자들은 생태계를 이루는 생물뿐만 아니라 질소, 물, 탄소와 같은 물질의 순환에도 관심을 가진다. 지구온난화에는 탄소의 순환이 깊게 관여하고 있다.

생물을 구성하는 거대분자(탄수화물, 지질, 단백질 등)는 모두 탄소를 포함하고 있으며, 생물의 대사 활동에 필요한 에너지 대부분이 탄소 화합물에 저장돼 있다. 식물은 광합성을 통해 대기 중 탄소를 고정해 유기물을 만들고, 생물은 대사 과정을 통해 이런 유기물을 이용한다. 대사 과정을 거친 유기물은 이산화탄소(CO2)로 분해돼 다시 대기로 돌아간다. 이렇듯 탄소는 생물과 환경 사이를 오가며 순환한다.

바닷속 탄산염을 석회석으로 바꿔 성장하는 산호초

석탄, 석유와 같은 화석연료는 아주 오래전 살았던 생물이 죽은 뒤 산소가 부족한 퇴적층에 묻혀 만들어진 것이다. 석탄이나 석유를 형성하는 생물의 사체는 분해되지 않은 채 수천만 년에서 수억 년 동안 묻혀 있었다. 즉, 화석연료는 오랫동안 지구의 탄소 순환에서 벗어나 있었다. 화석연료를 이용하면 순환하지 않고 잠들어 있던 탄소들이 다시 순환한다. 그런데 화석연료를 태우면 나오는 CO2는 대표적인 온실가스다. 온실가스는 지구로 유입된 태양에너지 중 우주로 방출돼야 할 에너지를 붙잡아 가둬 지구 기온을 상승시킨다. 적절한 온실가스는 지구에서 생물이 살아가는 데 필요하지만, 온실가스 농도가 너무 높아지면 기온을 과도하게 상승시키고 강·호수·바다의 물에 용해돼 물속 환경을 산성으로 만든다.

지구온난화에 의해 가장 큰 영향을 받는 생태계 중 하나가 산호초다. 자포동물의 한 그룹인 산호는 바닷물 속에 용해된 탄산염을 석회석(탄산칼슘)으로 바꿔 자신의 집을 만든다. 산호는 대개 군체를 이루며 사는데, 군체가 성장하면서 산호가 만든 집도 커진다. 오랫동안 이 석회석 구조물이 축적돼 커지면 거대한 산호초를 이룬다. 산호초는 열대 해양에서 약 30만㎢의 면적을 차지하고 있으며, 영양분이 부족한 열대 해양의 생산성을 높이고 해양생물이 서식하는 공간을 제공함으로써 다양한 생물이 이곳에 서식할 수 있게 한다.

산호초를 만드는 산호는 황록공생조류(zooxanthellae)라는 독특한 공생생물을 세포 속에 간직하고 있다. 산호는 황록공생조류에게 살 곳을 제공하고, 황록공생조류는 산호에게 광합성 산물을 제공한다. 공생조류로부터 얻은 충분한 에너지를 바탕으로 산호는 물속에 용해된 탄산염을 석회석으로 바꿀 수 있다. 이런 공생관계가 유지될 때만 산호초가 생성될 수 있으므로 산호초는 아무 곳에서나 만들어지지 않는다. 공생조류가 광합성을 하기 위해서는 수온이 높고, 물이 맑고, 수심이 얕아야 한다. 또한 공생조류와 빛을 두고 경쟁하는 해조류가 번성하지 않기 위해서는 바닷속에 영양분이 풍부하면 안 된다. 그래서 육지로부터 멀리 떨어진 열대 화산섬 주변에 산호초가 많이 형성된다.

에너지 공급하던 공생조류 떨어져 나가 산호초 ‘백화 현상’

지구온난화는 산호초에 어떤 영향을 미칠까? 언뜻 생각하면 CO2가 물에 많이 용해돼 석회석의 원료인 탄산염이 많이 만들어져서 산호초 생성에 도움이 될 것 같지만, CO2가 물에 용해되면 탄산염뿐만 아니라 수소이온도 생성된다. 수소이온이 많으면 중탄산염을 석회석으로 만들 때 더 많은 에너지가 필요하므로 산호초 생성이 더뎌진다. 그리고 지구온난화로 인해 수온이 지나치게 상승하면 산호가 황록공생조류를 배출해 이들 사이에서 공생관계가 더 유지되지 않는다. 공생조류를 갖지 않은 산호는 충분한 에너지를 공급받지 못하고 황록공생조류로 인해 나타났던 색이 바랜다. 이것을 산호 백화 현상이라고 한다. 백화 현상이 나타난 산호초는 더는 성장할 수 없게 돼 해류나 파도 또는 불가사리 등에 의해 점차 파괴돼 사라진다. 산호초가 사라지면 산호초에 서식하고 있던 수많은 생물도 없어진다.

정종우 이화여대 과학교육과 교수

산호초가 파괴돼 수많은 열대 해양생물이 사라지는 것은 지구온난화가 초래하는 재앙 중 극히 일부다. 지구온난화는 극지방과 고산지대 빙하를 사라지게 해 해수면 상승을 유발한다. 그뿐만 아니라 기후 변화와 더불어 수많은 동식물의 멸종을 초래할 것이다. 이런 모든 변화는 인류에 큰 위협이 되고 있다. 이미 진행되고 있는 변화를 거꾸로 되돌리기는 어렵다. 하지만 환경이 감내할 수 있도록 지구온난화의 진행을 늦추는 연구와 노력이 필요하다.

√ 기억해주세요

지구온난화로 인해 수온이 지나치게 상승하면 산호가 황록공생조류를 배출해 이들 사이에서 공생관계가 더 유지되지 않는다. 공생조류를 갖지 않은 산호는 충분한 에너지를 공급받지 못하고 황록공생조류로 인해 나타났던 색이 바랜다. 이것을 산호 백화 현상이라고 한다.