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2004년, Alaska Fisheries Science Center 생물학자들은 빛이 어획 가능성에 미치는 영향을 평가하기 위해 광 센서를 베링 해 선저 저인망 트롤에 부착하기 시작했다. 15년 후, 연구원들은 역동적인 베링 해 생태계에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 이 데이터를 새로운 관점에서 살펴보았다.

NOAA 수산부 과학자들은 파트너와 협력하여 이러한 데이터를 동부 베링 해에 대한 최초의 장기간 해수면 아래 해수 투명도로 변환하는 자동화된 프로세스를 개발했다.

“이제까지 베링 해의 해수면 아래 해수 투명도에 대한 장기적인 정보가 거의 없었습니다.”라고 이 연구를 주도한 NOAA Fisheries Alaska Fisheries Science Center의 생물학자인 Sean Rohan이 말했다. “연간 조사 결과를 활용하여 15년 동안 전례 없는 공간 범위와 해상도를 구현했습니다.”

그들의 접근 방식은 다른 지역의 연구 가능성을 확장하는 도구를 제공한다. 그들이 발견은 베링 해의 최근 및 미래 변화에 대한 우리의 이해를 향상시키는, 깊이와 시간에 따른 해수의 투명도 패턴과 경향을 보여준다.

‘해수의 투명도는 생태계 구조와 변화를 반영하고 영향을 미친다’

해수 투명도 측정은 빛이 얼마나 수주(水柱)에 얼마나 깊이 침투할 수 있는가에 대한 정보를 제공한다. 이는 플랑크톤에서 포식자에 이르기까지 해양 생태계의 구조에 깊은 영향을 미친다.

물기둥에 열과 빛이 미치는 영향을 통해, 투명도는 먹이 그물의 기반이 되는 플랑크톤의 생산과 같은 1차 생산에 영향을 미친다. 이러한 변화는 먹이 그물을 통해 전파되어 어류와 같은 더 높은 수준의 생산성에 영향을 미친다.

가시성에 미치는 영향을 통해, 해수의 투명도는 포식자-피식자 역학에 영향을 미친다. 시각은 눈으로 사냥하는 포식자의 성공과 포식자를 피하기 위해 눈에 의존하는 피식자의 생존에 중요하다. 해수의 투명도는 시각적 포식자와 다른 감각을 잉요하여 먹이를 감지하는 포식자 간의 경쟁 균형을 깨뜨릴 수 있다.

동부 베링 해에서 해수의 투명도는 다음의 요인에 따라 달라진다.

- 플랑크톤의 양과 깊이

- 하천으로부터의 유기물 및 퇴적물

- 해류와 바람에 의한 해저 퇴적물의 재부유

이러한 모든 요인은 기후 또는 기타 환경 변화에 따라 시간이 지나면서 변할 수 있다.

‘해수의 투명도를 모니터링하는 것은 중요하지만, 쉽지 않다’

해수의 투명도는 상업적으로 가치 있는 어종과 생태계에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 그러나 모니터링이 어려울 수 있다. 특히, 광활하고 먼 바다와 변덕스러운 날씨로 인해 데이터 수집이 어려운 알래스카에서 그렇다.

해수면 투명도는 위성 기반 원격 감지를 사용해 널리 기록된다. 이러한 측정은 수십 년 동안 근해의 해수면 투명도의 변화를 보여주었다. 이전의 연구는 이러한 변화가 생태계의 변화와 어떻게 관련되는지에 관한 통찰을 제공했다.

흐린 날씨가 자주 발생하면 베링 해에서 위성 범위를 확보하기 어려울 수 있다. 더 중요한 것은 인공위성에서 측정한 해수면 투명도는 일부에 그친다는 것이다. 바다에서 일어나는 많은 일들은 해수면 아래에서 발생한다.

해수면 아래의 빛의 선명도를 측정하는 것이 특히 어려웠다.

“이전까지 이 규모나 일관성을 가지고 수행된 연구는 없었습니다. 우리는 15년동안 같은 376개 측정소에서 매년 거의 같은 시간에 샘플을 얻었습니다.”라고 Rohan이 말했다.

Rohan은 가장 큰 문제는 데이터를 처리하는 완전히 자동화된 프로세스를 제시하는 것이었다고 말했다. 그들은 이것이 장기적으로 재현이 가능하고 일관되고 시간 효율적인가를 확인해야했다. 그것은 또한 이를 베링 해 이외의 지역에서도 활용가능한 중요한 도구로 만든다.

“우리는 선저 저인망 트롤 조사가 수행되는 다른 알래스카 지역의 해수면 아래 투명도 데이터에 접근할 수 있는 방법을 개발하고 있습니다.”라고 Rohan이 말했다.

‘베링 해의 투명도는 공간, 깊이, 시간에 따라 다르다’

“우리는 베링 해에서 해수의 투명도의 많은 변화를 발견했습니다. 이러한 변동성은 생태계 변화의 원인이자 결과일 수 있습니다.”라고 Rohan이 말했다.

이 연구는 또한 새로운 발견을 보여주었다.

“우리의 가장 흥미로운 발견은 해저 바닥 근처에 있는 탁한 물의 층인 네펠로이드 층(nepheloid layer, 현탁층)이었습니다. 그 정도와 규칙적 발생은 이전에 기록된 적이 없었습니다.”라고 Rohan이 말했다.

“이것이 무엇인지 확실하지 않습니다. 우리는 이것이 조수 작용에 의해 재부유된 퇴적물이라고 생각합니다. 이는 이 지역의 해양 역학이 우리가 생각하는 것과 다르다는 것을 의미합니다.”라고 Rohan이 말했다. “우리는 무엇이 이를 유발하는지, 이것이 생태학적 프로세스에 어떤 영향을 미치는지, 왜 이것이 북부에서 두드러지는지를 알아내기 위해 추가적인 연구를 진행하고자 합니다.”

이러한 모든 발견은 동부 베링 해가 변화를 겪고 있는 광학적 서식지의 복잡하고 매우 가변적인 모자이크이라는 점을 강조한다. 이 모자이크 전반에 걸쳐, 1차 생산성, 포식-피식자 상호작용 및 생태계 구조에 차이가 존재할 수 있다.

‘베링 해 어류 및 어업 관리에 대한 시사점’

<어획 가능성>

어획 가능성은 어류가 얼마나 효율적으로 어획되는가를 측정한다. 어획가능성을 이해하는 것은 자원의 풍부함을 정확하게 추정하고 지속가능한 어획 한도를 설정하는 데 필수적이다.

해수의 투명도는 가시성에 영향을 미치고, 이에 따라 어획가능성에도 영향을 미친다. 대부분의 어종은 저인망이 접근하는 것을 볼 수 없는 경우, 장비에 몰려 들어갈 가능성이 적다. 대구류(pollock)는 또한 더 어두울 때 해저 바닥에 있을 가능성이 적다.

“우리가 관찰한 광학적 변동성의 수준은 조사에서 드러난 명태의 어획가능성에 변동을 유발할 수 있습니다.”라고 Rohan이 말했다.

이 연구에서 개발된 방법은 자원 평가에 대한 풍부도 추정의 정확성을 향상시키는 중요한 도구를 제공한다. 광 센서 태그는 상대적으로 저렴하며 어업 활동에의 방해를 최소화한다. 이는 해수의 투명도와 어획가능성 사이의 관계를 더 탐구하기 위해 상엽용 어선에 설치될 수 있다.

<어종 분포 및 구성>

해수 투명도의 변화는 포식자와 피식자의 상호작용에 영향을 주어 다양한 어종의 성공에 영향을 미칠 수 있다. 시각적 포식자는 먹이를 볼 수 없으면 먹이를 잡을 수 없다. 해수 투명도의 공간적 차이는 여러 지역에서 종의 분포를 변화시킬 수 있다. 수년에 걸쳐 감소하는 해수의 투명도는 명태 등의 시각적 포식자보다 해파리 등의 비시각적 포식자의 번성으로 이어질 수 있다.

“다음 단계는 명태에 대한 시각적 포식 환경의 변화를 관찰하고 해수의 투명도가 어획가능성의 변화로 이어지는지를 조사하는 것입니다. 특히, 우리는 어류 분포의 북쪽 이동과 함께 해수 투명도의 변화가 어획 가능성에 어떠한 영향을 미치는지 조사하고 싶습니다. 우리의 데이터는 향후 높은 위도에서 더 많은 어획이 이루어질 경우 어획가능성이 어떻게 변화할 것인가에 대한 예측에 도움이 될 것입니다.”라고 Rohan이 말했다. “우리는 어류 분포의 변화가 조사에서 보이는 것과 지상의 업계가 느끼는 것에 어떻게 영향을 미칠지에 대해 선제적으로 생각하고 있습니다.”

<생산성>

북부 대륙붕의 해수 투명도의 변화는 주목할 만 한데, 이는 이곳의 1차 생산이 일반적으로 해수면의 높은 투명도 덕분에 여름 내내 계속되기 때문이다. 변화는 이 지역의 어류 생산성에 영향을 미칠 수 있다.

추가적인 연구를 통해 해수의 투명도 변화가 영양분 가용성, 생산성 시기, 또는 생산성과 소비 간의 균형 변화로 인해 발생하는지 확인할 수 있을 것이다.

<생태계 변화>

시간에 따라 해수면 아래의 투명도를 대규모로 관찰하는 기능은 알래스카 생태계가 어떻게 변화하고 있는지를 더 잘 이해할 수 있는 새로운 도구를 제공한다.

“이 고유한 데이터는 어획 가능성을 조사하려는 원래의 목적 외에도 해저의 생산성 및 산성화에 대한 지표일 가능성이 높습니다.”라고 Alaska Fisheries Science Center 담당자 Bob Foy가 말했다.

‘해양 생태계에 대한 보다 명확한 그림을 향해 나아가다’

“해양 생태계에서 해수면 아래의 해수 투명도를 모니터링하는 것은 여전히 엄청난 물류적 과제입니다.”라고 Rohan이 말했다. “미래에는 자율적인 수중 차량, 생물지구화학적 Argo 플롯트 및 위성 기반 고분광 해상도 LiDAR와 같은 새로운 기술의 적용 범위가 확장될 수 있습니다. 그때까지 우리는 기존 표본조사 플랫폼을 활용하여 해수면 아래 해수의 투명도를 모니터링하는 능력을 크게 확장하는 접근 방식을 개발했습니다.”