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- 전 세계 13만5000개 집수지역, 해안 인구밀도, 정착구조, 폐수처리 시스템 데이터 평가
- 세계 인구의 60% 이상이 하수도 시스템이 없고 노천 구덩이, 변소 또는 정화조를 사용
- 인간의 폐수는 연간 620만 톤의 질소를 세계 연안 바다로 흘러 보낸다.
- 폐수를 통한 박테리아와 질소의 유입은 해안 생태계, 공중 보건 및 전 세계 경제에 문제

인간 폐수의 세계 지도
고해상도 매핑으로 바다로 유입되는 영양소 및 박테리아의 핫스팟을 보여준다.

새로운 세계 지도는 처음으로 인간 폐수로 인한 해안 바다의 오염을 보여주고 질소 및 세균 오염의 핫스팟을 식별한다. 이에 따르면 25개 집수 지역이 전 세계 폐수 질소의 거의 절반을 바다로 흘려보내며, 그 대부분은 인도, 중국, 한국에 있다. 연구원들이 보고한 바와 같이 지중해에도 일부 핫스팟이 있다. 매년 총 620만 톤의 질소가 폐수를 통해 바다로 유입된다. 

▲ 폐수 배출의 세계 지도는 바다로 씻겨진 질소의 양을 보여준다. 여기에서는 독일 해안이 있는 부분이다. © Tuholske et al./PLoS ONE

바다의 연안 지역은 해양 생물 다양성의 핫스팟이지만, 동시에 높은 수준의 오염에 노출돼 있다. 운송 및 어업은 중요한 동물 종을 방해하고 멸종시키고 강, 농업 또는 하수도 시스템에서 물이 해안으로 유입된다. 영양소, 플라스틱 폐기물, 박테리아 및 화학 물질이 바다로 흘러 들어가고 있다.
따라서 일부 해안 지역에서는 산소가 부족한 죽음의 지역이 확대되고 다른 지역에서는 퇴적물에 저항성 세균이 축적된다.

최초의 고해상도 매핑

캘리포니아 대학(University of California)의 Santa Barbara에 있는 카스케이드 투홀스케(Cascade Tuholske)와 그녀의 동료들은, 인간 폐수가 영양소와 잠재적 병원성 세균을 영해로 유입시키는 데 기여하는 정도를 조사했다. 또한 오염 핫스팟이 어디에 있는지 고해상도로 처음으로 결정했다.

그들은 연구를 위해 전 세계적으로 거의 13만5000개 집수 지역과 해안에 대한 인구 밀도, 영양식단, 정착 구조 및 폐수 처리 시스템의 상태에 대한 데이터를 평가했다.

"세계 인구의 60% 이상이 하수도 시스템이 없고 노천 구덩이, 변소 또는 정화조를 사용한다"고 연구원들은 설명했다. 해안 지역에서 이 폐수는 대부분 처리되지 않고 바다로 흘러간다.
반면에 하수 처리장은 오염과 세균의 일부로부터 폐수를 정화하지만 대부분의 투입물에는 과잉 시비에 결정적인 기여를 하는 영양소인 많은 양의 질소가 여전히 포함돼 있다.

▲ 인간의 폐수를 통해 바다로 배출되는 질소의 양에 대한 세계 지도. © Tuholske et al / PLoS ONE, CC-by-sa 4.0

거의 모든 해안과 대륙이 영향을 받고 있다.

그 결과 질소와 박테리아가 인간의 하수를 통해 바다로 유입되는 위치와 양을 처음으로 보여주는 세계 지도가 탄생했다. 전체적으로 인간의 폐수는 연간 620만 톤의 질소를 세계 연안 바다로 흘러 보낸다. Tuholske와 그녀의 동료들은 "이 중 63%는 하수 시스템에서, 5%는 정화조에서, 32%는 정화되지 않은 직접 배출에서 발생한다"고 보고했다.

지도는 또한 지구상의 거의 모든 해안 지역이 현재 인간의 오수로 특징지어진다는 것을 보여준다. 질소 유입량이 적은 지역은 극지방과 무인도에 거의 독점적으로 존재한다. 잠재적으로 병원성인 대변 박테리아는 모든 대륙의 해안에서도 발견될 수 있으며, 특히 인구 밀도가 높은 삼각주와 강어귀에서 흔히 볼 수 있다.

연구팀은 "폐수를 통한 박테리아와 질소의 유입은 해안 생태계, 공중 보건 및 전 세계 경제에 문제"라고 말했다. 그들은 인터랙티브 웹 버전의 세계 지도를 인터넷에 올렸다.

▲ 그림 3. 민감한 연안 서식지에 대한 질소의 예상 영향. 지도는 A) 산호초와 B) 해초층이 심하게 영향을 받았거나(노출의 상위 2.5%에 있는 래스터 셀, 빨간색 점), 영향을 받지 않았거나(폐수에 노출되지 않은 N, 진한 파란색 점), 영향을 받았지만 상단에 있지 않은 위치를 보여준다. 2.5%(노란색 점). 래스터 셀은 서식지를 시각적으로 과도하게 나타내는 점으로 표시. 빨간색이 맨 위에 겹쳐서 시각적으로 지배적이다. 파란색 점은 투명하고 영향을 받지 않는 영역의 밀도가 높을수록 더 밝은 파란색이 되도록 녹색/노란색 점에 중첩된다. (출처: 관련논문 Mapping global inputs and impacts from of human sewage in coastal ecosystems / 11월 10일 저널 PLOS 온라인 공개)

인도, 중국, 한국에 집중 돼

데이터의 고해상도는 또한 폐수 배출 핫스팟이 어디에 있는지 보여준다.
과학자들은 "25개의 집수 지역만이 폐수에서 바다로 유입되는 전 세계 질소의 약 46%를 담당한다"고 보고했다. "이 집수 지역은 인도, 중국, 한국에 집중되어 있지만, 일부는 다른 대륙에도 있다" 데이터에 따르면 바다의 전체 폐수 질소 중 11%를 차지하는 양쯔강은 단연 첫 번째 더러운 핫스팟이다.

▲ 배타적 경제 수역으로 배출되는 질소의 총량 기준 국가별 목록. © Tuholske et al / PLoS ONE, CC-by-sa 4.0

미국, 브라질, 멕시코 역시 배타적 경제수역에 대한 절대적인 영양소 투입 측면에서 앞서 있다. 집수 지역의 크기를 고려하면 지중해의 일부 해안 지역도 불균형적으로 많은 양의 질소를 바다로 내보낸다. 독일은 이 불명예스러운 국가 순위에서 10위에 올랐다. 거의 모든 폐수는 자국에서 처리하지만, 평균적으로 하수 처리장은 질소의 약 55%만 제거한다고 연구자들이 설명했다.

매핑은 또한 아프리카와 남미의 하수 배출량이 이전에 추정된 것보다 훨씬 높다는 것을 보여준다. Tuholske와 그녀의 동료들은 “이 지역의 바다에 도달하는 폐수의 양은 유럽과 아시아의 많은 국가의 폐수량을 훨씬 초과한다. 잠재적인 병원성 세균의 유입과 관련해 일부 핫스팟은 아프리카에 있지만, 대부분은 아시아에 있다.

▲ 그림 4. N 대 FIO의 유역 수준 입력 간의 관계. 상관 관계에서 예측된 질소/병원체 출력을 감안할 때 총 N이 예상 수준을 초과하거나(노란색에서 빨간색으로) 훨씬 낮거나(녹색에서 파란색으로) 훨씬 낮은 유역이다. 전체 범위(B) 및 확대된(C) 모든 유역의 글로벌 지도(A) 및 산점도. 수준이 기대치에 비례하는 유역은 지도에서 흰색으로 표시되며 질소나 병원체 유입이 없는 (매우 작은) 유역의 거의 50%를 포함한다. 산점도의 점은 유역의 크기에 맞게 조정됐다. (출처: 관련논문 Fig 4)

심각한 피해를 입은 산호초와 해초 초원

바다로 방류된 폐수의 범람은 특히 가치 있고 멸종 위기에 처한 많은 해안 생태계를 강타하고 있다고 지도가 밝혔다. "우리는 전 세계의 모든 산호초 중 58개와 해초 층의 88%가 하수에서 최소한 일부 인위적인 유입을 받는 것으로 추정한다"고 팀이 보고했다. 특히 오염된 산호초는 중국, 인도, 케냐, 아이티 및 예멘에 있다. 해초 초원은 중국, 인도, 가나, 쿠웨이트 및 나이지리아의 핫스팟이다.

"따라서 우리의 결과는 조치와 보호 노력에 대한 우선 순위가 높은 영역을 식별한다. 이것은 해양 보호 단체와 보건 당국이 협력해 전 세계 연안 바다에 대한 폐수의 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
(PLoS ONE, 2021, doi: 10.1371 / journal.pone.0258898)
출처: PLOS

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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