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- 수온만으로는 북극 물고기의 서로 다른 수은 오염도를 설명할 수 없다
- 오염 물질은 바람을 타고 이 지역의 호수까지 도달
- 수은으로, 그중 일부는 수중에서 메틸수은으로 전환되어 동물의 조직에 쌓이게 돼

추운 북극 호수의 물고기에 더 많은 수은이 함유되어 있다

캐나다 고북극 지역은 대규모 산업 중심지에서 멀리 떨어져 있다. 그럼에도 불구하고 오염 물질은 바람을 타고 이 지역의 호수까지 도달하며, 그곳에서 먹이사슬을 따라 축적될 수 있다. 특히 문제가 되는 것은 수은으로, 그중 일부는 수중에서 메틸수은으로 전환되어 동물의 조직에 쌓이게 된다. 

▲ 빙하가 녹는 동안 캐나다 북극의 한 호수. 기온 상승으로 인해 이전에는 얼음과 토양에 갇혀 있던 수은과 같은 오염 물질이 방출되어 먹이사슬로 유입될 수 있다. © High-Arctic/Günter Köck

작은 저서동물*들을 통해 독성 메틸수은은 물고기로 전달된 동물이다. 물고기가 얼마나 오염되는지는 물속의 오염 물질 양에만 좌우되는 것은 아니며, 물고기의 먹이, 성장, 그리고 각 호수의 환경 조건도 중요한 역할을 한다. 서로 인접한 호수들조차 이토록 오염도가 다른 이유는 그동안 제대로 규명되지 않았다.

*저서동물(Benthos, 底棲動物): 강, 호수, 바다 등의 수중 생태계에서 바닥(저질)에 살거나 바닥에 의존하여 살아가는 동물을 통칭하는 말다. 흔히 '저생동물'이라고도 부름

이에 윈저대학교(UWindsor)의 카리스타 엘리자베스 허들슨(Karista Elizabeth Hudelson) 연구팀은 콘월리스섬(Cornwallis Island) 인접 호수들의 북극샬(Arktische Saibling)이 근육 조직에 서로 다른 양의 수은을 함유하고 있는 원인을 조사했다. 연구팀은 레솔루트베이(Resolute Bay) 인근의 네 개 호수를 비교했는데, 이 호수들은 주로 깊이, 수온, 그리고 생산성 측면에서 차이가 있었다.

메레타 호(Meretta Lake)와 스몰 호(Small Lake)는 비교적 얕고 여름철 수온이 더 깊은 두 호수인 샬 호(Char Lake)와 레솔루트 호(Resolute Lake)보다 따뜻하다. 과학자들은 호수물과 간극수(porenwater), 퇴적물, 그리고 깔따구와 그 유충을 분석했다. 이 과정에서 메틸수은 농도를 측정했으며, 물고기의 경우 근육 조직 내 총수은 함량을 조사하고 물고기의 체장을 통계적으로 고려했다.

최대 4.5배에 달하는 수은

분석 결과, 더 찬물인 샬 호의 북극샬은 체장을 보정한 수은 함량이 건조중량 기준 그램당 평균 0.50마이크로그램이었다. 반면, 더 얕은 두 호수인 메레타 호와 스몰 호에서는 각각 그램당 0.11마이크로그램에 불과했다. 즉, 샬 호의 물고기 살은 약 4.5배 더 심하게 오염되어 있었다.

그러나 모든 깊은 호수가 그러한 수치를 보인 것은 아니었다. 마찬가지로 찬물인 레솔루트 호의 해당 함량은 건조중량 기준 그램당 0.15마이크로그램에 그쳤다. 따라서 수온만으로는 이러한 차이를 설명할 수 없다. 여름철 측정된 평균 수온은 얕은 두 호수가 3.2~3.4도인 반면, 더 깊은 호수들은 1.1~2.0도였다.

수질 조사에서는 특히 대조적인 결과가 두드러졌다. 의외로 수온이 더 높은 메레타 호가 수은 오염이 훨씬 심한 샬 호보다 더 많은 메틸수은을 함유하고 있었다. 즉, 물속의 물질 양만으로는 그 물질이 결국 물고기 체내에 얼마나 도달하는지 바로 알 수 없다. 결정적인 요인은 먹이사슬을 거쳐 가는 과정에서 일어나는 일인 것으로 보인다. 

▲ 북극곤들매기는 HIGH-ARCTIC 연구 프로젝트에서 북극 호수의 오염 수준을 나타내는 지표로 사용된다. 특히 북극곤들매기 체내에 축적되는 수은에 초점을 맞추고 있다. © High-Arctic/Günter Köck

먹이사슬과의 연관성

이를 위해 연구진은 깔따구를 면밀히 살펴보았다. 깔따구 유충은 호수 바닥에 살며 북극샬의 먹이 중 하나다. 유충의 수은 함량과 비교했을 때, 깊은 호수들의 물고기 살에 나타난 수치는 평균적으로 더 높았다. 이는 먹이사슬을 따른 축적이 더 강하게 일어남을 시사하며, 두 깊은 호수 간에도 뚜렷한 차이가 있었다.

반면, 과학자들은 무기수은을 메틸수은으로 전환하는 퇴적물의 능력과 이 현상 간의 직접적인 연관성은 발견하지 못했다. 오히려 호숫물의 유기 탄소와 호수 및 간극수의 총수은 함량에서 통계적 연관성이 나타났다. 이는 수층 내의 과정들이 오염 물질의 이동에 특히 중요할 수 있음을 보여준다.

한 가지 가능한 설명은 이른바 '생물학적 희석(biological dilution)'이다. 따뜻한 물이 조류 성장을 촉진하면 기존의 오염 물질이 더 많은 생체량에 분산될 수 있습니다. 또한 물고기의 빠른 성장 역시 조직 내 수은 농도를 낮출 수 있습니다. 특히 깊은 호수에서는 더 큰 북극샬이 더 작은 물고기를 더 자주 잡아먹음으로써 먹이사슬의 단계를 하나 더 거칠 수도 있습니다. 하지만 이러한 가설들이 호수 비교를 통해 명확히 입증된 것은 아닙니다.

온난화로 인한 안심은 금물

이번 연구 결과는 일부 북극 먹이사슬에서 메틸수은의 축적이 기온 상승과 함께 감소할 수도 있음을 시사하는 단서를 제공한다. 그러나 이것이 확정적인 예측은 아니다. 이번 연구는 기온이 상승하는 동안 동일한 호수들을 실험적으로 추적 관찰한 것이 아니라, 서로 환경이 다른 네 개의 호수를 비교한 것이다. 게다가 물, 퇴적물, 곤충 시료는 2013년과 2014년에 채집된 것이며, 물고기는 여러 해에 걸쳐 포획된 표본이 분석되었다.

여기에 기후 변화로 인한 상반된 부수 효과도 고려해야 한다. 기온이 높아지면 미생물에 의한 메틸수은 생성 촉진 및 이전에 결합되어 있던 오염 물질의 방출로 이어질 수 있다. 게다가 호수들은 수온뿐만 아니라 깊이, 먹이 공급 상황, 그리고 과거 이용 역사 등에서도 차이가 있다. 따라서 이번 결과로부터 더워진 북극에서 수은 오염이 전반적으로 감소할 것이라는 결론을 이끌어낼 수는 없다.

이번 연구는 HIGH-ARCTIC 프로젝트의 일환으로 1997년부터 진행되어 온 북극 호수 연구에 속한다. 연구는 수질 속 오염 물질 함량만으로는 물고기의 실제 오염도를 알 수 없는 이유를 명백히 보여준다. 북극 생태계의 위험을 더 정확히 평가하기 위해 과학자들은 동물의 성장과 먹이사슬을 통한 수은의 이동 경로를 함께 고려해야 한다.

출처:
Environmental Toxicology and Chemistry 학술지 원논문, doi: 10.1093/etojnl/vgag112

[더사이언스플러스 / 문광주 기자 helloscienceplus@gmail.com]

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