독도 섬효과

독도 섬효과란?

독도 주변 해역에서는 난류와 한류가 서로 혼합됨으로써 복잡한 수괴가[1] 만들어진다. 이런 수괴는 낮은 수심에 따른 섬 지형과의 마찰로 인해 수괴혼합도 빈번하게 발생시킨다. 게다가 동해안에서 곧잘 발생하는 강풍은 한편으로는 독도 섬 주변 해수의 수직혼합을 강하게 불러일으키지만, 다른 한편으로는 저층의 풍부한 영양염류를[2] 표층 상부로 공급시키는 중요한 역할도 한다. 이처럼 일시적으로 공급되는 영양염류는 독도 주변 빈영양[3] 수계 환경의식물플랑크톤 성장에 중요한 영향을 주고 있다. 특히, 겨울철과 봄철에는 용승현상이[4] 간헐적으로 발생하는데, 이런 현상을 일컬어 “섬효과(Island effect)”라고 한다.

한국해양과학기술원 연구팀은 독도 주변 해역의 정밀조사를 통해 해수의 수직혼합이 수심 200 m에서 80 m까지 뚜렷하게 나타난다는 것을 확인하였다. 사실 독도의 섬효과로 인한 수직혼합은 비교적 높은 농도의 저층 용존 영양염을 상층부로 공급시키는 역할을 해주고, 이때 공급된 영양염류는 유광층[5] 상부에서 광합성을 하는식물플랑크톤 증식에 기폭제로 작용한다.

뿐만 아니라 섬효과에 의한 식물플랑크톤 번성은 식물플랑크톤을 먹이로 하는 동물플랑크톤, 또 이를 먹이원으로 하는 동해 고유의 회유성 어류와 독도의 정착성 어류의 치어와[6]유어들의[7] 성육장[8] 기능에도 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

동해 영양염과 식물플랑크톤과의 관계

온대해역에서의 식물플랑크톤의 대발생은 주로 봄철과 가을철에 이루어지는 것으로 널리 알려져 있다. 시기적으로 봄철에는 겨울철에 수층혼합으로 공급된 영양염은 일사량 증가와 더불 어 규조류를 중심으로 한 식물플랑크톤을 증식시킨다(그림 1).

그런데 여름철에는, 성층의[9] 발달로 인한 유광층 상부의 영양염이 고갈될 즈음, 편모를 가진 와편모조류가 그들의 주야 연직 이동을 이용하는데, 낮에는 표층 주변에서 광합성을 하다가 밤에는 저층으로 이동하여 영양염류을 섭취해서 증식한다(그림 2). 그리고 표층 주변의 온도 하강에 따른 성층이 완화되는 가을철이 되면 저층으로부터 재차 영양염이 공급되어 규조류를 중심으로 한 식물플랑크톤의 증식이 일어난다.

유광층 내 영양염 분포는 식물플랑크톤 증식과 소멸을 조절하는 중요한 인자이다. 이것은 생화학적 반응을 통해 퇴적물에서 용출되거나, 저층과의 물리적 혼합에 의해 유광층 상부로 운반된다. 또한 영양염류의 일부는 해수 중으로 환원 과정을 거쳐 재용출되는 바람에 그 보존성이 약하지만, 그 순환 경로 및 거동은 매우 복잡하다. 그런즉 영양염류가 어떻게 변화하는지를 명확히 파악하는 것은 식물플랑크톤 증식 특성을 평가하는데 매우 중요하다.

계절적으로 동해 광역해역의 생산성 변동은 1~3월에는 식물플랑크톤의 생산성이 낮게 유지되고, 3~5월 사이는 춘계대증식(spring bloom)[10] 기간이다. 반면, 6~8월에는 유광층 상부에 영양염류가 고갈되는 바람에 비교적 낮은 식물플랑크톤 생체량이 유지되고, 9월부터는 동해 남서부 연안역에서의 식물플랑크톤의 생산성이 점차 증가하다가 11~12월이 되면 동해 중부 해역까지 일정하게 확장되는 특성을 보였다.

독도 주변 해역은, 동해의 전반적인 생산성 변동 경향과는 대체로 비슷하지만 섬효과로 인하여 연안에서 멀리 떨어진 지역인데도 외해에 비해 비교적 높은 영양염 농도를 나타냈다. 이런 섬효과의 영향과 더불어 동해 연안 해역에서 생겨난 식물플랑크톤이 어떤 경로로 독도 해역으로 유입되는가에 따라 식물플랑크톤 종조성 및 증식 특징은 달리 나타날 가능성이 크다.

독도 주변 섬효과 관찰

본 연구팀은 2017년 강풍에 의한 연안 용승 및 섬효과를 구체적으로 파악하기 위해서 봄철 강한 저기압 통과 전후를 중점 대상으로 설정해 위성자료, 해양환경 및 물리적인 수직 구조와 함께 식물플랑크톤의 군집구조를 파악하였다. 2017년 5월 3일, 강한 저기압이 독도 주변 해역을 통과함으로써 남풍계열의 바람이 우세하였다. 그 후 10일 정도 지난 5월 12일에는 동한난류가 이동한 경로 주변해역에서 식물플랑크톤 현존량이 높게 관찰되었다.

식물플랑크톤의 수평적 군집조성은 동한난류의 영향을 강하게 받았던 울진 연안 ~ 울릉도 사이에서는 규조류가 극히 높은 밀도로 우점하였고, 상대적으로 외해인 울릉도와 독도 섬 주변에서는 섬효과로 인한 침편조류인 Heterosigma akashiwo가 높은 개체수를 유지하였다. 식물플랑크톤 현존량을 가늠할 수 있는 총 엽록소의 수직적 분포는 울진 ~ 울릉도 사이에서 아표층[11] 엽록소가 최대 (Sub-surface Chl-a Maximum) 20 m 층에서 관찰된 바 있고, 울릉도와 독도 섬 주변에서는 30 ~ 40 m 층까지 균일하게 전 수층에서 높게 관찰되었다.

결국, 저기압 통과 후 섬효과로 따른 강한 수층혼합으로 인해 유광층 상부에 공급된 영양염류에 의한 식물플랑크톤이 대거 발생하였다는 것을 시사해준다(그림 3).