Post-glacial carbon stocks in two restricted Patagonian fjord basins (52°S) using acoustic profiles and sediment cores

남극 근처 파타고니아 남부의 차갑고 보호된 해역, 대양의 표면 깊은 곳에는 지구의 최근 역사를 간직한 거대하고 고요한 기록 보관소가 자리 잡고 있습니다. 피오르드라고 알려진 이 수중 계곡들은 퇴적물을 가두는 천연 트랩 역할을 합니다. 강물이 육지로부터 토양, 암석 파편, 유기물을 실어 오면, 이 깊은 분지에서 물의 흐름이 느려지면서 물질들이 가라앉아 수천 년에 걸쳐 쌓이게 됩니다. 이 과정은 단순한 지질학적 경이로움을 넘어 지구 탄소 순환의 핵심적인 부분입니다. 생명체의 기본 구성 요소인 탄소는 이 진흙과 모래 층 속에 갇히게 되며, 이는 결과적으로 탄소가 대기 중에 머물며 지구 온난화에 기여하는 것을 효과적으로 차단합니다. 과학자들은 피오르드가 탄소를 매립하는 데 효율적이라는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 정확히 얼마나 많은 양이 그곳에 저장되어 있는지는 측정하는 데 어려움을 겪어 왔습니다. 이전의 대부분의 연구는 해저 표면에서 단 하나의 샘플을 채취하거나 좁은 하나의 진흙 튜브만을 사용하여, 그 작은 조각이 전체 분지를 어떻게 대표할지 추측하는 방식에 의존했습니다. 이러한 접근 방식은 해저 지형의 복잡한 형태나 표면 훨씬 아래에 놓인 깊은 퇴적층을 고려하지 못해 종종 더 큰 그림을 놓치곤 합니다.

이 수수께끼를 풀기 위해 연구팀은 남부 파타고니아 피오르드 시스템의 두 특정 제한 구역인 바히아 카리베(Bahía Caribe)와 바히아 트람파(Bahía Trampa)에 주목했습니다. 이곳은 강한 바람과 폭우가 지배하는 지역에 위치하며, 가파른 지형으로 둘러싸인 작고 깊은 수중 포켓입니다. 연구진은 이 분지들의 퇴적물 전체 기둥, 즉 해저 최상단부터 빙하 후 퇴적물의 기저부까지 포함하는 전체 탄소 저장량을 알고 싶었습니다. 그들은 표면만을 보는 것이 오해를 불러일러 소량의 수치만을 제시할 것임을 알고 있었기에, 전체 이야기를 볼 수 있는 방법을 고안했습니다. 그들은 두 가지 서로 다른 방법을 결합했습니다. 첫째, 특수 소나 장치를 사용하여 해저 지형과 퇴적층 바닥을 매핑함으로써 숨겨진 계곡의 3차원 모델을 만들었습니다. 둘째, 각기 다른 깊이의 진흙 내 화학적 성분을 분석하기 위해 가장 깊은 곳에서 길고 연속적인 퇴적물 튜브를 회수했습니다. 이들은 분지의 형태와 코어(core)에서 얻은 화학 데이터를 결합하여, 지면에 숨겨진 탄소의 총 무게를 계산할 수 있었습니다. 일부 구역에서는 퇴적층이 코어보다 더 깊었기 때문에, 연구진은 샘플의 가장 깊은 부분에서 발견된 패턴을 바탕으로 샘살되지 않은 가장 깊은 구간의 탄소 함량을 추정하기 위해 통계적 모델링을 사용했습니다.

연구 결과, 표면 측정치가 시사했던 것보다 훨씬 더 큰 규모의 숨겨진 탄소 저장고가 드러났습니다. 더 큰 분지인 바히아 카리베의 경우, 연구팀은 퇴적물이 약 65,100톤의 유기 탄소와 38,000톤의 무기 탄소를 보유하고 있다고 계산했습니다. 더 작고 얕은 분지인 바히아 트람파의 총량은 유기 탄소 약 13,400톤과 무기 탄소 4,600톤이었습니다. 연구진이 이 전체 깊이의 총량을 단 10cm의 퇴적물 층에서 발견된 탄소량과 비교했을 때, 엄청난 차이를 발견했습니다. 퇴적물 전체 기둥에 저장된 총 탄소량은 표면층만을 보고 추정했을 때보다 약 100배나 더 많았습니다. 이 거대한 격차는 진흙의 윗부분이 전체 더미를 대표한다고 가정하는 것이 얼마나 위험한지를 보여줍니다. 즉, 깊은 층이 저장된 탄소의 대부분을 보유하고 있다는 것입니다.

예상치 못한 발견 중 하나는 이 분지들에서 발견된 상당한 양의 무기 탄소였습니다. 유기 탄소가 식물이나 동물과 같은 생명체로부터 온다면, 이 퇴적물 속의 무기 탄소는 아주 작은 해양 생물들의 껍데기나 기타 광물 파편으로부터 옵ar니다. 바히아 카리베에서 이 무기 탄소는 전체 탄소 축의 37%를 차지했으며, 바히아 트람파에서는 25%를 차지했습니다. 이는 무기 탄소가 저장되는 방식이 유기 탄소와 다르기 때문에 매우 중요한 구분입니다. 이러한 광물 껍데기의 형성은 주변 해수에 소량의 이산화탄소를 방출하므로, 이 탄소는 퇴적물에 묻혀 있기는 하지만 유기물과 같은 방식으로 대기 중의 이산가탄소를 순수하게 제거하는 역할을 하지는 않습니다. 연구진은 이 무기 탄소가 탄산염 광물을 포함하지 않는 육지의 암석이 아니라, 물속에 살았던 조개나 미세한 유공충과 같은 생물들의 껍데기에서 유래했을 것이라고 언급했습니다.

또한 이 연구는 분지의 형태와 수심이 무엇을 저장하는지에 영향을 미친다는 점을 밝혀냈습니다. 더 깊은 해로를 통해 개활지와 연결되는 더 크고 깊은 분지인 바히아 카리베는 더 작은 얕은 분지에 비해 무기 탄소의 비율이 더 높았습니다. 이는 더 깊은 분지의 해양 환경이 껍데기를 만드는 생물의 성장에 더 유리했음을 시사합니다. 반면, 더 얕은 분지는 담수와 빙하 유출수의 영향을 더 많이 받아 다른 종류의 혼합 퇴적물을 형성했습니다. 연구진은 불확실성을 고려하여 퇴적층의 형태를 1,000번 시뮬레이션하는 통계적 방법을 사용하여 최종 수치의 신뢰성을 확보했습니다. 그들은 일부 구역에서 퇴적물의 맨 밑바닥을 직접 볼 수는 없었지만, 샘플링한 층들을 통해 매우 깊은 곳에서도 탄소 밀도가 일정하게 유지된다는 것을 확인했습니다.

궁극적으로 이 연구는 파타고니아 피오르드에 얼마나 많은 탄소가 숨겨져 있는지에 대해 훨씬 더 명확한 그림을 제공합니다. 이는 표면 샘플에만 의존하는 것이 이 수중 계곡들의 실제 저장 능력을 크게 과소평가한다는 것을 보여줍니다. 이 두 분지의 총 탄소량은 탄소를 보유하는 능력으로 유명한 이 지역의 이탄지(peatlands)에 저장된 탄소량과 맞먹습니다. 그러나 연구는 퇴적물 속의 모든 탄소가 동일한 것은 아니라고 경고합니다. 무기 탄소 부분은 상당하지만, 유기 탄소와는 기후 체계에서 다른 역할을 수행하기 때문입니다. 이 분지들의 전체 깊이를 매핑함으로써, 연구진은 지구의 탄소 예산을 더욱 정확하게 산정하였으며, 피오르드의 깊고 고요한 층이 지구 탄소의 중요하고도 이전에 간과되었던 부분을 보유하고 있음을 보여주었습니다. 이러한 이해는 조수와 얼음의 변화에 따라 이 수중 기록 보관소가 계속 성장하고 변화함에 따라, 미래에 지구가 기후에 어떻게 반응할지를 정확하게 예측하는 데 필수적입니다.