Mercury isotopes uncover climate-driven exposure pathways in Arctic food webs

북극은 지구상 그 어느 곳보다 빠르게 온난화되고 있으며, 이러한 변화는 해빙을 녹이고, 얼어붙은 토양을 해동시키며, 해류를 변화시키고 있습니다. 이러한 물리적 변화는 단순히 지형을 재편하는 것에 그치지 않고, 수 세기 동안 얼음과 토양 속에 갇혀 있던 고대의 오염 물질들을 다시 유출시키고 있습니다. 이러한 오염 물질 중 가장 우려되는 것 중 하나는 수은입니다. 수은은 독성이 있는 금속으로, 먹이 사슬에 유입되어 동물과 인간의 체내에 축적됩니다. 전 세계적인 노력 덕분에 공장과 광산에서 대기로 방출되는 수은의 양은 성공적으로 줄어들었지만, 북극 야생 동물 체내의 수은 수치는 예상만큼 떨어지지 않고 있습니다. 어떤 곳에서는 오히려 높아지기도 합니다. 이러한 불일치는 과학자들을 당혹스럽게 만들었습니다. 공기가 깨끗해지고 있는데, 왜 동물들은 더 병들어가는 것일까요? 그 답은 수은이 환경을 통해 어떻게 이동하는지, 어떻게 형태가 변하는지, 그리고 변화하는 기후가 이 독극물이 먹이 그물로 들어오는 새로운 문을 어떻게 열어주고 있는지를 이해하는 데 있습니다.

이 미스터리를 풀기 위해 연구진은 독특한 도구인 수은 원자가 남긴 '화학적 지문'에 주목했습니다. 수은은 '동위원소'라고 불리는 약간씩 다른 여러 가지 버전으로 존재하며, 이는 마치 뚜렷한 표식처럼 작-용합니다. 어떤 표식들은 수은이 햇빛에 노출될 때 변형되는 반면, 다른 표식들은 식물이나 박테리아에 의해 처리될 때 변합니다. 북극 전역에 서식하는 핵심 종인 고리무늬물범의 근육 조직에서 이러한 미세한 차이를 측정함으로써, 과학자들은 수은이 정확히 어디에서 왔으며 동물에게 도달하기까지 어떤 경로를 거쳤는지 추적할 수 있습니다. 북극 전역의 동위원소 지문을 비교한 최초의 연구인 이번 연구는 수은의 근원이 균일하지 않다는 사실을 밝혀냈습니다. 대신, 그 근원은 해당 물범이 육지 유출수가 지배적인 지역에 사는지, 아니면 해류가 지배적인 지역에 사는지에 따라 크게 달라집니다.

연구진은 2014년부터 2024년 사이에 알래스카와 캐나다에서 그린란드와 스발바드에 이르기까지 8개 지역에서 채집된 232마리의 고리무늬물범 근육 샘플을 분석했습니다. 그들은 데이터에서 극명한 차이를 발견했습니다. 캐나다 고위도 북극해와 북부 그린란드에 사는 물범들이 가장 높은 수은 수치를 나타냈습니다. 또한 이 동물들은 수은이 육지에 머물렀음을 나타내는 특정한 화학적 지표를 보였습니다. 수은은 대기에서 툰드라로 침착되었고, 식물에 흡수된 뒤 영구 동토층 속의 토양에 얼어붙어 있다가, 영구 동토층이 해동됨에 따라 강물을 통해 바다로 씻겨 내려온 것이었습니다. 이 수은은 육지에 의해 처리되었고 물속에서 햇빛에 많이 노출되지 않았기 때문에, 그 화학적 표식들이 뚜렷하게 유지되었습니다. 반면, 서스발바드와 그린란드 일부 지역의 물범들은 훨씬 낮은 수은 수치를 보였습니다. 이들의 화학적 지표는 다른 이야기를 들려주었습니다. 이 수은은 대서양에서 북쪽으로 흐르는 따뜻한 해류를 타고 먼 거리를 이동해 왔습니다. 이 해양 수은은 먹이 그물로 들어오기 전 더 많은 햇빛에 노 exposure(노출)되었고 다르게 처리되었습니다.

연구는 이러한 차이가 물범의 먹이 섭취 때문이라는 가설을 명시적으로 배제했습니다. 식단이 화학적 지표에 영향을 줄 수는 있지만, 관찰된 패턴은 해양 지리학과 너무나 일치하며 규모가 커서 단순히 먹이 선택만으로는 설명될 수 없었습니다. 또한 연구진은 고위도 북극의 물범들이 먹이 사슬의 상위에 있기 때문에 단순히 수은을 더 많이 섭취하는 것도 아니라는 점을 발견했습니다. 즉, 수은의 근원 자체가 달랐던 것입니다. 캐나다와 그린란드 물범들에게서 나타나는 높은 수은 수치는 토양에 저장되어 있던 '유산 수은(legacy mercury)'의 방출에 의해 주도되며, 이는 기후 변화로 인해 가속화되는 과정입니다. 지표면이 녹고 강물이 더 강하게 흐름에 따라, 저장되어 있던 이 독극물이 해안가로 흘러 들어가고, 여기서 미생물들에 의해 빠르게 흡수되어 물범에게 전달되는 것입니다.

앞으로를 내다보며, 연구진은 컴퓨터 모델을 사용하여 세기말까지 북극 해양이 어떻게 변할지 시뮬레이션했습니다. 이 시뮬레이션은 상황이 악화될 수 있음을 시사합니다. 기후가 계속 온난화됨에 따라, 영구 동토층의 해동은 육지로부터 더 많은 수은을 강으로 방출할 가능성이 높습니다. 동시에, 현재 일부 지역을 신선하게 유지하고 있는 거대한 해류의 약화와 같은 해양 순환의 변화는 이 수은이 어떻게 분배되는지를 바꿀 수 있습니다. 만약 해류가 변한다면, 현재는 안전한 지역들이 육지로부터 더 높은 수치의 수은을 받게 될 수도 있고, 다른 지역들은 또 다른 형태의 노출 패턴을 보이게 될 수도 있습니다. 이 연구는 인류가 오늘 당장 모든 새로운 수은 배출을 중단하더라도, 기후에 의한 오래된 저장된 수은의 방출은 계속해서 야생 동물과 그들을 식량으로 의존하는 원주민 공동체를 위협할 것이라고 제언합니다.

이 연구는 환경 보건에 대한 우리의 이해에 중요한 공백을 강조합니다. 이는 배출량을 줄이는 것이 전투의 절반에 불 불과하다는 것을 보여줍니다. 기후 자체가 이제는 이차적인 오염원으로 작용하여, 수 세대 동안 갇혀 있던 독성 물질의 저장고를 열고 있기 때문입니다. 북극의 건강을 지키는 파수꾼 역할을 오랫동안 해온 고리무늬물범은, 과거가 현재를 따라잡고 있는 변화하는 세상의 이야기를 들려주고 있습니다. 이러한 화학적 지문을 추적함으로써, 과학자들은 이제 다음번 오염의 물결이 어디를 덮칠지 예측할 수 있으며, 이는 취약한 북극 생태계와 그곳을 터전으로 삼는 사람들을 보호하기 위한 필수적인 도구를 제공합니다.