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물에 녹아있는 용존산소1)
james (211.♡.20.57)
12-01-02 00:00
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물에 녹아있는 용존산소1)
산소, 이산화탄소, 그리고 질소는 물 안에 용해된 기체들 중에 가장 풍부한 기체들이며, 그 양은 환경적, 생물적 요인에 의해 다양해질 수 있고, 기체의 용해성에 영향을 미치는 것 중에 하나는 온도입니다. 차가운 물은 따뜻한 물보다 더 많은 기체를 보유하고, 식물과 동물의 신진대사 역시 물 안의 기체의 양과 종류를 결정하는데, 아시다시피 식물들은 광합성 과정을 통해 산소를 만들어내고 이산화탄소를 소모하는 반면 동물들은 호흡을 하면서 산소를 소모하고 이산화탄소를 발생시킵니다.
용해된 고체의 대부분은 바다소금(바닷물의 용해된 무기고체)으로 되어 있지만 소금뿐 아닌 다른 유기체 또는 유기체들과 상호작용을 하는 기타의 것들 역시 크게 존재하고, 이러한 원소들은 생명 유지에 있어서 아주 중요한 역할을 담당하며, 여러 측면에서 소금과 다른 점을 가집니다. 차이점 중의 하나는, 염분비 일정의 법(principle of constant proportions/ 바닷물에 용해된 소금의 비율은 항상 일정하다는 법칙)이 이 물질들에게는 적용되지 않는다는 것이며, 이 다른 용해된 물질들은 생물학적 지리학적 활동으로 염분과는 다르게 시간에 따라 변화하고 그 비율도 다양합니다.
예를 들어 어떤 유기 물질은 높은 생물적 밀도로 한 환경에서 부족할 수 있고, 다른 지역에서는 오염 또는 미네랄 온천의 배출로 유기물이 넘쳐날 수도 있습니다. 모든 생명체는 지구의 생명 없는 부분에 의존하며, 각 유기체들(생물학적 형태)과 지구(지리학적 형태) 사이의 구성 요소들과 혼합체의 끊임없는 방출을 생물 지구화학적 순환(biogeochemical cycle)이라고 부릅니다.
영양분
호흡 또는 광합성에 기체가 이용되는 것 이외에 생명에 필요한 물질에는 영양분이 있고, 바닷물 화학에 관련된 기본적인 영양 원소에는 탄산, 질소, 인, 규소, 철과 그 밖의 미량 금속 원소들로 구성되며, 유기체가 죽으면 먹히지 않은 부분은 가라앉게 되어 투광층 이하에까지 내려가게 되고, 박테리아와 기타 미생물들은 이를 처리하게 됩니다. 부패된 후 무기적 영양분이 남게 되고, 용승(심해수가 상승하는 것)은 이 무기적 영양분을 다시 얕은 수심으로 이동시켜 주며, 이들이 투광층에 들어가게 되면 광합성은 이 영양분을 다시 먹이사슬 안으로 되돌려 놓습니다.
모든 원소와 혼합체가 같은 속도로 순화하는 것은 아니며, 어떤 순환은 빠르고 어떤 것은 바닥에 오랫동안 붙잡혀 있게 되며, 각기 다른 영양분의 생물지구화학적 순환은 각 유기체의 특성과 바다의 어디에 사느냐에 따라 달라지게 됩니다.
영양분 공급은 수심에 따라서도 다르며, 식물들은 얕은 수심에서 영양분을 섭취하고 동물들은 모든 수심에서 노폐물을 만들어 내듯이 결과적으로 이것은 수면의 영양분을 감소시키고 깊은 수심에 집중되게 합니다. 이는 산소의 수직적 공급과는 반대로 중요한 생물학적 순환을 반영하며, 식물체 일차생산을 하고 수중 동물들은 이 물체를 섭취하고, 그리고 마지막으로 노폐물의 배설을 통해 영양분을 만들어 내는 순환입니다.
탄소
탄소는 아주 다른 혼합체를 만들어낼 수 있는 복잡한 분자 구조를 제공할 수 있는 다른 것과는 비교할 수 없는 그 탁월한 능력 때문에 모든 생명체의 기본적인 구조물이 되며, 이 탄소의 특성은 아주 특별하고 중요하여 많은 생물학자들은 생명체가 탄소 없이 유지될 수 있는 것은 없다고, 쉽게 말해서 탄소가 없다는 말은 생명의 가능성도 없다고 논쟁할 정도입니다. 거의 모든 유기적 분자는 하나 혹은 하나 이상의 탄소 원자로 구성되며, 탄소는 수중 환경 안에서도 다양한 형태로 존재합니다.
탄산염 바위와 같은 천연 광물의 원천이 물 속에 침전물로 녹아 들어감으로 대양 안에 탄소는 존재하게 되었으며, 용해된 유기 탄소는 유기체의 배설물과 유기물질의 부패로 인해 형성되었고, 이는 전세계의 조류 패턴에 의해 각 지역으로 운반되어, 아주 깊은 심해에서 발견되는 대부분의 유기 탄소는 박테리아에 의해 무기물 형태로 분해되고, 이 작용은 수심이 깊어질수록 탄소와 다른 영양분이 집중적으로 증가하는 경향인 “생물펌프”를 만들어냅니다. 이것이 세계 탄소순환의 주된 역할을 수행하며, 이 “펌프”는 대기 중의 탄소를 심해로 운반하는데 이 심해에는 탄소가 집중되어 있고 수세기 동안 그곳에 남아있게 되어, 과학자들은 수면과 심해층의 용해된 무기 탄소 농도에는 약 75%의 차이가 있는 것으로 추정합니다.
탄소 혼합체는 대기, 물, 그리고 암석과 광물 안에 존재하며, 대기 중에는 호흡의 부산물인 이산화탄소로 존재하고, 이산화탄소는 또한 화산활동과 화재, 특히 산불로 대기 중에 방출됩니다. 인간은 화석연료를 연소시킴으로 이산화탄소를 대기 중에 방출시키며, 식물과 동물이 이산화탄소를 흡수하기 때문에 이산화탄소는 화석연료 안에서 발견되어, 그 유기체가 죽으면 이산화탄소는 그들과 함께 묻혀 화석연료로 변형된 채 머물러 있게 되며, 이 화석연료를 연소시킴으로 이 이산화탄소는 다시 대기 중으로 방출되는 과정입니다.
산업혁명 전의 대기 중 이산화탄소 농도는 280ppm(백만분율) 이었으며, 오늘날은 평균 365ppm으로 급속히 증가하고 있는데, 이산화탄소는 온난화 기체로 많은 과학자들이 지구 곳곳의 온도를 증가시키는 소위 지구 온난화 현상의 주된 기여자로 생각하고 있습니다. 이산화탄소는 종속영양생물(우리처럼 생명유지에 필요한 화학 에너지를 얻기 위해 동물 또는 식물체를 흡수 하는데 의존하는 생물체)에게 사용되기 위해서는 반드시 다른 탄소 혼합체의 형태로 변형되어야만 하며, 육상과 해양 환경에서 식물, 원핵세포, 조류 및 엽록소와 다른 독립 영양 생물(무기 혼합체와 외부 에너지 원천으로부터 화학 에너지 혼합체를 만들어내는 생물체)은 이산화탄소를 광합성을 통해 탄수화물로 바꾸어주고, 광합성은 무기탄소를 이산화탄소에서 탄수화물(사용가능 한 화학 에너지가 풍부한 유기혼합체)로 바꾸는데 빛을 이용합니다.
광합성은 이러한 더욱 복잡한 탄소 혼합체로 바뀜으로 생물권에 이산화탄소를 탄소로 다시 되돌리며, 이 과정을 통해 태양 에너지는 지구상의 거의 모든 생물체의 직접적 또는 간접적 힘을 미치게 되고, 광합성이 없이는 우리가 알고 있는 이 생명체들은 존재가 불가능하게 됩니다. 이 탄소의 생물권과 무생물권 움직임은 탄소순환으로 알려져 있습니다.
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참고문헌: The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI), Diving Knowledge Workbook(PADI), 코스디렉터 강정훈
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