KIGAM 한국지질자원연구원

□ 미세먼지가 가고 녹조의 계절이 오고 있다. 여름에 다가갈수록 날씨가 점점 더워지면서 우리나라 하천과 호수의 녹조 발생 가능성도 높아지고 있다. 최근 녹조의 주원인으로 조류의 분해로부터 발생하는 질소가 지목되는 가운데, 지표수(하천, 호수)와 지하수에서의 질소의 존재와 순환에 대한 국제 공동연구 결과가 발표됐다.

   ※ 질소는 생태계에 중요한 영양물질이지만, 수질 오염원인 1위로 꼽힐 정도로 너무 많이 공급되면 해롭다. 특히 호수에 질소로 오염된 다량의 물이 유입되면 녹조현상이 유발될 수 있다. 또한 수질이 떨어지고, 물고기 등 수중생물 폐사 및 독소 생산 등 호수가 가진 심미적, 환경적 가치가 훼손될 수 있다. 호수로 유입되는 과다한 질소의 원인은 하천 등 지표를 통한 유입이지만, 눈에 보이지 않는 또 하나의 근원이 바로 영양염류로 오염된 지하수다.

□ 한국지질자원연구원(원장 김규한, KIGAM)과 미국지질조사소(USGS), 버지니아해양과학원(VIMS) 국제 공동연구팀이 지하수의 순환이 호수 녹조현상의 주원인인 유해한 질소를 줄이거나 호수 외부로 배출시킬 수 있다는 연구결과를 발표했다.

 ○ 해당 연구결과는 ‘Hydrologic Controls on Nitrogen Cycling Processes and Functional Gene Abundance in Sediments of a Groundwater Flow-Through Lake’라는 논문으로 Environmental Science & Technology 3월 11일자에 게재됐다.

   ※ 주 저자: 미국 USGS 데보라 스톨리커(Deborah Stoliker) 박사

   ※ 국내 연구자: 한국지질자원연구원 현성필 책임연구원, 고동찬 책임연구원, 문희선 선임연구원

□ 이번 연구결과는 지하수가 지표수(호수)로 유입되는 과정과 반대로 호수의 물이 지하 대수층으로 유입되는 과정에서 일어나는 여러 가지 현상을 관찰해 지하수와 지표수가 서로 연결되어 있고, 서로의 환경에 영향을 미친다는 물 순환 과정의 중요한 정보를 도출해냈다.

□ 연구팀은 지하수의 순환 과정에서 지하수를 통해 호수로 들어오는 해로운 형태의 질소가 환경에 무해한 질소로 변환되는 한편, 호수 내 유해한 질소들이 지하수에 의해 지하 대수층으로 배출되는 현상을 정량적인 결과로 밝혀냈다. 이는 지하수 순환이 호수 등 지표수의 수질오염을 줄이고, 건강한 생태계를 유지하는데 도움이 된다는 흥미로운 자연적 현상을 새롭게 발견한 것으로 의미가 크다.

 ○ 지하수가 퇴적층을 통해 지표수(호수)로 들어오는 과정에서 대부분의 질산염(질산성 질소)은 호수 내 얕은 퇴적물에 사는 미생물들에 의해 변환된다. 이러한 자연적인 정화 과정들은 질산성 질소처럼 해로운 형태의 질소를 무해한 질소 기체로 바꾼다. 공동연구팀 과학자들은 이러한 과정을 일으키는 미생물들의 유전자가 연구지역인 미국 메사추세츠주 케이프카드 호수 내 퇴적물 중 어디에나 존재함을 확인했다.

 ○ 반대로 같은 호수 내에서 호수 물이 퇴적물을 통해 지하 대수층으로 들어갈 때는 또 다른 미생물학적 과정인 질산화가 일어났다. 주로 조류의 분해로부터 발생해 호수 내 퇴적물에 갇혀 있는 질소는 질산화 작용을 거쳐 이동하는 지하수에 의해 호수 밖(지하)으로 이동될 수 있는 화학적 형태(질산성 질소)로 바뀌어 지하 대수층으로 배출된다.

 ○ 이처럼 연구대상인 케이프카드 호수의 퇴적층은 호수로 유입되는 물을 정화하는 수세미 같은 역할을 하지만 동시에 지하 대수층을 질소로 오염시키기는 역할을 하기도 했다.

□ 연구진은 결론적으로 호수로 들어가거나 나가는 지하수가 흐르는 방향과 지하수에 녹아있는 산소와 탄소 등 지하수의 화학적 특성이 미생물들에 의해 질소가 어떤 변환 과정을 거치게 될지를 결정한다고 밝혔다.

 ○ 지하수 내에 녹아있는 산소 농도가 낮을 때 호수 퇴적층의 미생물들은 호수로 들어오는 해로운 형태의 질소를 활발하게 제거할 수 있다. 지하수에 녹아있는 산소 농도가 높고 질소 농도가 낮은 경우에는 이러한 과정들이 일어나지 않았다.

□ 한국지질자원연구원 현성필 책임연구원은 “이번 연구결과와 같은 지하수의 순환 과정과 현상을 이해하는 연구는 수 생태계와 환경의 건강성을 유지하는 데 매우 중요하다”며, “국제공동연구를 통해 얻은 값진 성과가 추후 지하수 및 지표수 환경 보전 연구에 활용될 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.