(X) 습지 해양 소식

기름유출이 생태계에 미치는 영향

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엑손 발데즈호 기름 유출 사고 이전에는 석유 탄화수소의 생태학적 영향을 평가하기 위해 이용할 수 있는 정보는 과거에 있었던 기름 유출 이후에 이뤄진 일부 단기적 모니터링과 실험실에서의 독성 시험 정도뿐이었다. 엑손 발데즈호가 1989년 3월 24일, 미국 알래스카의 프린스 윌리엄 만(Prince William Sound) 북방에 있는 블라이암초(Bligh Reef)에 좌초된 후, 거대한 기름 유출과 해안선 오염의 범위, 높은 야생동물 사망률은 전례가 없었으며, 이후 14년 이상 동안의 생태학적인 영향에 관한 평가가 실시되었다. 이 사고로 유출된 42,000㎘의 원유는 1,990km에 달하는 해안선을 오염시켰으며, 기름은 켄나이(Kenai)반도와 코디악(Kodiak)군도, 알래스카 반도를 따라 남서쪽으로 750km이상까지 퍼졌다. 이 사고로 유출된 기름 오염에 대한 연구가 몇 년 동안 지속되면서 기름 오염이 초래하는 장기적인 생태계 영향과 해안 생태계의 회복 과정에 대해 새로운 사실을 알게 되었다.  




  ▲ 엑손 발데즈호 사고로 검은 기름에 오염된 프린스 윌리엄 만 인공위성 사진  ⓒ NASA

생태독성학에 대해 더 많이 이해할 수 있게 되면서 생태계 회복 속도 지연과 장기적 영향이 나타나는 원인도 밝혀지게 되었다. 생태독성학은 무생물적인 것과 생물적인 요소 간의 상호작용을 포함한다. 특히 엑손사와 정부의 지원을 받는 학자들은 이에 대해 이견을 가지고 있기는 하지만, 일반적적인 결론은 다음과 같다. 10년 넘게 유해물질로 잔존하는 많은 양의 기름은 만성적인 생물 노출을 유발하기에 충분하고, 생물 개체군에 장기적인 영향을 끼친다. 장기적 영향의 출현을 유도하는 세 가지 주요 경로는 1)기름의 장기적인 존재와 생물학적 노출, 얕은 퇴적물에 의존해 사는 종에 대한 개체군 영향, 2)치사량 이하의 노출이 생물체의 건강과 성장, 번식에 장기적으로 미치는 악영향, 3)영양 흡수와 상호관계를 통한 연쇄반응의 간접적인 영향이다. 이들 모두 급성 사망률 이상으로 영향을 끼치는 것이다. 

급성 사망 (Acute-Phase Mortality)



프린스 윌리엄 만(PWS)의 엑손 발데즈호의 기름 유출 이후, 급성 사망률은 다른 기름 유출의 양상과 비슷했다. 해양포유류와 바다새는 바다 표면과 정기적으로 접촉하기 때문에 이러한 종들은 바닷물 표면에 있는 기름에 가장 취약하다. 이 동물들의 털과 깃털에 기름이 묻게 되면 보온 능력을 잃게 되어, 저체온증과 질식, 익사, 탄화수소의 섭취로 인한 사망을 초래한다. 그래서 1,000~2,800마리의 해달과 250,000마리로 추정되는 바다새가 죽었으며, 302마리의 잔점박이물범이 유독 가스의 흡입으로 인한 뇌 손상과 스트레스, 방향감각 상실 때문에 죽었다. 오염된 해안의 대형 해조류(海藻類)와 저서 무척추동물도 유해 화학물질과 질식, 고압 세척으로 인한 서식지의 물리적인 환경 변화 때문에 죽게 되었다.  



 ▲ 엑손 발데즈호 기름 오염으로 죽은 바다새들  ⓒ Exxon Valdez Oil Spill Trustee Council

기름의 잔류: 생태계 흡수 (Persistence of Oil: Ecosystem Sequestration)


석유 탄화수소의 이동과 변형 양상은 사고 초기에만 예상대로 나타났다. 1989년에 유출된 원유의 약 40~45%가 프린스 윌리엄 만 인근 787km에 달하는 해변에, 7~11%가 알래스카만 해안선의 1203km를 오염시키면서 이동했다. 3년 반 후에는 프린스 윌리엄 만 일대의 해안에 약 2%의 기름이 남아있었다. 이것을 지수감쇠율로 표현하면 – 0.87 year–1인데, 1년에 58%가 감소했다는 의미이다. 하지만, 1992년 10월 이후에는 남아있는 기름이 교반과 산소 공급, 광분해가 물리적으로 억제된 환경에서 남아있었기 때문에, 시간의 흐름에 따른 확산과 분해 속도가 감소했다. 2001년에 프린스 윌리엄 만 일대의 해안선에서 있었던 조사에서 55,600kg의 기름이 풍화되지 않은 채 남아있는 것으로 밝혀졌는데, 이것은 1992년부터 2001년 사이의 지수감쇠율이 겨우 – 0.22에서 – 0.30 year–1이고, 1년 동안 20~26%씩 감소했음을 의미한다.


퇴적물이 쌓여 기름의 분해를 억제했으며, 분해하기 어려운 기름은 조간대의 성긴 자갈 해안에 모였는데, 그런 곳에서는 바위와 자갈 때문에 파도에 의한 교반이 저해되었다. 이런 기름 가운데 일부는 홍합류가 서식하는 층 아래에 존재하여 여러 가지 먹이사슬로 들어갈 수 있었다. 강변 자갈에 있는 기름에 곱사연어의 새끼들이 노출되고, 죽기까지 했다. 그러므로 기름을 머금은 퇴적물들이 형성되어 지표면 아래의 기름들을 보호하며 풍화를 방해했다.






▲ 사고가 발생한 지 18년이 지난 2007년에도 발견되는 해안의 기름  ⓒ Prince William Sound Regional Citizens’ Advisory Council

생물 개체군에 대한 장기적인 영향 (Long-Term Population Impacts)


퇴적물과 관련된 종들의 장기적인 노출


기름 유출 이후, 장기적인 노출은 산란이나 먹이 채식을 퇴적물에 의존하는 어류와 해달, 바다오리류에게서 명백하게 나타났고, 수년 동안 사망률을 증가시켰다. 1989년에는 기름이 어류에게 미칠 악영향은 주로 실험실 안에서 실시한 4일 이하의 단기 실험을 통해 예측했었다. 당시에는 1-2개의 고리를 가진 수용성 방향족탄화수소에 노출될 경우가 주 실험 대상이었다. 엑손 발데즈호 기름 유출 이후, 어류의 배아와 유생은 기존의 실험실 분석에서 주로 놓치게 되는 3-5개의 고리를 가진 다환방향족탄화수소에 만성적으로 노출되었다. 실험실 실험 결과 여러 개의 고리를 가진 다환방향족탄화수소에 1ppb의 적은 농도라도 몇 달씩 노출되는 곱사연어 알과 16일 동안 노출된 청어 알의 발달에 유해하다는 것을 보여준다. 기름 유출 사고가 난 지 최소한 4년 동안은 부화중인 곱사연어 알에서 사망률이 높아지는 것은 바로 이 때문이다.


해달 가죽의 거래가 금지된 이후 해달 개체수는 한 해에 10%씩 증가할 것으로 예상되었지만, 1989년 엑손 발데즈호 사고 이후 해달 개체수 증가는 약 4%에 머물렀다. 기름 유출이 심한 나이트 섬(Knight Island) 북부지역에서 해달은 유출 이전 개체수의 절반에 머물렀으며, 2000년까지는 개체수가 회복되지 않았다. 반면에 기름 피해가 없는 몬태규 섬(Montague Island)에서는 1995년부터 1998년 사이에 해달 개체수가 두 배로 증가했다. 1976-1985과 1989-1998년의 봄철 사체 수거 조사를 통해 죽은 당시의 나이를 추정하고 개체군을 모델링할 수 있었는데, 프린스 윌리엄 만에서 기름 유출 사고가 발생한 이후에 해달의 생존율이 감소했다. 특히, 사고 이후 태어난 해달에서 높은 사망률이 나타났는데, 이것은 유해 물질에 대한 장기 노출 때문인 것으로 보인다. 1996-1998년에 기름에 지속적으로 노출되었다는 사실은 몬태규 섬 북부지역보다 나이트 섬에서 서식하던 해달의 체내에 해독효소 CYP1A가 높은 수치로 나타난 것을 통해 확인할 수 있었다. 이 기간 동안 두 섬 사이의 해달 먹이(대합조개류, 홍합조개류, 게) 양은 별로 다르지 않았기 때문에 먹이 획득가능성이 개체수 회복에 영향을 미쳤을 가능성은 없다. 바다속 부유물질을 먹는 대합조개류와 홍합조개류는 석유 탄화수소를 체내에 농축시키는 반면, 이를 분해하는 속도는 느리기 때문에 이들의 조직 내에 오염물질이 장기적으로 오염되어 있는데, 이것은 먹이사슬을 통해 다른 된다. 기름에 오염된 홍합조개류가 원상으로 회복되는지에 대해서는 최대 30년까지 모니터링해야 할 것이다. 이 때문에 이들을 먹고 사는 해달은 퇴적물에 있는 석유 탄화수소에 직접 접촉을 통해 노출되는 것뿐만 아니라, 먹이를 통해서도 석유 탄화수소에 장기적으로 노출된다. 퇴적물은 바다를 계속 오염시켰고 수렵생활을 하는 해달은 만성적인 노출에 고통을 겪었다. 반면에, 물고기를 주로 먹는 수달은 기름으로 오염된 해안 일대에서 서식해도 장기적 기름 노출에 대한 증거를 거의 발견할 수 없는데, 이것은 퇴적물에서 먹이를 찾는 것이 더 큰 위해요인이 된다는 증거이다. 


▲ 프린스 윌리엄 만에서 서식하는 해달  ⓒ Prince William Sound Regional Citizens’ Advisory Council  


바다 새들 중에, 흰줄박이오리는 가장 의외의 만성적 영향을 보였다. 흰줄박이오리 암컷 성체들에 대한 전파발신기 추적 연구 결과, 1995-1996년부터 1997-1998년의 월동기간 중에 기름 오염이 심한 나이트 섬과 그린 섬(Green Island)에서 사망률이 22%로 오염되지 않은 몬태규 섬의 16%보다 높았다. 조간대 저서 무척추동물을 주로 먹고 사는 흰줄박이오리에게 해독효소 CYP1A가 유도되는 현상이 1998년에 나타났는데, CYP1A 효소를 유도할 수 있는 폴리염화비페닐(PCB) 등의 다른 화학물질이 없는 상태에서 사고가 발생한 지 9년이 지나도 해독효소가 유도된 것이다. 1998년 조사에서 늦겨울에 몸무게를 측정해보았더니 CYP1A 효소와 몸무게가 반비례하는 것으로 드러났으며, 1995-1997년의 프린스 윌리엄 만의 기름 오염지역에서 확인된 흰줄박이오리 밀도는 오염되지 않은 지역에 비해 약 5% 적었다.


얕은 퇴적물에서 먹이를 찾는 다른 해양 조류들도 기름 유출 후, 잔류 기름에 대한 장기적인 노출의 증거를 보여줬다. 알래스카 해안에서 겨울을 나며 조간대에 서식하는 홍합류를 주로 먹는 북방흰뺨오리는 기름에 오염된 지역에서 많이 감소했으며, 1991년까지는 개체수 회복에 대한 증거가 발견되지 않았다. 특히, 기름에 오염된 나이트 섬의 해안선을 따라 1996-1997 겨울 동안, 북방흰뺨오리의 CYP1A 효소 유도를 살펴봤을 때 만성적으로 노출되어 있었다.


저서 무척추동물을 먹이로 하는 것과 잔류 기름에 대한 만성적인 노출과의 관계는 흰줄날개바다오리 연령 집단의 차이점에 의해 설명된다. 이 바다 새는 해변 가까운 곳에서 먹이를 찾는 새이며, 기름 유출 사고가 일어났을 때 급성 사망률이 높았다. 기름 유출 이후 10년 후인 1999년, 오직 생선만 먹는 흰줄날개바다오리 새끼는 유해 화학물질에 대한 노출이 없다는 것을 보여줬다. 반면, 해저 무척추동물도 먹는 흰줄날개바다오리 성체는 간에서 CYP1A 효소 수치가 높았다.  





▲ 엑손 발데즈호 사고 이후 새들에 대한 장기 모니터링  ⓒ Exxon Valdez Oil Spill Trustee Council


생물의 건강과 성장, 번식에 악영향을 끼치는 치사량 이하의 노출



1989년 기름 유출 사고로 인해 치사량 이하의 기름에 노출된 곱사연어의 알과 새끼들의 성장률이 감소한다는 것이 확인되었다. 실험실에서 총 다환방향족탄화수소 농도가 20ppb이하 상태에서 곱사연어의 배아를 장기 노출시켰더니 성장 저해 현상이 발생했으며, 이들을 표시하여 방류한 결과 곱사연어 치어의 생존률은 대조군의 절반밖에 되지 않았으며, 바다에서 평균 1.5년만 생존할 수 있었다.


검정물떼새의 연구결과, 치사량 이하의 노출량에 대한 영향으로 인해 도요물떼새들의 개체수가 영향을 받는다는 주장이 지지를 얻고 있다. 1989년, 기름에 많이 오염된 해안에서 먹이를 구한 검정물떼세들이 다른 곳에서 먹이를 구한 새들보다 더 적은 수의 알을 낳았으며, 낳은 알의 크기도 더 작았다는 연구 결과가 있었다. 1989년과 1990년에 조사한 새끼의 사망률도 기름 오염 정도와 비례하였다. 1991년과 1992년에 수행된 연구에서는 이 새들이 오염된 홍합을 먹었으며, 기름에 오염된 해안에서 먹이를 잡은 어미 새가 잘 자라지 못하는 새끼를 위해 가져다주는 먹이의 양이 더 많다는 것이 밝혀졌다. 이것으로 인해 기름 오염이 있은 지 3년이 지나도 번식기능에 장애를 초래했으며, 에너지 소비와 발달 측면에서 피해를 입었다. 새끼의 몸 크기가 작거나 털갈이 시기가 늦어지면 새끼가 생존하는데에는 악영향이 초래될 수 있다.


간접 영향의 연쇄반응


간접적인 영향은 군집을 구성하는데 있어서 직접적인 영향에 관한 상호작용만큼이나 중요하다. 일반적으로 가장 영향을 주는 간접적 상호작용은 1)육식동물이 먹이가 되는 동물의 숫자를 감소시키면 그 동물의 먹이인 생물종의 번식이 제한을 덜 받게 되는 경우와 2)생명체의 작용에 의해 특정한 환경의 물리적 구조를 바꾸어 새로운 서식지를 만드는 것이 있을 수 있다. 해양 생태계에 미치는 생물학적 악영향을 평가하는 현재의 위해성 평가 모델은 이러한 간접 영향을 고려하지 않는 것으로 각 종의 개체군이 서로 독립적인 것처럼 취급하고 있다.


간접적인 상호작용은 바위 해안의 복원 과정을 10년 이상 걸리게 했다. 생물 기원의 서식지를 만드는데 필수적인 모자반속(屬)의 해초 Fucus gardneri가 기름 유출 초기에 바위 표면에서 급격히 감소하게 되면서 간접 영향의 연쇄반응이 일어났다. 이 해초를 먹고사는 삿갓조개류와 수주고둥류가 사라지게 되었고, 이를 먹이로 하는 쇠고둥류 등의 포식성 복족류도 사라졌다. 이로 인해 1989년과 1990년에 녹조류가 순간적으로 번성하는 현상이 나타났으며, 1991년에는 따개비류인 Chthamalus dalli가 번성했다. 바위를 덮어주던 해초류가 사라지자 무척추동물 숫자도 감소했으며, 성체의 그늘에서 건조화되는 것을 막을 수 있었던 Fucus 어린 개체도 자라기 어려웠다. Fucus가 회복된 것처럼 보인 1994년에 기름에 오염되었던 해안에서 이들의 대량 폐사가 발생했는데, 이처럼 생태계가 안정화되지 못한 것은 한꺼번에 자라기 시작했던 Fucus가 일시에 노화현상을 보였기 때문이다. 대부분의 조간대 해안에 사는 동식물들은 세대 주기가 짧기 때문에 회복이 빠를 것이라는 기대는 매우 어리석은 것이고, 서로 다른 종 사이의 상호작용으로 생태계 회복이 10년 이상 지체될 수 있다.  





▲ 해변 바위에 붙어 살고 있는 따개비류와 홍합류  ⓒ Prince William Sound Regional Citizens’ Advisory Council


간접적인 상호작용은 영양 단계의 연쇄반응이나 조간대의 저서생물에게만 국한되는 것이 아니다. 넓은 의미의 상호작용의 연쇄반응은 사회적인 동물 개체군 안에서 어떤 중요한 개체가 손실되는 것도 포함되는데, 이럴 경우 살아남은 다른 개체들도 사망률 증가나 번식 장애 등의 악영향을 받는다. 프린스 윌리엄만 일대에서 서식하며 기름이 유출된 바다에서 헤엄치는 것도 목격되었던 범고래 AB 소개체군(주로 물고기를 먹음)은 1988년 9월과 1989년 봄 사이에 20%의 높은 사망률을 기록했으며, 1990년에 다시 20%의 사망률을 기록했는데, 모계 중심 사회생활을 하다가 무리 가운데 주요 암컷 성체들을 잃게 되자 번식능력이 저하되었다. 다른 그룹인 AT1 소개체군(주로 포유동물을 먹음)은 기름 유출로 구성원의 40%를 잃게 되자 무리가 거의 해체되는 상황에까지 이르렀다.


영양 단계의 연쇄반응에 관하여 좋은 사례가 있는데, 그것은 알래스카만의 대형 해초류 생태계와 관련이 있는 것이다. 범고래에 의해 잡아먹히지 않는다면 해달은 성게 개체수를 조절하여 성게가 대형 해초류를 과도하게 먹어치우지 못하게 하므로 물고기와 무척추동물의 서식지를 보전하는 역할을 한다. 프린스 윌리엄 만에서 기름 유출로 해달의 50% 가량이 사라지게 되었으므로 이러한 연쇄반응이 작용하여 전반적인 생태계 복원에 악영향을 끼칠 가능성이 있다. 하지만, 현재까지의 자료에 의하면 해달 숫자가 줄어든 것은 해달이 먹는 먹이의 양이 감소했으며, 성게의 크기가 커진 것까지 확인되었다. 만약 기름 유출에 의해 해달이 특정 지역에서 완전히 사라지게 된다면 해달-성게-대형 해초류에 이르는 연쇄반응이 일어날 가능성이 충분하므로 위해성 평가 모델은 이러한 것까지 포함시켜야 한다.


석유의 생태독성에 대해 변화하고 있는 패러다임의 의미 (Implications of Changing paradigms of Oil Ecotoxicity)


실험실에서 수행되는 급성 독성실험이 생태계독성에 관한 위해성 평가를 하기에는 충분하지 않다. 해양 환경에 대한 석유와 다른 독성물질의 영향을 완전히 파악하기 위해서는 이들의 장기 노출에 대한 연구가 있어야 한다. 독성에 대한 평가를 위해 생리학적, 생화학적, 조직병리학적 평가가 포함되어야 한다는 의견이 점점 지지를 받고 있으며, 이러한 활동은 분자생물학적 도구의 급속한 발전에 의해 점점 촉진되고 있다. 이 논문은 14년 동안의 엑손 발데즈호 기름 유출에 대한 여러 연구를 종합하여 수중 환경에서 장기적이며 만성적, 간접적인 석유 오염의 영향을 문서화하였다. 엑손 발데즈호와 2001년 갈라파고스 섬에서의 산크리스토블라호(San Cristobla) 기름 유출을 통해, 환경 관련 사전 의사결정과 천연자원 손실에 관한 사후 평가에 있어서, 위해성 평가 모델에 의해 수행되는 역할의 재고가 필요하다. 생태계 영향에 대한 예견 능력이 생태계에 기초한 틀을 통하여 스트레스 요인의 장기적, 간접적, 만성적인 영향을 좀 더 확실히 모형화할 수 있도록 하는 많은 노력이 존재한다.


 


<표1. 석유 생태독성학 패러다임의 변화>






























이전까지 알려진 내용


새로 밝혀진 사실


물리적인 해안 서식지


미세한 침전물이 퇴적되어있는 해안선을 오염시킨 기름들은 급속도로 퍼지며 미생물에 의한 분해와 광분해로 없어져 간다.


기름은 환경에 따라 다양한 속도로 사라진다. 수면 아래에 가라앉은 침전물에 섞여있는 기름은 산화 및 광분해가 어렵기 때문에 오랜 기간 잔류한다.


어류에 미치는 기름의 독성


ppm 농도의 수용성 오염물질(1-2 개의 벤젠 고리를 가진 방향족 화합물)에 의한 급성 중독 때문에 죽게 되는데, 이것은 초기 단계 (4일 이내)에만 발생한다. 


물고기 배아들이 ppb 단위의 기름 잔유물(3-5 개의 벤젠 고리를 가진 PAHs)에 장기적인 노출될 경우, 성장 저해와 기형, 행동 장애 등의 악영향을 미치고, 치사율과 생식 기능에도 장기적인 영향을 준다.


바다새와 해양 포유류에 미치는 기름의 독성


기름의 영향은 오직 가죽이나 날개에 단기간의 급성노출에 따라 나타나며, 체온 저하, 질식, 익사, 또는 부리로 깃텃을 고르는 동안의 독성물 섭취로 죽게 된다. 

 


기름 영향은 장기적인 자연환경 스트레스 요인으로 작용한다. 오염된 먹이 섭취를 통한 만성적인 독성물질 노출과 기름에 오염된 주변 해역에서의 먹이 섭취 등을 통해 노출되며, 사회생활을 하는 종의 경우 행동 장애(동료 보살피기와 생식)를 유발할 수 있다.


해안 생물체에 미치는 기름의 영향


바닷가 또는 얕은 해저에서 서식하는 식물과 무척추동물에게 단기간의 독성물질 중독에 의한 사망이 있을 수 있다.


방제 활동이 기름 자체보다 더 위험할 수도 있다. 방제가 계속되는 동안 그 영향은 계속 나타난다(화학적 물리적 방법 모두 포함). 조간대와 해조류 군락에서는 다양한 생물학적 상호작용이 있지만, 적절하지 못한 방제활동이 지속될 경우 기름 오염으로 인한 피해를 더 확대시키며, 생태계의 복원도 지연시킨다.



 



※ 엑손 발데즈호(Exxon Valdez) 기름 유출이 생태계에 장기적으로 미치는 영향
(Long-Term Ecosystem Response to the Exxon Valdez Oil Spill)


■ 출처 : 사이언스(SCIENCE) VOL. 302, 2003년 12월 19일


■ 저자 : Charles H. Peterson1*, Stanley D. Rice2, Jeffrey W. Short2, Daniel Esler3, James L. Bodkin4, Brenda E. Ballachey4, David B. Irons5


1University of North Carolina at Chapel Hill, Institute of Marine Sciences, Morehead City, NC 28557, USA.
2National Marine Fisheries Service, National Oceanographic and Atmospheric Administration, Alaska Fisheries Science Center, Auke Bay Laboratory, Juneau, AK 99801.8626, USA.
3Centre for Wildlife Ecology, Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, 8888 University Drive, Burnaby, BC, Canada, V5A 1S6.
4U.S. Geological Survey, Alaska Science Center, 1011 East Tudor Road, Anchorage, AK 99503, USA.
5U.S. Department of Interior, Fish and Wildlife Service, 1011 East Tudor Road, Anchorage, AK 99503, USA.



※ 번역 : 환경연합 자원활동가 최현희, 우혜진
   정리 : 마용운

 

 

 

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