빛이 도달하지 않는 어둡고 차가운 깊은 수심의 바다 공간인 심해는 전 세계 바다의 93%를 차지할 정도로 중요한 공간이다. 수심 1000 미터 이상의 깊은 바다도 전 세계 바다의 79%를 차지하지만 우리에게 아직도 신비롭고 두려운 미지의 영역으로 남겨져 있는 이유는 최근까지 사실상 인간이 접근하기 어려운 곳이었기 때문이다.

20세기 후반부에 와서야 사람이 조정하거나 원격으로 조정할 수 있는 잠수정이 개발되면서 이 광대한 심해에 대해 관찰할 수 있게 되었지만, 잠수정 개발 및 운용 기술을 가진 나라는 한정되어 있고 비용이 매우 많이 들어 극소수의 탐사자들에 의해서 일부분만 탐험이 가능했다.

심해는 지구의 생물권의 가장 큰 범위를 차지하고 있다. 새로운 생물이 발견될 수 있는 미지의 영역으로 지하자원의 새로운 개척지이기도 하다. 심해 수산자원의 새로운 어장으로, 심지어 이산화탄소 등의 폐기물질의 처리장으로서도 그 활용성이 점점 확대되고 있기 때문에 더욱 더 연구가 필요한 곳으로 인식되고 있다. 우리나라에서도 심해는 매우 넓은 면적을 차지하고 있으며, 우리생활과 밀접한 관계를 가지고 있다.

◆심해 환경의 간단한 특성 

일반적으로 심해는 빛이 거의 도달하지 않는 수심 200미터 아래의 해수층을 의미한다. 심해는 상층부 일부를 제외하고는 대부분 빛이 없기 때문에 광합성이 불가능하다. 심해에 존재하는 빛은 오직 생물 자체에서 발생하는 빛으로 늘 암흑 가운데 있다. 때문에 보이는 시각에 의존할 수 없고, 시각 외의 다른 감각기관을 이용하여 먹이를 먹고, 포식자를 피하고, 짝을 찾는 전략을 필요로 한다.

또한 수심이 10 미터 증가할 때마다 1 기압씩 높아지는 높은 수압은, 세계에서 가장 깊은 마리아나 해구에서는 무려 1100 기압에 달하기 때문에 심해 생물들은 어마어마한 압력의 조건에서도 살아가게 된다. 이러한 심해생물들은 체내의 압력과 체외의 압력을 동일하게 유지하여 압력차에 의한 손상을 방지하는 놀라운 생리적인 특성을 가지고 있다.

특별한 전략은 몸체를 구성하는 세포 단계에서부터 나타나는데 세포막을 구성하는 지질과 단백질의 구조와 기능과 관련된 적응 능력이 가장 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 과학자들의 최근 연구 결과 심해생물의 생리 기능이 압력에 의해 큰 영향을 받으며 특정 압력에서 높은 기능성을 나타내는 것으로 밝혀져 수심대에 따른 생물의 분포와 압력은 긴밀한 관계성이 있는 것으로 보고 있다.

해수의 물리적인 특성을 대표하는 수온 역시 심해 환경의 특징적인 조건 중 하나로, 일반적으로 수심이 깊어지면서 수온은 급히 감소하는데 각 해역별로 그 기울기는 차이를 보이기는 하지만 표층 수온이 20도가 넘는 열대 및 아열대 해역에서는 수온의 급격한 변동을 보이는 수온약층(thermocline)의 두께는 100미터에서 1000미터 까지 나타나며 이러한 변화층 아래의 심해에서는 거의 수온이 1~4도로 매우 낮고 변하지 않는 차가운 바다의 특징을 보인다.

이렇게 낮은 수온이지만 대부분의 심해 생물의 서식공간 범위내에서는 수온의 변화 자체는 그리 크지 않다는 점이 심해 생물의 생태적 특징의 하나로 볼 수 있다. 물론 심해에도 수중에서 온천수와 같이 400도 이상으로 뜨거운 지하수가 가스와 함께 분출되는 열수해역에서는 주변 서식지의 온도가 조금 높게 나타기도 하지만 이마저도 열수 분출하는 굴뚝 입구에서 몇 미터만 떨어져도 수온은 일반적인 심해의 수온과 비슷해지기 때문에 심해는 수온의 변화에 의한 환경 조건은 크게 심해생물에게 영향을 주지 않는 것으로 보고 있다.

수온과 마찬가지로 염분 역시 심해에서 변화 없이 매우 일정한 특징을 보인다. 지역적인 특성으로 홍해와 지중해는 염분이 높은 해역이 있기는 하지만 일반적으로 염분은 심해생물의 분포를 결정하는 요인으로 다루지는 않는다. 대부분의 해양생물이 살아가는 데 필요한 산소는 대기와의 교환이나 해수의 순환에 따라 심해라고 해도 특별히 산소가 낮다고는 볼 수 없지만, 바다의 표층처럼 광합성에 의해 산소가 만들어지지 않기 때문에 심해의 산소는 생물의 호흡에 의해서 고갈될 위험성은 존재한다.

그러나 심해는 일반적으로 산소가 고갈될 만큼 많은 수의 생물이 살지 않고 대부분 산소대사율이 낮은 생물들이 많기 때문에 생물 서식에 제약조건이 되지는 않는다. 광합성을 보통 1차 생산이라고 표현하는데, 심해는 화학물질을 합성하는 공생 박테리아를 통해 생태계가 유지되는 특수한 해역인 열수해역이나 가스분출구 등의 화학합성생태계를 제외하고는 1차 생산 자체가 없는 척박한 환경이다.

따라서 심해 생물들이 생존하기 위해서는 생산이 활발한 해수 위쪽의 얕은 물에서 떨어지는 먹이가 필요하다. 그래서 심해 생물의 생물량과 분포 특성을 결정하는 중요한 요인은 그 해역에서 얼마나 많은 먹이 가능 물질이 심해까지 공급될 수 있는 가이다. 빛이 있어 광합성이 일어나는 표층해역과 심해를 오르락 내리락하는 어류도 중요한 심해의 먹이원이 될 수 있으며, 고래와 같이 거대한 생물체가 죽어서 심해에 가라앉으면 그 역시 심해 생태계를 유지하게 하는 매우 중요한 먹이가 될 수 있다.

◆약 90%가 심해인 동해 생태계

동해는 남부해역을 제외한 중북부 대부분 해역이 수심 200 m 이하의 심해로 구성되어 있다. 평균 수심은 약 1684 m, 최대 수심 4049 m다. 동해의 심해 생태계에 대한 정보는 아주 적은데, 그 이유는 거친 바다날씨로 인해 접근하기 쉽지 않고 심해를 탐사하기 위한 탐사 장비와 전용 조사선 등이 매우 부족하고 심해 탐사를 하기 위해서는 비용이 아주 많이 들기 때문이다.

여기서는 지금까지 밝혀진 동해의 심해 환경 특성과 심해 생태계의 모습, 우리생활과 밀접한 동해 심해 생물 몇가지를 알아보도록 하겠다.

동해는 규모로 보면 장축의 길이가 약 1500 km, 단축의 길이도 약 1000 km에 이르는 우리나라에서 가장 큰 바다다. 면적만 100만 ㎢로 남한 면적의 약 10배에 해당되는 어마어마한 크기를 가지고 있지만 우리나라, 일본, 러시아 삼국에 둘러싸여 있는 국제 수역으로서 우리나라의 관할 수역은 약 8만5000㎢로서 동해 전체의 8.5% 밖에 되지 않는다.

해저 지형의 특성은 동해안을 따라 200미터 이내의 아주 좁은 면적의 대륙붕에 해당되는 얕은 수심이 나타나고 급격하게 경사진 대륙사면을 따라 수심 2000 미터 이상의 심해 분지인 울릉분지가 대부분을 차지한다. 작은 대양으로 불리우는 동해에는 우리나라 최동단에 위치하는 독도가 있으며 바닷속에는 해산, 해저수로, 해저절벽, 해곡, 해저대지, 해저 융기부, 분지 그리고 퇴 등 육지에서 보이는 지형들이 잘 발달되어 있다.

이러한 해저 지형 특성은 모두 다양한 심해 서식지로서 의미가 있다. 동해는 태평양과 같은 큰 대양에 비해 순환주기가 빠르기 때문에 온난화와 같은 기후 변화에 더 빠르고 민감하게 반응 할 수 있어서 기후변동 연구에 좋은 대상 해역으로 평가받는다.

해양학적으로 보면 동해는 목욕탕의 수조와 같은 구조로 되어 있어서 반폐쇄성 주변해라고 표현하기도 한다. 남쪽에서 대한해협으로부터 올라오는 대마난류와 북쪽에서 내려오는 한류의 영향으로 다양한 생물상이 존재한다. 표층해수의 생물생산력은 서태평양과 동중국해에 비해 상대적으로 높은편이고 계절적인 영향으로 춘계와 하계에 높은 생물생산력을 가진다.

이렇게 다양하고 넓은 심해 서식지를 가지고 있는 동해의 심해생태계는 그 중요성에 비해 알려진 것이 너무나 적다. 여기서는 동해 심해 생태계에 대한 몇가지 연구 결과들과 심해 생물상을 간단히 소개하도록 하겠다. 

먼저 한국해양과학기술원에서 소형 무인잠수정을 이용하여 독도 주변의 심해를 최초로 관찰한 연구 결과를 살펴보면, 그 이전 대부분의 심해 생물관련 연구는 대부분 연구선에서 채집 장비인 Box corer(상자형 해저퇴저물 채집기), Grab(양날을 가진 삽모양의 해저퇴적물 채집기), Dredge(무게있는 사각틀에 긴 그물이 달려있어 해저면의 생물체나 작은 암석 등을 긁어서 채집할 수 있는 기기) 등을 바닥에 내려 채집한 생물을 대상으로 수행되었다.

암반에는 부착성 심해생물인 말미잘류가 많이 있었고, 거미불가사리류, 해면, 군부 등도 관찰되었다. 처음으로 촬영된 독도 주변의 심해 모습은 생각보다 많은 생물들이 서식하고 있음에 놀랐고, 그 많은 생물 모습을 통해 해산생태계의 중요성을 시각적으로 느낄 수 있었다.

두 번째 소개할 동해의 심해생물 관련 연구결과는 2014년 한국해양과학기술원의 이어도호를 타고 동해중부해역인 후포뱅크 주변의 수심 200~1089 미터의 심해 경사면과 울릉분지 중앙의 수심 2327 미터의 해저면에서 Dredge 와 Box corer를 이용하여 채집된 심해생물에 대한 정보다. 전체 7정점에서 채집된 심해생물은 총 7개분류군 59종 12021개체였다.

채집된 심해생물중 - 조사 기간 동안 채집된 생물 중 6종이 우점하고 있으며 그림과 같이 분포하고 있다. 그 6종은 물렁가시분홍새우, 살시빗살거미불가사리, 빗살판불가사리, 요정채직갯고사리, 진흙새우, 대게였다.

이런 심해생물에 비해 크기가 매우 작아 해저퇴적물의 틈에 살아가는 간극생물을 채집하여 분석한 결과는 총 6개의 간극성 중형저서 분류군이 출현하였으며, 가장 우점하여 나타난 간극생물 분류군은 선형동물과 저서유공충류, 저서성 요각류로 나타났다.

간극동물의 전체 서식밀도는 417~1252 개체/10㎠로, 생체량은 665~1451 ㎍/10 ㎠ 범위를 나타냈다. 후포뱅크 수심별 조사지선의 심해 퇴적물에 서식하는 중형저서생물의 현존량을 수심대에 따라 정점별로 비교한 결과, 모든 정점에서 선형동물이 가장 우점하였으며, 후포퇴 후면에서 최대 생물량을 나타냈다. 후포뱅크 수심별 조사지선의 심해 퇴적물에 서식하는 중형저서생물의 퇴적물 내 수직 분포는 대부분의 정점에서 표층 0-2cm 얕은 깊이에 대부분의 개체들이 서식하여서 표층에 떨어지는 먹이원과 밀접한 관련이 있음을 알게 되었다.

간극생물의 각 개체의 크기별로 각 수심대에서 얼마나 나타나는 지를 분석한 결과, 수심증가에 따른 개체 크기 감소현상인 심해생물의 Dwarfism 이 뚜렷하게 나타났다(Dwarfism : 수심증가에 따른 개체 크기 감소현상으로 에너지 수지상 작은 개체 서식 유리하다는 이론).

 심해생물하면 왠지 공포스럽고 우리와는 거리가 아주 먼 것처럼 느껴지지만 알고 보면 우리와는 매우 친숙한 위치인 밥상에도 동해의 심해생물이 올라오는 경우가 많다. 가장 대표적인 밥상위의 심해생물은 대게, 붉은대게, 털게, 물렁가시붉은새우, 가시배새우, 도화새우, 북쪽분홍새우 등의 갑각류와 기름가자미, 뚝지, 꼼치, 벌레문치 등의 심해에 사는 어류다.

이중에서도 우리와 특히 친숙한 대게는 최근 동해의 수산물중 생산량이 붉은대게와 더불어 매우 증가한 수산물로서 고려시대 역사에도 등장할 정도로 유명한 수산물이다. 대게 서식장소는 수심 200~800미터의 심해이며 이와 유사하게 생긴 붉은대게는 수심 700~2000미터인 더 깊은 심해에 서식하는 갑각류이다.

게들 못지않게 유명한 동해에서 잡히는 새우들 역시 대부분 심해에 서식하는 심해생물. 물렁가시붉은새우는 수심 180~530 미터에서, 가시배새우는 수심 200~300미터에서, 도화새우는 산란철을 제외하고는 180 미터의 깊은 곳에서 서식하는 것으로 알려져 있다. 이들 갑각류 외에도 수심 50~700미터에 서식하는 기름가자미, 70~200 미터에서 주로 서식하는 뚝지, 수심 300~500 미터에 서식하는 벌레문치, 수심 134~218미터에 서식하는 분홍꼼치 등의 어류들도 동해산 수산물로서 어항에서 볼 수 있는 심해생물이다. 

◆김동성 해양과기원 박사는
 

김동성 박사는 일본 동경대학교 대학원 이학부 생물과학과를 졸업하고, 한국해양과학기술원 생물연구본부에 근무하고 있습니다.

김 박사는 해양과학분야의 베테랑으로 국립해양생물자원관 건립 자문위원과 해양과학 기술분류체계 수립을 위한 분과위원, 해양환경영향평가 자문위원 등을 수행 중입니다.