북극해, 2009년 ‘영양분 임계점’ 돌파… 기후 변화가 촉발한 숨겨진 화학적 전환

연구팀은 북극해의 물이 대서양으로 빠져나가는 주요 관문인 **프람 해협(Fram Strait)**에서 20년 이상(1998~2023년) 수집한 영양염류 샘플을 분석한 결과, 2009년경부터 질산염 농도가 급감하기 시작했음을 관측했다. 이 시점은 북극 해빙 손실이 극적으로 가속화된 시기와 정확히 일치한다 . 연구 책임자인 라자 가네쉬람(Raja Ganeshram) 교수는 "우리가 보고하는 변화들은 북극해 생태계가 2009년경 티핑포인트를 넘어섰음을 시사한다"고 강조했다 .

해빙 손실이 질산염 붕괴를 촉발한 연쇄 반응

이 영양소 고갈의 배후에는 **저서 탈질산화(Benthic denitrification)**라는 과정이 자리 잡고 있다. 북극해 바닥의 절반 가까이를 덮고 있는 얕은 대륙붕은 해빙이 사라지면서 전례 없이 많은 햇빛에 노출되기 시작했다 . 이러한 빛의 증가는 초기에 식물성 플랑크톤의 대증식을 촉진했지만, 늘어난 유기물이 해저로 가라앉으면서 미생물의 산소 소비량을 증가시켰다.

이로 인해 축치 해(Chukchi Sea)와 동시베리아 해(East Siberian Sea) 대륙붕의 해저 퇴적물에서 저서 탈질산화 작용이 가속화되었다. 이는 미생물이 해양 생물이 이용할 수 있는 질산염(NO₃⁻)을 불활성 질소 가스(N₂)로 전환하여 바다 밖으로 제거해 버리는 현상이다 .

연구진은 이제 북극 대륙붕이 중앙 분지로 유입되는 태평양 기원의 해수에서 질산염을 걸러내는 강력한 “영양분 필터” 역할을 한다고 설명한다 . 이는 더 많은 해빙 손실이 더 많은 탈질산화를, 그리고 다시 영양분 결핍을 심화시키는 자기 강화적인 악순환을 만들어냈다.

질산염 부족에 시달리게 된 북극

이 티핑포인트 이전, 북극해 생태계는 주로 빛이 제한(light-limited)되는 환경이었다. 얼음이 차단하는 햇빛 때문에 플랑크톤의 성장이 억제되었던 것이다. 그러나 연구는 이제 해빙 감소가 시스템을 질산염 제한(nitrate-limited) 상태로 전환시켰다고 밝혔다. 즉, 더 이상 빛이 아니라 핵심 영양소의 부족이 먹이사슬의 맨 아래 단계를 옥죄게 된 것이다 .

이러한 체제 변화는 에너지 밀도가 낮은 소형 플랑크톤 종에 유리하게 작용하며, 먹이사슬 상위로 전달되는 생물량과 에너지를 감소시킨다 . 그 파급 효과는 광범위하고 심각하다:

• 해양 먹이사슬 붕괴 위험: 영양가 풍부한 플랑크톤에 의존하는 어류, 바닷새, 해양 포유류의 개체수가 위협받고 있다 .
• 탄소 흡수 능력 약화: 식물성 플랑크톤은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 포집한다. 이들의 성장이 질산염에 의해 제한되면, 기후 변화에 대한 중요한 완충 장치인 북극해의 탄소 흡수 능력이 크게 저하될 전망이다 .
• 북대서양 수산업에 대한 영향: 영양분이 고갈된 북극 해수는 프람 해협을 통해 빠져나가 하류 지역인 북대서양의 해양 생물 개체군과 상업 어업에 영향을 미칠 가능성을 가지고 있다. 가네쉬람 교수는 “이러한 변화가 먹이사슬을 타고 어떻게 전개될지 면밀히 관찰해야 하며, 이는 북대서양의 상업 어업을 포함해 우리에게 중대한 영향을 미친다”고 경고했다 .

돌이킬 수 없는 새로운 기준선

이 현상이 지속적인 해빙 손실에 의해 직접 촉발되고 가속화되기 때문에, 연구진은 이것이 일시적인 변동이 아니라 지속적인 새로운 기준선이라고 결론 내린다. 이 화학적 변화는 인간의 시간 척도로는 되돌릴 수 없다. 논문의 저자들이 밝혔듯이, “북극해가 이전 상태로 되돌아갈 가능성은 매우 희박하다” .

이 연구 「해빙 손실이 북극해 질소 생지화학의 체제 전환을 주도한다(Sea ice loss drives a regime shift in Arctic Ocean nitrogen biogeochemistry)」는 산토스-가르시아, 가네쉬람, 오지엘 등이 저술했으며, 2026년 5월 28일 Communications Earth & Environment에 게재되었다.