상자 모형으로 추정한 동해의 생물 펌프

Biological Pump in the East Sea Estimated by a Box Model

산업혁명 이후 인류가 과량으로 방출한 이산화탄소가 지구환경에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 해양이 흡수하는 탄소량의 크기가 얼마인지에 대한 연구들이 진행되고 있다. 대양과 비슷한 순환 특징을 가지고 있는 동해가 이산화탄소 증가와 지구온난화에 대해 어떻게 반응하는지를 알아보기 위한 연구계획의 일환으로 탄소순환에 중요하게 기여하는 생물펌프의 크기를 간단한 상자모형을 적용시켜 추정하였다. 매개변수로는 인산염을 사용하였는데, 동해에서 일어나고 있는 수층 구조의 변화를 고려해서 해수 수지와 용존산소 수지를 맞춘 다음에, 인산염의 과거 자료를 바탕으로 인의 순환 플럭스를 모사하였다. 1952년부터 2040년까지 모사해 본 결과, 동해에서 생물펌프는 점차 강화되고 있고, 현재 0.0156 Pg C yr$^{-1}$ 정도를 해양 내부로 내보내고 있는 것으로 추정된다. 한편 동해의 해수순환은 저층수를 만드는 것이 줄어드는 반면 중앙층으로 유입이 증가하는 추세이다. 산소가 풍부한 표층수가 중앙층으로 유입되면서 유광층에서 하강한 생물입자들의 분해가 이 층에서 활발해져서 영양염을 표층으로 되돌리는 것이 강화될 것으로 보인다. 이렇게 되면 생물에 의한 탄소제거가 늘어나게 될 깃이다. 지난 50년간의 생물펌프 변화로 블 때 산업혁명 이후 생물에 의한 동해의 인류기원 이산화탄소 흡수량은 0.025 Pg C 정도로 추정된다.

Recently efforts are underway to analyze the impacts of anthropogenic $CO_2$ on the global environments and the amount of oceanic uptake increase. The East Sea is now viewed as a miniature ocean because its circulation pattern is similar to the ocean conveyer belt. The biological pump of the East Sea is a vital component to understand the carbon cycle quantitatively. In this paper, the biological pump is estimated utilizing the stoichiometric ratio between carbon and phosphorus. A simple phosphate budget model is constructed based on the seawater and dissolved oxygen box model that can simulate the recent structural change in deep water circulation of the East Sea. A model run from you 1952 to 2040 shows the steadily intensifying biological pump. Currently it exports about 0.016 Pg C yr$^{-1}$ , which corresponds to 35％ of the carbon introduced into the seawater by the air-sea exchange. An increased oxygen supply to the central water mass as a result of from the transition in the ventilation system might enhance the remineralization of sinking biogenic particles. This should strengthen the upward nutrient flux into the surface layer. Consequently, the biological sequestration of anthropogenic carbon is expected to increase with time. The estimated biological uptake of the anthropogenic carbon in the East Sea since the Industrial Revolution is estimated as 0.025 Pg C.