CO2를 석회암으로 변환·저장하는 ‘신기한’ 나무들
- Mal Cole
- 10월 15일
- 4분 분량
기후변화 위기의 해결사로 나설 수 있을까?
*말 콜(Mal Cole)
마법 같은 것을 바라기는 쉽다. 하지만 자연에서 이러한 메커니즘은 이미 존재해 왔으며 산업혁명이 이루어진 지난 두 세기 동안의 기후변화보다 훨씬 오래되었다.
나무와 다른 식물들은 탄소 스펀지 역할을 하여 공기 중의 이산화탄소를 흡수하고 광합성을 통해 탄수화물(셀룰로오스, 당, 전분)의 형태로 조직에 저장한다. 전 세계의 숲은 주요 탄소 '흡수원'이며, 바다 또한 이산화탄소 포집에 중요한 역할을 한다. 실제로, 수많은 식물성 플랑크톤과 심해를 포함한 바다는 거대한 탄소 흡수원으로, 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 31%를 흡수한다. 그러나 이 모든 탄소는 식물이 죽거나 부패하거나 수확되어 소비될 때 대기 중으로 빠르게 방출될 수 있다.
하지만 아프리카 무화과나무와 이로코 활엽수 등 일부 특이한 나무들은 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 내구성 있는 알칼리성 석회암으로 변환시킴으로써, 식물 조직보다 훨씬 오랫동안 탄소를 '고정'할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 멸종 위기에 처한 생태계에 많이 서식하는 이 매혹적인 나무들은 '옥살산-탄산염 경로(OCP)'라는 놀라운 생화학적 과정을 통해 장기적인 탄소 흡수원이 될 수 있다. 과학자들은 현재 기후변화 대응에 있어 미개척 분야인 OCP의 잠재력을 더 깊이 이해하기 위해 노력하고 있으며, 최근 연구를 통해 이 메커니즘에 대해 더 많은 정보가 밝혀질 것으로 보인다.
목질부에 돌이 있는 나무
1930년대에 한 무리의 과학자들이 무화과와 뽕나무과(Moraceae)에 속하는 이로코 나무와 관련된 수수께끼 같은 현상을 조사했다. 이로코 나무가 자라는 아프리카 숲의 벌목꾼들은 나무 조직 속에서 작은 돌들이 톱질을 둔하게 만드는 것을 발견했다. 또한 나무 아래 토양에는 석회암 조각들이 포함되어 있었다. 이는 아프리카의 그 지역 토양이 산성으로 알려져 있었기 때문에 이상한 현상이었다. 석회암이나 다른 형태의 알칼리성 탄산칼슘(CaCO3)은 존재할 것으로 예상되지 않았다. 석회암이 이로코 나무에서 나오는 것처럼 보였지만, 어떻게 그런 일이 가능할까?
이로코 나무는 이전에 연구된 적이 없는 방식으로 탄소를 흡수하고 있었다. 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 광합성에 필요한 에너지를 공급하고, 그 과정에서 발생하는 부산물에서 옥살산(oxalate)을 생성했다. 이 옥살산은 공생 박테리아와 균류에 의해 석회암으로 변환되어 나무의 목질부와 주변 토양에 저장되었다. 이 과정을 OCP(oxalate–carbonate pathway)라고 한다.
과학적 관심은 지난 25년 동안 증가해 왔다. 기후변화의 영향이 더욱 심각해짐에 따라 과학자들은 OCP가 탄소 격리를 위해 탐구해야 할 분야라고 보고 연구에 나서고 있다. 이로코 나무가 토양에 퇴적하는 석회암은 탄소를 저장하는 데 훨씬 안정적인 방법이며, 썩어가는 나무나 잎처럼 대기 중으로 쉽게 재방출되지도 않는다. 이로코 나무 한 그루는 연간 5.8kg, 평균 수명 200년을 가정할 때, 평생 동안 1,160kg(2,552 파운드)의 탄소를 CaCO3로 저장할 수 있는 것으로 추산된다.
인도의 OCP
얼마나 많은 식물이 옥살산을 사용하는지는 정확히 알 수 없다. 식물의 약 80%가 이 과정을 촉진하는 옥살산을 생성하기 때문에 그 수는 상당할 것으로 추정된다. 하지만 이 과정이 발견된 이후, 특히 지난 25년 동안 여러 종이 더 발견되었다.
현재 검토 중인 과학 논문에서, 취리히대학교의 마이크 롤리 박사와 그의 동료들은 인도 타밀나두주의 열대건조상록수림(TDEF)에서 여러 그루의 OCP 나무를 발견했다. 스위스 로잔대학교 아가시즈 재단과 인도 사다나 포레스트(Sadhana Forest)의 지원을 받은 이 연구는 TDEF에서 최초로 수행되었다. 롤리 박사, 카밀 리더, 그리고 동료들은 연구 대상 나무를 선정하기 전에 수십 그루의 나무를 시험했다. 초기 선정 과정에는 나무 표면의 CaCO3 증거를 확인하기 위한 현장 시험이 포함되었다.
“나무껍질에 탄산칼슘 침전물이 있는지 찾고 있었다.” 롤리 박사는 <The Earth & I(지구와 나)>와의 인터뷰에서 말했다. “이 침전물 위 나무에 약산을 뿌리면 탄산칼슘 안에 갇혀 있던 이산화탄소가 방출된다.” 과학자들이 특정 나무의 껍질에 묽은 염산 용액을 뿌리자 거품이 일어나는 화학반응이 관찰되었다고 그는 말했다. 이는 해당 종에서 OCP를 찾는 것이 타당한 방향임을 보여주는 기포이다.
침전물이 있는 나무를 연구 대상으로 선정한 후 추가 검사를 위해 샘플을 채취했다. 조직 내 생물광물 침전물은 전자현미경을 사용하여 확인했다. 연구팀은 옥살산칼슘 결정을 찾아 OCP의 추가 증거를 찾고 있었다.
다른 샘플들은 뇌샤텔대학교로 보내 옥살산을 소비하는 미생물, 즉 옥살산 분해 과정을 촉진하는 박테리아와 곰팡이를 확인했다. 연구팀은 또한 나무가 지역 토양 화학에 미치는 영향을 통해 특히 나무줄기에 알칼리화 효과가 있음을 확인했다. 롤리 박사와 그의 연구팀이 연구한 모든 샘플 종에서 OCP의 증거가 발견되었다.
위험에 처한 생태계
타밀나두 삼림에 OCP가 존재한다는 것은 이 과정이 장기적인 탄소 흡수원으로서의 잠재력을 보여주며, 심각한 위기에 처한 생태계를 보존하는 데 도움이 될 수 있음을 보여준다. TDEF는 인도 아대륙에서 가장 희귀한 유형의 삼림 생태계이다.
활성 OCP를 가진 것으로 확인된 많은 수종(樹種)은 탄소 격리 외에도 잠재적인 용도가 있다고 롤리 박사는 <The Earth & I>에 말했다. 농림업은 이러한 이점을 극대화하는 한 가지 방법이 될 수 있다. 무화과나무와 뽕나무과에 속하는 많은 수종이 이 경로를 보이는 것으로 나타났으며, 과일을 생산하는 더 많은 수종이 발견될 수 있다. 고갈되고 산성화된 토양을 가진 버려진 농업 지역은 잠재적으로 이 연구를 수행하고 OCP 나무와 관련된 유익한 미생물의 알칼리화 효과로부터 혜택을 얻을 수 있다.
롤리 박사는 OCP가 농림업 프로젝트에 미칠 수 있는 잠재력에 대해 낙관적이며, OCP 나무가 토양으로 얼마나 많은 CaCO3를 이동시킬 수 있는지, 그리고 그 과정이 미치는 영향에 대해 연구하고 싶어한다.
“토양의 변화를 실제로 살펴보기 위해 장기적인 실험을 해보고 싶다.”고 그는 말했다. “모델에 따르면 탄소가 탄산칼슘으로 침전되기 시작하는 데 최대 20년이 걸릴 수 있다고 한다.”
롤리 박사와 다른 사람들이 의심하는 대로 OCP 나무가 CaCO3 형태로 탄소를 완전히 침전시키는 데 20년이 걸린다면, 기후변화에 미치는 영향을 연구하기 위해 더 많은 실험을 진행하는 것이 시급하다.
OCP 나무의 명백한 잠재력에도 불구하고, 이 매혹적인 과정을 완전히 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. TDEF 연구를 수행하는 동안 롤리 박사 연구팀은 케냐 OCP 나무줄기 조직에서 이전에는 볼 수 없었던 깊은 곳에서 CaCO3 침전물을 발견했다.
“우리는 어떤 종류의 칼슘이 어디에 있는지 조사했다.”고 롤리 박사는 말했다. “놀라운 것은 탄산칼슘이 나무 표면이나 나무껍질 틈에만 있는 것이 아니라 나무 속 더 깊숙이까지 침투해 있었다는 사실이었다.”
롤리 박사는 이런 일이 왜 일어나는지 추측만 할 수 있을 뿐이다. 하지만 이 메커니즘은 OCP가 어떻게 생물지구화학적 과정을 수행하는지에 대한 또 다른 열쇠가 될 수 있으며, 이는 기후변화에 맞서 균형을 맞추는 데 필요한 '마법'과 같은 효과를 더할 수 있다.
댓글