정의
생물학적 펌프(biological pump) 또는 해양 탄소 생물학적 펌프·생물학적 탄소 펌프는 대기와 육지에서 유입된 이산화탄소가 해양 표층에서 광합성을 통해 유기탄소와 탄산칼슘(CaCO₃) 형태로 전환된 뒤, 물리·생물학적 과정을 거쳐 해양 내부와 해저 퇴적물로 이동·격리되는 과정을 의미한다. 이는 해양 탄소 순환의 한 축을 이루는 복합적인 메커니즘이다.
주요 메커니즘
- 광합성(연조직 펌프) – 식물성 플랑크톤이 표층에서 광합성을 수행해 유기물을 생산한다.
- 유기물 하강 – 생산된 유기물은 플랑크톤, 미소동물, 해양 미생물 등에 의해 먹이 사슬을 타고 이동하거나, 직접 침강하여 심해로 운반된다.
- 탄산염 펌프 – 석회화 작용을 하는 해양 유기체(예: 해면, 석회조개) 등이 CaCO₃ 껍질을 형성하고, 이 껍질이 침강함으로써 무기 탄소도 심해로 이동한다.
- 재석회화·퇴적 – 침강한 유기물과 탄산염은 해저에 퇴적되며, 장기간 대기와의 접촉을 차단한다.
역할 및 환경적 영향
- 전체 해양 탄소 순환 중 약 10 Gt C·yr⁻¹(≈10.2 기가톤)의 탄소가 생물학적 펌프를 통해 심해로 이동한다.
- 평균 127 년 동안 약 1 300 Gt C가 대기와 격리되어, 지구 기후 조절에 중요한 역할을 수행한다.
- 생물학적 펌프가 없을 경우, 현재 대기 중 이산화탄소 농도는 약 400 ppm 정도 더 높아질 것으로 추정된다.
정량적 추정
- 연간 탄소 이동량은 약 10.2 기가톤이며, 이 중 일부는 퇴적물에 영구 저장되고, 일부는 재석회화 과정을 거쳐 대기로 재방출된다.
- 이러한 과정은 복합적인 프로세스들의 합으로, 단일 메커니즘으로 설명되지는 않는다.
참고
- Sigman, D. M., & Haug, G. H. (2006). The biological pump in the past. Treatise on Geochemistry, 6.
- Hain, M. P., Sigman, D. M., & Haug, G. H. (2014). The Biological Pump in the Past. Treatise on Geochemistry.
- Nowicki, M., DeVries, T., & Siegel, D. A. (2022). “Quantifying the Carbon Export and Sequestration Pathways of the Ocean's Biological Carbon Pump.” Global Biogeochemical Cycles, 36(3).
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