수중 소음 공해: 해양 생태계에 미치는 영향

생명으로서의 소리: 음향 생태학이 중요한 이유

물은 공기보다 약 4.5배 빠르게, 훨씬 더 먼 거리에 걸쳐 소리를 전달합니다. 심해에서 SOFAR 채널(Sound Fixing and Ranging channel)이라는 현상 – 약 1,000미터 깊이의 최소 음속 층 – 은 자연적인 음향 도파관 역할을 하여 저주파 소리가 최소한의 감쇠로 수천 킬로미터를 이동할 수 있도록 합니다. 흰수염고래는 이 채널을 활용하여 해양 분지를 가로질러 의사소통합니다. 참고래는 한때 아이슬란드에서 아조레스 제도까지 전달되었던 20Hz 소리를 생산합니다. 향유고래는 복잡한 생체 소나 클릭을 사용하여 빛 없는 깊은 곳에서 사냥합니다. 이 동물들에게 음향 통신과 반향 위치 측정은 다른 감각의 보충물이 아니라 생존에 필수적인 도구입니다. 따라서 음향 환경을 방해하는 것은 단순히 성가신 일이 아니라 해양 생물의 생물학적 인프라에 대한 공격입니다.

2021년 두아르테 연구는 수십 년간의 분류군 연구를 종합하여 소음 공해가 동물성 플랑크톤부터 대형 고래에 이르기까지 바다의 전체 동물계에 영향을 미친다고 결론지었습니다 [1]. 이 연구는 세 가지 주요 피해 메커니즘을 확인했습니다. 직접적인 생리적 손상(일시적 또는 영구적 청각 역치 변화), 마스킹(생물학적으로 중요한 신호와 겹치는 소음이 수신을 방해함), 그리고 행동 방해(소음에 반응하여 먹이 찾기, 이동, 번식 또는 의사소통을 변경하는 동물). 이 세 가지 경로는 모두 생존 및 번식 성공을 감소시킬 수 있으며, 이는 개체군 역학에 연쇄적인 영향을 미칩니다.

상업 운송: 광대역 소음의 주요 원인

전 세계 무역의 90% 이상이 해상으로, 약 90,000척의 상업 선박에 의해 운송됩니다. 이 선박들은 10~1,000Hz 사이의 주파수가 지배적인 지속적인 광대역 소음을 발생시킵니다. 이는 수염고래가 장거리 통신에 사용하는 주파수 범위와 정확히 일치합니다. 스크립스 해양학 연구소의 McKenna와 동료들이 2012년에 수행한 현대 상업 선박의 음향 분석은 음원 수준을 정량화하고 프로펠러 캐비테이션(프로펠러 날개 끝에서 증기 기포가 형성되고 붕괴되는 현상)이 지배적인 소음 메커니즘이며, 선체를 통해 전달되는 기계 진동이 그 다음임을 확인했습니다 [7]. 컨테이너선과 벌크선은 단위당 가장 시끄러운 선박 중 일부이며, 느리거나 더 잘 설계된 선박은 훨씬 더 조용할 수 있습니다.

수중 음향 모니터링 배열의 추정치에 따르면, 주요 운송 경로의 저주파 주변 소음은 1950년대 이후 약 15dB(압력에서 약 32배 증가) 증가했으며, 이는 세계 무역의 폭발적인 성장과 일치합니다. *해양 과학 프론티어*에 실린 2017년 연구는 장기간 녹음 기간 동안 발트해 선박의 음원 스펙트럼을 측정하여, 보통의 교통량으로 인한 반폐쇄형 지역 해역조차도 지속적으로 높은 소음 수준을 경험하고 있음을 확인했습니다 [2]. 저주파 통신에 의존하는 종들(흰수염고래, 참고래, 북대서양 긴수염고래)에 대한 결과는 심각합니다. 그들의 효과적인 통신 범위는 10배나 줄어들 수 있습니다.

마스킹 및 통신 단절

음향 마스킹은 소음원이 생물학적으로 중요한 신호와 주파수 및 시간상 겹쳐서 감지 가능성을 감소시킬 때 발생합니다. 지구상에서 가장 멸종 위기에 처한 대형 해양 포유류 중 하나인 북대서양 긴수염고래(개체수 360마리 미만)의 경우, 저주파 대역의 운송 소음은 어미-새끼 의사소통에 사용되는 접촉 신호를 직접적으로 가립니다. 자동 호출 탐지기를 사용한 Rolland와 동료들의 연구는 운송량이 감소한 지역(9/11 이후 항구 폐쇄 기간 동안)의 긴수염고래가 스트레스 호르몬 수치가 현저히 낮았음을 보여주었으며, 이는 만성적인 선박 소음이 측정 가능한 생리적 손상을 유발한다는 가장 강력한 인과적 증거를 제공합니다 [8]. 일부 고래류는 중첩을 피하기 위해 호출 주파수 또는 타이밍을 변경하는 놀라운 유연성을 보였지만, 이러한 변화는 에너지 비용을 수반하며 충분한 보상이 아닐 수 있습니다.

지진파 탐사: 해양 분지를 가로지르는 충격 소음

지진 에어건 탐사는 석유 및 가스 산업에서 해저 지질을 매핑하는 데 사용됩니다. 공압 에어건 배열은 선박 뒤에 견인되어 10~15초마다 압축 공기 펄스를 며칠 또는 몇 주 동안 발사합니다. 각 펄스는 최고 수준이 250데시벨(1m에서 1µPa 기준)을 초과하는 충격음을 발생시키며, 음원에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 감지할 수 있습니다. *해양 오염 게시판*에 2018년에 발표된 연구는 그린란드 바핀만에서 여러 동시 지진 탐사의 누적 음향 기여를 조사했으며, 해당 지역을 사용하는 북극고래와 일각고래에게 잠재적인 영향을 미 미칠 수 있는 높은 소음 수준에 전체 분지가 탐사 기간 내내 노출되었음을 발견했습니다 [3].

*해양 과학 프론티어*에 2023년에 발표된 해양 지진 탐사가 자유롭게 움직이는 동물군에 미치는 영향에 대한 체계적인 문헌 검토는 탐사 선박으로부터 수십에서 수백 킬로미터 반경 내에서 물고기, 해양 포유류, 바다거북에 걸쳐 행동 방해의 일관된 증거를 발견했습니다 [4]. 영향에는 일시적 및 영구적 청각 역치 변화, 변화된 발성 행동, 먹이 찾기 및 번식 지역 회피, 다이빙 프로필 변화 등이 포함되었습니다. 동그린란드의 일각고래에 대한 제어 노출 연구는 노출 후 몇 시간 동안 지속되는 극적인 회피 반응(지속적인 고속 수영 및 심해 다이빙)을 기록했으며, 이는 북극 계절성의 요구 사항을 관리하는 동물에게 상당한 에너지 비용을 나타냅니다 [5].

소나와 대량 좌초: 기록된 연관성

해양 포유류에 대한 음향 피해에 대한 가장 극적이고 불안한 증거는 군용 중주파 능동 소나(MFAS)와 부리고래의 대량 좌초 사이의 연관성에서 나옵니다. 1960년대 이후, MFAS가 관련된 해군 훈련 중 또는 직후에 수많은 다종 부리고래 좌초가 발생했습니다. 병리학적 특징(음향성 지방 축적 및 귀 주변의 출혈, 감압병과 유사한 손상과 일치하는 조직 내 질소 색전)은 고래가 강한 소나 노출을 피하기 위해 급속히 상승하면서 감압병과 유사한 생리적 손상을 입는 행동 연쇄 반응을 가리킵니다. 카나리아 제도(2002년), 바하마(2000년), 그리스 키파리시아 섬(1996년)이 가장 잘 기록된 사건들입니다. 부리고래 서식지 근처에서의 훈련을 피하는 나중의 해군 협약은 일부 영향을 받는 지역에서 좌초율 감소와 관련이 있었습니다.

어류 및 무척추동물: 더 광범위한 생물학적 피해

척추 포유류가 가장 많은 과학적 및 대중적 관심을 받지만, 어류와 무척추동물은 해양 먹이 사슬에서 훨씬 더 많고 생태학적으로 중요합니다. 어류는 산란 집합, 포식자 감지, 영역 방어에 소리를 사용합니다. 대서양 대구, 유럽 농어, 그리고 여러 산호초 어류를 포함한 많은 종들은 선박 및 건설 소음으로 가장 오염된 주파수 범위에서 소리를 생산하고 감지합니다. Slabbekoorn과 동료들은 이를 '시끄러운 봄'으로 특징지으며, 인간 활동으로 인한 소음이 분류군과 지역에 걸쳐 어류의 음향 생태계를 손상시키는 방법을 기록했습니다 [10]. 실험실 및 현장 연구는 교란된 포식자-피식자 상호작용, 시끄러운 지역 근처의 산호초에서 감소된 유생 정착 성공률, 그리고 손상된 군집 행동을 기록했습니다. 오징어와 문어와 같은 두족류는 저주파 입자 운동을 감지하기 위해 정위낭을 사용하며, 지진 에어건 노출로 인한 정위낭 손상을 입는 것으로 나타났습니다. 두아르테 연구는 소음 공해의 생태학적 결과가 연구 관심의 중심인 카리스마 있는 대형 동물군을 훨씬 넘어설 가능성이 있다고 결론지었습니다 [1].

규제 프레임워크: 진전과 지속적인 격차

국제해사기구(IMO)는 2014년에 MEPC.1/Circ.833을 채택하면서 수중 소음을 처음 다루었으며, 이는 선박 설계자와 운영자가 프로펠러 최적화, 선체 형태 설계, 기계류 진동 격리, 그리고 속도 감소와 같은 운영 조치를 통해 소음 감소를 고려하도록 권고하는 비구속적 지침입니다 [6]. 이 지침은 10년간 축적된 연구 및 기술 발전을 반영하여 2024년에 MEPC.1/Circ.906/Rev.1로 개정 및 강화되었습니다. 그러나 IMO 지침의 비구속적 특성으로 인해 준수는 자발적이며, 선주들의 수용은 불균일했습니다. 속도 감소는 가장 즉각적으로 사용 가능하고 비용 효율적인 개입 중 하나입니다. 선박 속도를 10% 감소시키면 방사 소음이 약 2~4dB 감소하고 연료 소비는 약 19% 감소하며, 동시에 소음 감소 및 배출 이점을 제공합니다.

몇몇 주요 해상 항로는 이제 고래류 활동이 활발한 기간 동안 자발적인 저속 운항 구역을 특징으로 합니다. 가장 주목할 만한 곳은 스텔웨이건 뱅크 국립 해양 보호 구역과 설리시해입니다. 블레이드 경사 및 향상된 팁 형상을 포함한 프로펠러 설계 발전은 원천에서 캐비테이션 소음을 몇 데시벨 감소시킬 수 있습니다. Weilgart의 2007년 인간 활동으로 인한 해양 소음이 고래류에 미치는 영향에 대한 포괄적인 검토는 기술적 및 운영적 개입의 집합체가 가능하며, 주요 장벽은 기술적 능력보다는 규제 의지와 경제적 인센티브라고 결론지었습니다 [9].

회복 가능한 위기

많은 종류의 해양 오염과는 달리, 소음은 지속적이지 않습니다. 선박이 지나가면 그 소음은 멀리서 몇 분 안에 사라집니다. 지진 탐사가 끝나면 충격 소음은 멈춥니다. 이는 수십 년 동안 퇴적물과 조직에 축적되는 화학 오염 물질과는 달리, 소음원이 감소하면 음향 환경은 빠르게 회복될 잠재력이 있음을 의미합니다. 두아르테와 동료들은 이러한 가역성을 해양 소음 공해의 중요한 특징이자 신중한 낙관론의 이유로 강조했습니다 [1]. COVID-19 팬데믹 기간 동안 전 세계 해운 감소는 자연 실험을 제공했습니다. 교통량이 약 20% 감소한 지 몇 주 만에 여러 해양 지역에서 수중 소음 수준이 측정 가능하게 감소했으며, 일부 고래류는 역사적 수준으로 발성 범위를 확장했습니다.

화학 오염과는 달리, 해양 소음은 가역적입니다. 음원만 줄이면 바다는 며칠 내에 회복하기 시작합니다.

— Duarte et al., Science, 2021 (doi:10.1126/science.aba4658)

바다의 음향 미래는 미리 정해져 있지 않습니다. 이는 조선업체의 기술적 선택, IMO 및 국가 정부의 규제 결정, 해운 회사 및 석유 탐사 기업의 운영 선택, 그리고 연안 국가들이 배타적 경제 수역에서 소음 제한을 시행하려는 의지에 달려 있습니다. 행동을 위한 과학적 근거는 이제 확고합니다. 완화를 위한 도구는 존재하며 많은 경우 비용이 들지 않거나 비용 대비 효과적입니다. 남은 격차는 지식이 아니라 정치적 의지입니다.