생태계 파괴를 복구하기 위한 노력, 생태계의 정의와 구성요소

생태계란 무엇인가

- 생태계의 구성요소와 인간에 의한 파괴 -

안녕하세요 아스테르온입니다.

오늘은 지구의 생태계를 알아보고 생태계의 유지와 보존방향에 대해 알아보겠습니다. 생태계에 대한 내용은 최근 환경이 과학계의 최고 관심사로 떠올라 초등학교부터 고등학교까지 다뤄지는 내용으로, 어려운 내용은 아니니 가벼운 마음으로 읽어보시기 바랍니다.

생태계란, ‘생태’와 ‘계’의 합성어로 여기서 ‘계’는 전체 앞에서 작은 규모의 영역이 상호작용을 하면서 전체를 유지하는 조직이나 체계를 뜻합니다. 계를 구성하는 어느 한 부분의 균형이 깨지면 전체 계의 균형이 깨지고, 한 부분에서 일어난 변화는 다른 부분에까지 영향을 주면서 상호작용을 합니다. 예를 들면, ‘지구계’란 지구 안을 구성하는 생물, 공기, 땅, 바다 등과 지구 밖에 있지만 지구에 영향을 주는 태양빛, 유성 등을 모두 포함한 개념입니다. 이 계 안에서 태양빛의 변화가 생기면, 계 안의 다른 부분인 공기, 생물, 바다 등에 영향을 끼치게 된다. 이 예를 생태계에 적용해보면, 생태계는 지구 생태를 구성하는 모든 것이라고 정의할 수 있으며, 어떤 장소에 사는 생물은 다른 생물 및 비생물적 환경 요인과 상호작용합니다.

생태계의 구성요소는 크게 ‘생물’과 ‘비생물적 환경요인’으로 구분되며, 생물은 다시 생산자, 소비자, 분해자로 나뉩니다. 생산자는 광합성을 통하여 살아가는 데 필요한 양분을 스스로 만드는 생물로, 풀이나 나무가 생산자에 속합니다. 즉, 대부분의 식물과 일부 세균 및 미생물 등이 이에 속하며, 이들은 광합성을 통해 무기물을 유기물로 합성하여 저장합니다. 생산자 중 소수는 광합성 없이 이러한 유기물을 합성하기도 하는데, 이를 화학합성이라 합니다.

소비자는 스스로 양분을 만들지 못하여 다른 식물이나 동물을 먹이로 하여 살아가는 생물입니다. 대부분의 동물과 일부 식물 및 미생물이 이에 속합니다. 소비자는 생산자나 다른 소비자를 섭취하여 호흡을 통해 이 피식자가 저장하고 있던 유기물을 에너지로 전환하여 사용합니다.

분해자는 생물의 사체나 배설물을 분해하여 살아가는 생물로 곰팡이이나 세균, 버섯 등이 이에 속합니다. 분해자는 생산자와는 반대로 유기물을 분해하여 무기물‘원료’로 다시 돌아가게 하는 역할을 합니다. 이 ‘원료’를 바탕으로 생산자가 다시 유기물을 합성함으로써 지구 생태계의 에너지 순환이 일어나게 됩니다.

▲ 곰팡이(버섯)은 죽은 식물이나 사체를 분해하는 역할을 한다.

마지막으로, 비생물적 환경요인은 생물을 둘러싸고 있는 모든 자연환경요소로, 햇빛이나 물, 공기, 흙 등이 비생물적 환경요인에 속합니다. 비생물적 환경요인은 각종 생물의 서식지를 결정하고, 개체수를 조절하며, 환경에 더 적합한 유전자가 살아남으로써 진화의 방향을 결정합니다.

비생물적 환경요인은 태양과 지구내부의 에너지를 원동력으로 유지되는데, 태양에서 지구로 입사되는 태양복사에너지는 대기를 가열하고 물을 증발시켜 수권의 순환을 일으키고 이는 암석의 풍화와 운반, 퇴적을 야기합니다. 또한 지구내부에너지는 암석을 녹이고, 지표로 분출시키며, 대륙을 이동시킴으로써 지구생태계에 큰 영향을 끼칩니다. 이 두 가지의 큰 에너지 이외에도 태양과 달의 인력은 지구의 조류를 만들어 내 연안 생태계에 영향을 줍니다. 지구상의 생물들은 이러한 지구 외권의 영향에 적응하여 진화해 왔습니다.

생태계가 유지되기 위해서는 생산자, 소비자, 분해자, 비생물적 환경요인 간의 균형이 필요합니다. 생산자는 소비자(1차소비자)에게, 소비자는 상위 소비자(2차 또는 3차 등)에게 먹고 먹힘으로써 에너지를 전달합니다. 즉, 상위 소비자는 하위 소비자 또는 생산자를 에너지원으로 삼는 것입니다. 이러나 이러한 에너지 전달방식의 효율은 굉장히 떨어져 대략 10%정도에 불과합니다. 대부분의 에너지는 운동 및 소화과정에서 열의 형태로 방출되며, 섭취한 유기물의 일부는 흡수되지 못하고 빠져나갑니다. 즉, 한 개체가 생존하기 위해서는 그 개체가 필요로 하는 에너지보다 훨씬 많은 양의 하위 피식자를 섭취해야 함을 의미합니다. 이로인해, 자연 생태계는 생산자 또는 하위 소비자가 이보다 높은 소비자보다 상대적으로 더 많은 개체가 존재합니다. 때문에 각 포식단계의 생산자와 소비자의 개체 수를 표현해보면 생산자의 개체 수가 가장 많고, 상위 소비자로 올라갈수록 개체수가 줄어 피라미드 형태의 모양이 나타냅니다. 만약 생산자 및 하위 소비자의 개체수가 줄면, 이를 섭취하는 상위 소비자는 충분한 에너지를 얻을 수 없으므로, 상위 포식자의 수도 함께 줄어들고, 이는 다시 생산자 및 하위 소비자의 개체 증가로 이어져 생태계는 다시 평형을 이루게 됩니다.

▲ 각 개체수는 평형을 유지하도록 조절된다.

이렇게 일반적인 자연상태에서는 생태계 스스로 평형을 유지하지만, 어떤 특정한 외부의 영향이 가해지면 이 평형은 깨지게 됩니다. 이러한 외부 영향은 크게 자연적인 요인과 인위적은 요인으로 구분하여 생각할 수 있는데, 먼저 자연적인 요인으로는 대륙의 이동, 유성충돌이 대표적입니다. 고생대 말 지구 생태계는 대멸종을 겪었는데, 이를 ‘페름기대멸종’이라 합니다. 페름기 대멸종의 원인으로 초대륙 판게아의 형성과 유성출동의 2가지 이유를 추정하고 있는데, 대륙들이 움직여 하나의 초대륙이 형성됨으로써 해양생물의 가장 큰 터전이었던 대륙붕이 크게 줄어들고, 조산운동으로 인해 대륙의 고도가 높아졌으며, 해양의 순환시스템이 달라져 온도가 크게 변화하였습니다.

또한 이시기의 유성충돌은 북아메리카 유카탄반도의 KT층에서 지구에 거의 존재하지 않는 원소가 발견됨에 따라 기정사실화 되었는데, 유성출동로 인한 충격으로 지표의 분진이 대기중으로 퍼져 태양빛을 가림으로써 온도가 크게 하강하였습니다. 이러한 초대륙형성, 유성출돌같은 변화는 짧은 시간에 급격히 일어나기 때문에, 지구생태계를 구성하는 생물들은 이러한 변화에 적응할 시간을 충분히 갖지 못하여 멸종하게 되었습니다.

▲ 유카탄 반도 (가운데 붉은표시)

그러나 최근에는 이러한 큰 자연적인 변화가 없음에도 불구하고 생물종이 급격히 감소하고 있습니다. 이는 인간의 활동에 의한 것으로, 농업사회에서 산업사회로 변화하면서 이러한 생태계의 변화는 가속되고 있습니다. 인간의 활동이 생태계가 자연적으로 회복할 수 있는 한계를 넘어서면서 문제가 발생하고 있는 것입니다.

인간이 생태계에 끼치는 영향을 각 권역(수권, 지권, 생물권, 기권)으로 나누어 생각해 볼 수 있는데, 먼저 수권에 끼치는 영향으로는 인간의 간척사업으로 해양의 자정역할을 하는 갯벌이 줄어들고 있으며, 정화되지 않은 공장폐수가 강이나 바다로 직접 흘러감으로써 물의 수질이 급격히 악화되었습니다. 또한 지하수를 지나치게 뽑아 사용함으로써 바다로 흘러가는 지하수의 양이 급감하였고, 이는 바닷물의 역류를 만들어 내기도 하는데, 이것은 현재 제주도에 다양한 관광시설이 지어져 지하수 사용량이 급증하면서 국내에서도 심각한 문제로 받아들여지고 있습니다.

인간은 도로를 만들거나 산을 깎음으로써 지권을 파괴하기도 합니다. 인위적인 지형의 변화는 침식과 퇴적의 균형을 깨뜨립니다. 또한 인간의 산업, 농업, 생활폐기물을 땅에 매립함으로써 지하생물이 서식하기 어려울 정도로 땅을 오염시키기도 합니다.

세 번째로 인간에 의한 대기의 변화는 체감적으로 가장 가깝게 느껴지고 있는데, 화석연료 사용의 증가로 대기중의 온실가스가 증가하면서 지구온난화를 가속시키고, 프레온가스의 사용은 오존층을 파괴하여 지표로의 자외선 유입을 증가시킵니다.

앞서 생태계는 서로 상호작용한다고 하였습니다. 즉, 위의 수권, 지권, 기권의 변화는 지구의 생물권에 영향을 끼칩니다. 바다와 강, 땅의 오염은 그곳에 서식하는 생물의 집단폐사를 일으키며, 자외선은 동물의 피부암 발생률을 높입니다. 또한 도시화가 가속되면서 생물의 서식지가 급감하고 있는데, 이로 인해 멸종하는 생물들이 많아지면서 현재를 또 하나의 대멸종 시기로 보는 시각도 있습니다.

선진국에선 간혹 생태계의 균형이 깨지는 것을 불가항력적인 자연현상으로 주장하기도 합니다. 이렇게 생태계가 현재 상태를 유지하지 않고 변화하는 것은 지구의 세차운동이나 대기 및 해양의 흐름 변화 등 자연적인 원인에 의한 것이므로, 인간이 노력한다 해도 이런 변화를 막을 수 없다는 것입니다. 그러나 이는 선진국이 지금까지 배출한 오염물질 및 온실가스에 대한 책임을 회피하기 위한 것일 뿐입니다. 인간은 생태계의 한 구성요소이므로, 생태계가 파괴되면 그 안의 인간도 절대 살아남을 수 없습니다. 인간에 의한 생태계 파괴는 부메랑이 되어 인간에게 돌아오기 마련입니다.

▲ IPCC 제4차 평가보고서에 나타난 지구 온도변화 경향

자연은 자연적으로 놔둘 때 스스로 정화하여 원래의 균형을 찾습니다. 따라서, 화석연료, 인, 황, 석회 등의 지하자원의 사용을 점차 줄여나가고, 생태계를 파괴하지 않는 재생에너지 개발에 힘써야 합니다. 그러나 인간의 환경파괴가 생태계가 스스로 정화할 수 있는 한계를 넘어서게 되면, 가속도가 붙어 인간의 영향이 사라진다 해도 원래 상태로 돌아갈 수 없습니다. 실제로 교토의정서가 채택되었던 기후변화회의에서 2012년까지 온실가스를 1970년대 이전 수준으로 줄이지 않으면 지구온난화의 가속도가 붙어 지구온도상승이 멈추지 않을 것이라는 관측을 하기도 하였습니다. 2012년이 지난 지금 시점에서 이러한 감축 목표는 실패로 끝났고, 만약 이러한 관측이 옳다면, 이제 인간은 생태계가 스스로 회복하도록 내버려 두는 것이 아니라, 생태계를 회복시키는데 직접적으로 관여해야 합니다.

이러한 노력은 다양한 방법으로 이루어 질 수 있습니다. 작게는 대중교통 이용하기, 나무심기, 물 아껴 사용하기 등 개개인의 노력부터, 국가의 산림재생 프로젝트, 멸종생물 복원, 빠르게 썩는 신소재 개발 등이 있을 수 있습니다. 현재 전 세계 주요국가는 4년에 한 번씩 세계기후회의를 개최함으로써, 이러한 변화를 이끌어내고 있지만, 선진국의 책임회피와 개발도상국의 개발중시정책이 충돌하면서 별다른 성과를 얻지는 못하고 있습니다. 따라서, 우리를 포함한 전세계 시민은 생태계 문제에 관심을 갖고 후원하며 목소리를 내고, 더 적극적으로는 환경단체에 가입하여 변화를 이끌어 내는 것도 좋은 방법이라 할 수 있습니다.