부산대학교

작성일: 2026.02.04

수정일: 2026.02.04

작성자: 황지현

조회수: 24

[PNU 리서치] 정동주 교수팀, 네이처 지오사이언스 게재 "중·저위도 해양 메탄가스 수화물, 지구온난화에 영향 없어"

지구 기후변화에 큰 역할을 하는 메탄(methane)이 해저 가스 하이드레이트(gas hydrate)*로부터 용출된 후 대기로 유입돼 지구온난화를 가속화한다는 기존 가설과 달리, 최근 중·저위도 가스하이드레이트에서 발생하는 메탄은 대기의 메탄 증가에 영향을 주지 않는다는 새로운 연구결과가 해양학과 정동주(사진) 교수팀에 의해 밝혀져 주목을 끌고 있다.

* 가스 하이드레이트: 영구 동토(凍土)나 심해저의 저온·고압 상태에서 천연 가스가 물 분자들내에 갇혀(trap) 생기는 고체로, 에너지원으로 사용될 수 있는 물질.

정동주 교수(제1저자, 교신저자)는 국제 공동연구를 통해 중·저위도 해양에서 해수 온도 상승으로 인해 해저 가스하이드레이트에서 발생하는 메탄이 해수로 유입되지만 대기로는 유입되지 않는다는 연구 결과를 발표했다.

이 연구는 미국 로체스터대학 존 케슬러, 탐 웨버(John D. Kessler, Thomas Weber) 교수, 캘리포니아 어바인 대학 존 쏘우튼(John Southon) 연구원, 미국지질조사국 캘롤린 러펠(Carolyn Ruppel) 박사와 함께 국제 공동연구로 수행돼, 10월 18일 세계적인 국제학술지 『네이처 지오사이언스(Nature-Geoscience)』에 게재됐다.

- 논문 제목: Negligible atmospheric release of methane from decomposing hydrates in mid-latitude oceans(미미한 수준의 중위도 지역 가스하이드레이트 메탄의 대기 유출)

- 논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41561-022-01044-8

이 저널에는 메탄 연구의 세계적 연구자인 영국 런던대학교 유완 니스벳(Euan G. Nisbet) 교수가 ‘Methane’s unknowns better known‘라는 제목으로 이 논문에 관한 특별 기고문을 게재하기도 했다.

- 기고문 링크: https://www.nature.com/articles/s41561-022-01049-3

또한 과학 분야의 권위 있는 , 등을 포함해 미국 내 미디어와 인터넷 사이트들이 이번 논문 내용을 보도하는 등 국내외에서 관심을 끌고 있다.

메탄은 이산화탄소보다 약 80배 이상 높은 온실효과를 갖는 가스로, 최근 그 사용이 급격하게 늘고 있다. 따라서 이산화탄소뿐만 아니라 메탄도 기후변화에 아주 중요한 역할을 한다.

특히, 가스하이드레이트는 전 지구적으로 메탄의 가장 큰 보관소인 것으로 알려져 있고, 여기서 용출되는 가스 대부분은 메탄이다. ‘불타는 얼음’으로 불리는 가스하이드레이트는 대부분 해저에 존재하며, 수심 약 500m보다 깊은 바다에서는 비교적 안정하다고 보고 있다.

그런데, 최근 지구온난화로 북극권의 동토층이 녹으면서 다량의 메탄이 대기 중으로 유출되고 있다. 또한 온난화에 따른 해수 온도 상승으로 해저의 가스하이드레이트 붕괴가 가속화되면서 다량의 메탄이 해수로 유입되고 있다.

현재까지의 가설은 해수 온도 상승으로 인해 가스하이드레이트가 붕괴돼 다량의 메탄이 해수 및 대기로 유출된다는 것이며, 이는 메탄-기후변화의 양성 피드백 고리(positive feedback loop)*의 형태로 발전될 수 있다고 보고 있다.

* 현재 진행 중인 지구온난화가 해수 온도를 높임 - 해저 가스하이드레이트 붕괴 - 메탄의 해수 및 대기 유출 - 지구온난화 가속화 ? 해수 온도 가속화 - 더욱더 많은 메탄 해수 및 대기 유출 - 온난화 지수적 가속화로, 즉 결과가 원인을 가속하는 양성 피드백 효과

지금까지의 다른 연구자의 연구는 하이드레이트에서 발생하는 메탄 방울(bubble)에 국한된 모델 예측이었고, 이를 뒷받침하는 실험적 결과뿐만 아니라 해수에 용해된(dissolved) 메탄에 관한 연구는 전무했다.

이에, 정동주 교수팀은 메탄에서 방사성탄소동위원소(¹⁴C-CH₄)를 분석해 해수 표층을 포함, 해수 내 메탄의 기원을 밝히는 연구를 수행했다. 그리고 이 연구를 통해 중위도(혹은 저위도) 지역 해저에 존재하는 가스하이드레이트로부터 발생하는 메탄은 해수로 다량 유입되지만 표층까지는 도달하지 않는다는 것을 밝혔다.

이 결과는 중·저위도 지역 해저에 존재하는 가스하이드레이트는 메탄-지구온난화-기후변화의 양성 피드백 고리에 영향을 주지 않는다는 것을 실험적으로 밝힌 최초의 연구다.

북태평양 및 북대서양 지역에서의 메탄의 분포

A) 북동 태평양 연구지역 및 해저에 존재하는 자연발생적 메탄 유출지(natural seeps)

B) 북서 대서양 연구 지점 및 해저에 존재하는 가스-하이드레이트와 자연발생적 메탄 유출지

C) 해수 내 메탄의 방사성 탄소 D) 농도의 수직적 분포

E) 위 결과를 종합하여, 수심이 약 300 m 이상 되는 해양 표층에서는 메탄 내 방사성 탄소값이 모두 현시대 탄소임을 밝히는 그림.

F) 해상에서 연구활동 중인 정동주(왼쪽) 교수와 로체스터대학 Mihai Leonte 박사과정학생(John Kessler photo)

또한 연구진은 얕은 해저에 존재하는 자연발생적 유출지(natural seeps)에서 발생하는 메탄은 해수 표층 및 대기로 유입됨을 확인했다고 밝혔다.

이번 연구를 주도한 정동주 교수는 “기후변화에 직접 영향을 주는 메탄은 아직 세계적으로 연구가 미흡하고, 메탄의 사용량 증가와 이산화탄소에 비해 상대적으로 높은 온실효과를 고려했을 때 메탄 연구는 기후변화 연구에 매우 중요하다”며 “특히 가스하이드레이트에서 발생하는 메탄 연구는 세계적으로 희소하며, 특히 이번 연구에 사용한 기술은 메탄 내 방사성탄소 측정 오류를 줄여 데이터의 정확성을 획기적으로 높인 기술로, 이를 이용하는 연구는 세계에서 이 연구팀이 유일하다. 따라서 이 분야는 앞으로 한국이 연구를 주도할 수 있다”고 밝혔다.

정 교수는 “메탄의 직접적인 대기 유출은 무시할 만하지만, 간접적으로 해수 내 이산화탄소량을 늘리고 궁극적으로는 해양의 이산화탄소 흡수능력을 줄임으로 기후변화에 영향을 준다”고 설명하고, “이번 연구는 중위도에 국한된 연구이지만 앞으로 극지역과 동해 등에서 연구가 진행된다면 해양 메탄의 대기 유입에 대해 더 정확한 정보를 얻을 수 있고, 전 지구적 기후변화 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

[Abstract]

Naturally occurring gas hydrates may contribute to a positive feedback for global warming because they sequester large amounts of the potent greenhouse gas methane in ice-like deposits that could be destabilized by increasing ocean/atmospheric temperatures. Most hydrates occur within marine sediments; gas liberated during the decomposition of seafoor hydrates or originating with other methane pools can feed methane emissions at cold seeps. Regardless of the origin of seep methane, all previous measurements of methane emitted from seeps have shown it to have a unique fossil radiocarbon signature, contrasting with other sources of marine methane. Here we present the concentration and natural radiocarbon content of methane dissolved in the water column from the seafoor to the sea surface at seep fields along the US Atlantic and Pacifc margins. For shallower water columns, where the seafloor is not within the hydrate stability zone, we do document seep CH4 in some surface-water samples. However, measurements in deeper water columns along the US Atlantic margin reveal no evidence of seep CH4 reaching surface waters when the water-column depth is greater than 430 ± 90 m. Gas hydrates exist only at water depths greater than ~550 m in this region, suggesting that the source of methane escaping to the atmosphere is not from hydrate decomposition.

- Paper Title: Negligible atmospheric release of methane from decomposing hydrates in mid-latitude oceans

- Authors: DongJoo Joung¹,²*, Carolyn Ruppel³, John Southon⁴, Thomas S. Weber¹, and John D. Kessler¹

1. Department of Earth and Environmental Sciences, University of Rochester, USA

2. Department of Oceanography, Pusan National University, Korea

3. U.S. Geological Survey, USA

4. Earth System Science Department, University of California, USA

- URL: https://www.nature.com/articles/s41561-022-01044-8

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