근지표환경 임계영역Critical Zones의 환경적 중요성과 환경 관리의 미래 이슈

급속한 경제발전과 적극적인 국토개발정책으로 지난 60여 년간 우리나라는 전 국토(지표)면적의 약 90%를 개발하여 이용해 왔다. 지표면의 개발·이용은 장기간에 걸쳐 식생, 토양, 지질, 지하수계 등 근지표환경(near-surface environment)의 변화를 초래한다. 게다가 지표면에서의 인간활동은 근지표환경에 장기적으로 영향을 미치고, 이는 궁극적으로 농작물 생산, 온실가스 배출, 수질, 생물다양성 등에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 인간활동과 더불어 기후 변화 등은 근지표환경의 변화를 가속화하고 있다. 근지표환경에서 지구의 물순환, 식량공급, 생물다양성, 온실가스 저감 등 환경적으로 중요한 프로세스가 일어난다는 사실이 알려지면서 전 세계의 환경학자들은 자연환경 및 인간의 생활환경 등에 중요한 역할을 하는 근지표환경의 영역을 ‘임계영역(CZ: Critical Zones)’(이하 ‘크리티컬 존’이라고 함)이라고 칭하고, 이에 대한 연구에 지대한 관심과 노력을 기울이고 있다. ‘크리티컬 존’이란 용어는 약 15년 전에 미국 국가연구위원회(NRC: National Research Council, 2001)가 지구과학 연구 분야에서 본격적으로 사용하여 전 세계적으로 빠르게 퍼지고 있는 용어이다. 그러나 아직 우리나라에서는 지구과학자들에게조차 매우 생소한 용어로서, ‘크리티컬 존’에 대한 연구를 하기 위해서는 용어의 정의를 우선 정확하게 이해하여야 한다. 미국 NRC(2001)은 ‘크리티컬 존’을 “암석, 토양, 물, 공기, 생물체 간의 복잡한 상호작용을 통해 물질과 에너지 흐름이 일어나는 고체 지구와 유체 사이의 역동적인 경계영역으로서, 자연서식처를 조절하고 생명 자원의 가용성을 결정하는 불균질한 근지표환경”이라고 정의하였다. 또한 크리티컬 존은 대륙지각의 최상부를 포함한다고 정의하였다. 그 이후 여러 다양한 연구에서 각 연구의 관점에 따라 ‘크리티컬 존’의 정의와 범위를 조금씩 수정하여 사용하고 있다. 크리티컬 존은 지구에서 일어나는 복잡하고 다양한 프로세스를 과학적으로 탐구하기 위해 탄생한 개념으로서 구체적인 대상보다는 다소 포괄적이고 개념적인 측면에서의 정의이다. 크리티컬 존의 개념은 복잡한 생태계를 완전체로 이해하기 용이하도록 질량과 에너지 흐름에 있어서 지하-지표, 비생물-생물, 시간-공간을 통합하는 통일된 하나의 프레임워크를 제시한다(Lin Hopmans and Richter, 2011). 그중에서 가장 일반적인 크리티컬 존의 정의에 따르면, 크리티컬 존은 “지구의 근지표환경 중에서 캐노피층 상부에서 대수층 하부까지의 수직적 범위를 아우르는 영역”을 지칭한다(Giardino and Houser, 2015). 한편 지금까지 언급한 정의에 따르면, 지구 근지표의 모든 환경, 예를 들어 생물, 토양, 지하수, 암석 등은 모두 ‘크리티컬 존’이라고 할 수 있다. 다만 그동안 독립적으로 연구해 온 환경매체를 ‘크리티컬 존’이라는 통합된 매체로 보고 여기에서 일어나는 복잡 다양한 프로세스를 융·복합적 접근을 통해 해석한다는 점에서 ‘크리티컬 존’의 개념이 과학적 탐구에서는 의미가 있을 수 있으나, 연구 결과의 실질적 활용을 위해서는 더욱 구체적인 공간적 범위가 필요하다. 미국 국가연구위원회(NRC, 2011)는 21세기 지구환경과학 분야에서 가장 중요한 연구분야 중 하나로 크리티컬 존의 통합연구를 내세웠다. 크리티컬 존에서 일어나는 많은 환경적 현상은 이미 과학적으로 연구된 바 있는 것이 대부분이다. 그러나 크리티컬 존이라는 하나의 연구 지역에서 학제 간 연구를 수행하기 위한 통합 시스템적인 개념 접근을 통해 기존의 개별 연구로는 설명하거나 이해하기 어려웠던 현상을 해석하고 예측할 수 있다. 또한 크리티컬 존은 결코 새로운 개념은 아니지만 보다 정확한 이해와 예측을 가능하게 한다는 점에서 매우 유용한 개념이라고 할 수 있다. 이렇게 통합적인 접근으로 크리티컬 존을 연구하는 학문 분야를 ‘크리티컬 존 과학’이라고 부르는데, 크리티컬 존 과학에서는 기존 매체 단위의 연구나 거버넌스, 데이터의 활용 등을 시스템이라는 하나의 프레임워크 안에서 재조명하여 조사·분석한다는 점에서 큰 차별성이 있다. 최근 5년간(2011~2015년) 크리티컬 존 과학분야에서 총 200편 이상의 논문이 발간되는 등 전 세계적으로 크리티컬 존 과학 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다(Guo and Lin, 2016). Field et al.(2015)은 크리티컬 존을 생태계 서비스 관점에서 강조하고, 크리티컬 존의 프로세스와 생태계 서비스의 연결성에 대해 네 가지 범주에서 제시하였다. ‘크리티컬 존 서비스’란 기존의 생태계 서비스의 개념을 ① 공급(provisioning): 식품, 물 및 에너지 공급, ② 조절(regulating): 수질, 홍수 및 질병 규제, ③ 지원(supporting): 동식물의 유전적 다양성을 유지하도록 하는 지원적 측면, ④ 문화(cultural): 교육 및 미적 서비스의 측면으로 개념을 확장한 것이다. 또한 Field et al.(2015)은 ‘크리티컬 존 서비스’를 기존의 ‘생태계 서비스’에서 ① context, ② constraints, ③ currency의 관점에서 확장하여 제시하였다. 크리티컬 존은 수백만 년 동안의 물리적, 화학적 및 생물학적 상호작용의 과정에 의해 형성된다. 장기적인 관점에서 토양의 형성이나 수문학적 분배 과정, 지형의 형성 등과 같은 크리티컬 존 프로세스는 대륙의 생태계 서비스 패러다임보다도 시간범위에 있어서 훨씬 더 길다(Field et al., 2015, pp.2-3). 크리티컬 존은 상태와 서비스의 모든 측면에서 지역적인 제약이 존재한다. 생태계 서비스의 양과 정도(rates)는 사회적인 요구에 비례하여, 크리티컬 존 내에서 발생하는 지질학적 및 생물학적 과정에 의해 근본적으로 제약을 받는다고 할 수 있다. 결국 Field et al.(2015)는 “크리티컬 존의 기능을 설명하기 위해서는 토양 형성, 탄소안정화, 지하수 함양, 수문 과정과 같은 속도제한 프로세스(rate-limiting process)를 설명하는 공급망(supply chain)의 개념을 적용”해야 한다고 말한다. 즉, “사회가 생태계 서비스로부터 혜택을 받는 비율은 궁극적으로 크리티컬 존의 제한된 속도의 과정에 의존한다”는 것이다. 또한 이러한 과정은 생태계 시스템의 시간보다도 지질학적 시간의 규모에 좌우된다. 비교적 빠른 변화에 해당하는 유기물의 손실과 침식에서부터 느린 변화에 해당하는 토양 형성, 암상 변화 등과 같이, 시공간적인 범위가 확대 반영되어 있는 크리티컬 존의 개념이 중요하다고 할 수 있다(Field et al., 2015, p.3). 앞에서 Field et al.(2015)이 제안한 바와 같이 크리티컬 존 연구가 활성화되고 관련 자료가 축적되면, 생태경관, 종분포, 식물성장 등의 생물학적 생태 위주의 생태계 서비스의 개념이 지형, 지질, 토양, 지하수 등 비생물적인 면을 추가한 크리티컬 존 서비스 개념으로 확대되면서 새로운 환경이슈로 부상할 것이다. 특히 지속가능발전을 추구하는 정책기조에서는 크리티컬 존 서비스는 기존의 생태계 서비스에 지속가능발전이 추가된 개념이다. 다시 말해, 크리티컬 존 서비스는 지속가능성을 고려한 생태계 서비스로 개념이 확대되는 것으로서 이는 지속가능발전을 목표로 하는 미래 환경관리에서 다루어야 할 중요한 이슈라고 하겠다. 크리티컬 존 서비스로 개념을 확대하기 위해서는 현재 생태계 서비스의 가치평가에서 반영하고 있지 못한 암석, 지하수, 그리고 이들과 인접한 경계면에서의 프로세스에 대한 가치평가를 추가로 시행해야 할 것이다.