중국 잠수정, 미답의 북극 해령에 역사적 첫 잠수

극지 탐사의 역사적인 첫걸음

중국 잠수정 펀더우저에 탑승한 과학자들이 두꺼운 북극 유빙 아래 5km 넘게 잠수해, 지금까지 인간의 손길이 닿지 않은 가켈 해령 일부를 탐사하는 성과를 거뒀다. 이 해저 화산 산맥은 그린란드와 시베리아 사이에 뻗어 있으며, 지각판이 서서히 벌어지고 새로운 해양 지각이 형성되는 전 지구적 중앙해령 체계의 일부다. 탐사대는 최대 수심 5,277m에 도달해, 지질학적으로 중요하면서도 외딴 이 지역을 인간이 직접 관측한 최초의 기록을 세웠다.

연구선 탄쒀산하오호에서 진행된 이번 임무는 약 3개월간의 항해 중 43회 잠수를 마치며 극지 탐사의 한계를 넓혔다. 가켈 해령은 매우 느린 속도로 확장돼 독특한 지질·생물학적 환경을 조성한다는 점에서 오랫동안 과학자들의 관심을 끌어왔다. 이곳은 극한 환경에서 생명체가 살아남는 방식을 이해하는 데 새로운 단서를 제공할 수 있다. 중국 심해과학·공학연구소의 해양지구물리학자이자 탐사대 수석과학자인 샤오샤 황은 해령 동부 구간을 북극 지질 연구의 마지막 퍼즐 조각이라고 설명했다.

황은 이번 임무의 전례 없는 성격을 되새기며 “직접 심해를 연구할 기회를 얻었다는 것은 정말 큰 영광”이라고 말했다.

이전 탐사대들도 음파탐지기와 무인 잠수정으로 해령 일부를 조사했지만, 유인 잠수정이 가켈 해령 동부에 도달한 적은 없었다. 2003년 네이처에 실린 연구는 해령 서부의 열수 분출공을 밝혀냈지만, 동부 지역은 이번 탐사 전까지 완전히 미지의 영역으로 남아 있었다. 이번 임무의 성공으로 지구상에 남은 미답의 해저 가운데 하나를 들여다볼 드문 기회가 열렸으며, 독특한 심해 생물과 급격히 온난화하는 북극의 변화에 관한 새로운 단서가 발견될 가능성이 있다.

북극 얼음 속 항해의 난관

북극 유빙 아래에서 유인 잠수정을 운용하는 일은 혁신적인 해결책이 필요한 매우 어려운 과제다. 탐사대는 해수면의 80% 이상이 해빙으로 덮인 해역에서도 작업할 수 있도록 선구적인 ‘선박·잠수정 협조’ 방식을 개발했다. 이런 환경에서는 잠수정이 아무 곳에서나 수면으로 올라올 수 없다. 두꺼운 얼음 바로 아래에서 수면으로 올라오면 탑승자들이 갇혀 탈출하거나 긴급 지원을 받을 방법이 없을 수 있다.

잠수 때마다 쇄빙 연구선 탄쒀산하오호는 유빙에 임시 통로를 내 잠수정이 안전하게 진입하고 빠져나올 수 있는 얼음 바다의 웅덩이를 만들어야 했다. 해류와 바람에 따라 얼음이 끊임없이 이동하기 때문에 세심한 협조와 시간 조율이 필요했다. 탐사대는 북극해에서 56일간 작업하며, 얼음으로 뒤덮인 바다를 거의 2,000해리 항해해 목표 지점에 도달했다.

심해에서 돌아오는 과정은 특히 까다로웠다. 해저 작업을 마친 펀더우저는 수면 아래에서 잠시 멈춰 음파탐지기와 카메라로 개방 수역이나 얇은 얼음을 찾아 안전하게 떠오를 수 있는 지점을 살폈다. 경우에 따라서는 지원선이 얼음 사이로 길을 내는 동안 잠수정이 기다려야 했다. 쇄빙선과 잠수정이 세밀하게 맞춰 움직이는 이 방식은 극지 탐사에서 중요한 기술적 성과다.

이번 임무에 참여하지 않은 미국 우즈홀해양연구소의 해양지구화학자 크리스토퍼 저먼은 이처럼 외딴 지역에 도달한 것의 중요성을 강조했다.

저먼은 “그곳은 도달하기가 워낙 어려워 누가 무엇을 하든 거의 틀림없이 흥미롭고, 새롭고, 독특한 결과가 나올 것”이라고 말했다.

극한 환경에 대응하는 첨단 기술

이름이 ‘분투자’를 뜻하는 펀더우저는 극한의 심해 탐사를 위해 특별히 설계된 놀라운 공학 기술의 산물이다. 중국에서 건조된 이 잠수정은 최소 수심 7,000m까지 잠수할 수 있으며, 앞서 마리아나 해구의 챌린저 해연에서 10,909m까지 내려가 성능을 입증했다. 이곳은 지구 바다에서 알려진 가장 깊은 지점이다. 이번 북극 임무를 위해 잠수정은 거의 얼음점에 가까운 수온과 끊임없이 움직이는 해빙의 위협 속에서 작동하도록 개조됐다.

연구선 탄쒀산하오호도 기술적 이정표로 꼽힌다. 중국은 이 선박을 쇄빙 능력을 갖춘 세계 최초의 전 지구적 심해 탐사 전용 종합과학연구선이라고 소개한다. 쇄빙선과 심해 지원선의 기능을 결합해, 과거에는 얼음이 적은 짧은 여름철에만 접근할 수 있었던 극지에서 연중 활동이 가능해졌다.

독일 알프레드 베게너 연구소의 해양지구과학자 엘마르 알베르스는 이번 탐사의 기술적 성과가 단순한 이동 능력을 넘어선다고 평가했다.

알베르스는 “중국의 이번 임무는 지구에서 가장 극한적인 수중 서식지에 관한 중요한 새 통찰을 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 탐사에서는 중국 최초로 유인 잠수정 두 대가 함께 수중 작업을 수행했다. 펀더우저는 자오룽 잠수정과 함께 위치를 조율하고 표지를 주고받으며 수중 촬영을 진행했다. 유인 잠수정 두 대를 함께 운용하면 더 폭넓게 조사할 수 있고 안전을 위한 예비 수단도 확보할 수 있다. 자오룽은 이번 임무에서 중국 최초로 북극 얼음 아래 유인 잠수에도 성공해, 극지 심해 운용 능력이 커지고 있음을 보여줬다.

가켈 해령의 지질학적 중요성

가켈 해령은 초저속 확장 중앙해령의 가장 극단적인 사례 가운데 하나라는 점에서 지질학적으로 특별한 의미가 있다. 대부분의 중앙해령은 1년에 수cm씩 확장되지만, 가켈 해령은 새 지각이 사람의 손톱이 자라는 속도보다 느리게 형성될 정도로 확장 속도가 매우 느리다. 이처럼 느린 확장 속도는 독특한 지질 구조를 만들어내며, 해령을 따라 형성되는 열수계의 유형에도 영향을 미칠 수 있다.

전 지구적 중앙해령 체계의 일부인 가켈 해령은 판구조 운동과 지구 내부와 표면 사이의 원소 순환에서 중요한 역할을 한다. 북아메리카판과 유라시아판이 서로 벌어지는 경계에 해령이 형성되며, 이 틈으로 마그마가 상승해 새로운 해양 지각을 만든다. 이 과정에 대한 이해는 화산 활동부터 지질학적 시간에 걸친 해양 분지의 진화까지 다양한 현상을 모델링하는 데 도움이 된다.

탐사대는 해산과 절벽, 해저 언덕과 협곡 등 지질학적으로 흥미로운 지점을 조사 대상으로 삼았다. 카메라와 음파탐지기를 활용해 기존 지도의 흐릿한 윤곽을 실제 해저의 상세한 영상으로 대체했다. 이 고해상도 영상은 연구자들이 이 독특한 해령 체계의 구조와 형성 과정을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.

주요 과학적 목표 가운데 하나는 가켈 해령 동부에 열수 분출공이 존재하는지 확인하는 것이었다. 열수 분출공은 바닷물이 새로 형성된 화산암 사이로 스며들어 아래쪽 마그마에 의해 가열된 뒤, 용해된 광물을 싣고 다시 바다로 분출하면서 형성되는 해저 온천이다. 2003년 가켈 해령 서부에서 발견된 분출공 주변에는 햇빛 대신 화학 에너지를 이용해 완전한 어둠 속에서도 번성하는 독특한 생물 군집이 있었다.

극한 환경의 생명체 탐색

가켈 해령 동부에서 열수 분출공을 찾는 일은 단순한 과학적 호기심을 넘어선다. 열수 분출공은 다른 천체에서 생명이 어떻게 존재할 수 있는지에 대한 단서를 제공할 수 있는 독특한 생태계를 품고 있다. 분출공 주변의 생물은 햇빛과 무관하게 황화수소 같은 광물이 관여하는 화학 반응에서 에너지를 얻는다. 이런 대사 방식은 목성 주위를 도는 유로파와 토성 주위를 도는 엔셀라두스 같은 위성의 얼음 지각 아래에 존재할 가능성이 있다고 과학자들이 추정하는 생명체와 닮았다.

탐사대는 거의 100일간 해상에 머무는 동안 해령 곳곳에서 퇴적물 코어와 암석, 바닷물 시료, 생물 표본을 채취했다. 이 표본들은 이제 실험실에서 정밀 분석을 앞두고 있으며, 과학자들은 열수 활동의 화학적 흔적과 극한 환경에 적응한 독특한 생명체의 증거를 찾을 예정이다. 황과 연구팀은 활발한 열수 분출공을 발견했는지에 대해서는 말을 아꼈으며, 확실한 답을 얻으려면 수개월간의 세심한 실험실 연구가 필요하다고 시사했다.

이번 임무에서 채집한 생물 표본은 새로운 종이나 깊고 차갑고 어두운 환경에 적응한 독특한 생존 방식을 밝혀낼 수 있다. 탐사대는 황이 어둠과 추위, 압력, 암석으로 묘사한 환경에서 다양한 어류와 심해 생물이 살아가는 모습을 관찰했다. 이 생물들은 지구에서 가장 살기 어려운 환경 가운데 하나에서 생존하기 위한 놀라운 전략을 발달시켰다. 이를 이해하면 의학부터 생명공학까지 다양한 분야의 발전에 기여할 수 있다.

극한 환경의 생명체를 연구하는 우주생물학은 심해 탐사와 외계 생명체 탐색을 직접 연결한다. 북극해 열수 분출공 주변에서 생물이 번성할 수 있다면 태양계 곳곳의 얼음 위성 지하 바다에도 비슷한 생명체가 존재할 수 있다. 가켈 해령에서 채집한 표본은 외계 생태계의 모습을 예측하는 모델을 정교하게 다듬는 데 도움을 줄 수 있다.

북극 심해와 기후의 연관성

이번 임무는 수면 아래 수천m, 인간의 거주지에서 멀리 떨어진 곳에서 진행됐지만, 그 결과는 기후변화와 인류 사회에 미치는 영향과 직접적인 관련이 있다. 북극은 전 세계 평균보다 2~3배 빠르게 온난화하고 있으며, 이는 전 세계의 기상 패턴과 해수면, 생태계에 중대한 영향을 미친다. 북극 해저에서 일어나는 일은 온대 지역에서 경험하는 혹한이나 이례적으로 온화한 겨울을 좌우하는 기후 시스템과 맞물려 있다.

가켈 해령 같은 중앙해령은 심해에서 열과 화학물질이 이동하는 데 중요한 역할을 한다. 해수가 해령 인근의 해양 지각을 통과하면서 주변 환경과 열과 광물을 주고받는다. 이 과정은 해양의 화학적 조성과 순환 양상에 영향을 주고, 이는 다시 전 지구적 기후에 영향을 미친다. 가켈 해령에서 얻은 상세한 자료는 과학자들이 기후 모델을 개선해 해안 지역 사회의 장기 계획과 기반시설 개발, 재난 대비에 활용하도록 도울 수 있다.

북극은 전 지구적 기후변화를 감지하는 조기 경보 역할도 한다. 북극의 해수 온도와 화학적 조성, 생태계 변화는 다른 지역에도 결국 영향을 미칠 더 광범위한 변화를 알리는 신호가 되는 경우가 많다. 지금 북극 심해 환경의 기준 자료를 마련하면 과학자들은 향후 변화를 측정할 기준점을 확보하게 된다. 이는 온난화가 계속될 때 지구 시스템 전체가 어떻게 반응하는지 이해하는 데 필수적이다.

탐사대는 급격한 북극 기후변화 연구에 도움이 될 광범위한 관측 자료를 수집했다. 여기에는 수층 전반의 수온과 염도, 화학적 조성, 생물 군집 정보가 포함된다. 이런 자료는 북극해가 어떻게 변하고 있는지, 그 변화가 전 지구적 기후 시스템으로 어떻게 확산될 수 있는지 이해하는 데 도움이 된다.

중국의 확대되는 극지 진출

이번 임무는 과학적 성과에 그치지 않는다. 극지 연구 역량이 빠르게 커지고 북극 지역에서 존재감을 높이는 중국의 행보도 보여준다. 중국은 스스로를 ‘북극 인접국’으로 규정하며 지난 10년간 쇄빙선과 연구선, 무인 잠수정을 이 지역에 보내 극지 활동을 꾸준히 늘려왔다. 중국 정부는 기후 연구와 해양 생물다양성 조사, 해저 자원 지도화를 중심으로 한 ‘평화적 과학 발전’ 전략의 일환으로 북극 활동을 설명한다.

두꺼운 얼음 아래에서 심해 잠수를 수행하고 첨단 쇄빙 지원선을 운용하는 등 이번 탐사에서 드러난 기술 역량은 전략적 의미도 지닌다. 기후변화로 얼음 면적이 줄면서 북극 접근성이 높아지고, 새로운 항로가 열리는 한편 잠재적 자원도 드러나고 있다. 이 지역에서 중국의 기술 숙련도가 높아지면 향후 개발 기회와 새로 부상하는 북극 교역로에 참여할 기반이 마련된다.

지난여름 중국은 쇄빙선을 포함한 연구선 5척을 북극에 파견했다. 이처럼 대규모로 진출한 것은 극지 연구에 대한 중국의 의지와 북극 현안의 주요 행위자로 자리매김하려는 뜻을 보여준다. 얼음으로 뒤덮인 해역에서 유인 잠수 43회를 성공적으로 마치면서, 중국은 현재 해빙이 두껍게 덮인 북극해에서 지속적으로 유인 심해 잠수를 수행할 수 있는 유일한 국가가 됐다.

중국 자연자원부에 따르면 이번 탐사는 극지 해빙 구역에서 펀더우저와 탄쒀산하오호의 운용 능력을 입증했다. 임무를 통해 극한의 극지 환경에 적용할 운용 절차를 마련하고, 향후 탐사 가능성을 넓힐 이동식 얼음 잠수 모델을 개척했다. 이 분야에서 중국의 선도적 입지는 북극 거버넌스와 연구 협력, 환경 보호에 관한 국제 논의에도 영향을 미칠 수 있다.

과학적 발견을 향한 긴 여정

탐사 자체는 끝났지만 과학적 연구는 이제 시작이다. 임무 중 채집한 원시 표본과 영상 자료는 전체적인 의미가 밝혀지기까지 수년간 정밀 분석을 거쳐야 할 가능성이 크다. 암석은 광물 조성과 연대를 분석하고, 퇴적물 코어는 화학적·생물학적 지표를 조사하며, 생물 표본은 기존에 알려진 다른 종과의 관계를 확인하기 위해 연구할 예정이다.

과학자들은 특히 가켈 해령 동부의 열수 활동 흔적에 주목할 것이다. 특정 광물이나 비정상적인 수질 화학 조성, 특정 생물 군집은 이 지역에 활동 중인 열수 분출공이 있음을 시사할 수 있다. 이런 발견은 가켈 해령의 전체적인 모습을 완성할 뿐만 아니라 심해 환경에서 생명이 어떻게 확산되고 진화하는지에 관한 새로운 통찰도 제공할 것이다.

이번 임무에서 수집한 지질 자료는 초저속 확장 해령이 확장 속도가 더 빠른 해령과 어떻게 다른지 연구하는 데 도움이 된다. 이 자료는 판구조 운동 모델을 개선하고 지각의 형성과 진화에 관한 이해를 높일 수 있다. 해저 지형을 상세히 지도화한 결과는 이 지역의 향후 연구를 위한 기반이 될 것이다.

과학자들이 이번 역사적인 임무에서 얻은 자료와 표본을 분석하면 새로운 의문도 필연적으로 뒤따를 것이다. 발견은 대개 새로운 수수께끼를 드러내며 추가 탐사와 연구를 이끈다. 한때 얼음 아래 숨겨져 과학계에 알려지지 않았던 가켈 해령 동부는 이제 과학 지도에 이름을 올렸다. 이곳의 비밀은 지구의 심해와 그 위에서 변하는 북극을 바라보는 우리의 관점을 서서히 바꿔놓을 수 있다.

핵심 내용

• 중국 잠수정 펀더우저는 98일간의 북극 탐사에서 43회 잠수했으며, 최대 수심 5,277m에 도달했다.
• 탐사대는 그린란드와 시베리아 사이에 있는 해저 화산 산맥인 가켈 해령 동부를 유인 잠수정으로 처음 탐사했다.
• 이번 탐사에서는 해빙 면적이 80%인 해역에서도 작업할 수 있는 ‘선박·잠수정 협조’ 방식을 개척했다.
• 중국은 해빙이 두껍게 덮인 북극해에서 지속적으로 유인 심해 잠수를 수행한 첫 국가가 됐다.
• 탐사대는 이전에 조사되지 않았던 심해에서 퇴적물 코어와 암석, 바닷물, 생물 표본을 채집했다.
• 이번 임무에는 중국 유인 잠수정 펀더우저와 자오룽이 참여한 최초의 공동 수중 작업이 포함됐다.
• 연구를 통해 우주생물학과 기후과학에 중요한 열수 분출공과 독특한 생태계가 발견될 가능성이 있다.
• 이번 탐사는 극지 연구에서 중국의 기술 역량과 존재감이 커지고 있음을 보여준다.
• 표본과 자료의 과학적 의미를 온전히 파악하려면 수년간의 분석이 필요하다.