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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.36 No.6 pp.520-532
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2015.36.6.520

Holocene Sea Level Changes in the Eastern Yellow Sea:A Brief Review using Proxy Records and Measurement Data

Eunil Lee1, Tae Soo Chang2
1Ocean Research Division, Korea Hydrographic & Oceanographic Agency, Busan 49111, Korea
2Petroleum and Marine Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 34132, Korea

This is an Open-Access article distributed under the terms of theCreative Commons Attribution Non-Commercial License (http:// creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Corresponding author: tschang@kigam.re.kr Tel: +82-42-868-3197 Fax: +82-42-868-3417
September 4, 2015 October 15, 2015 October 24, 2015

Abstract

In order to understand the Holocene sea level changes in the eastern Yellow Sea, the west coast of Korea, andto compare the rates of sea level rise in each period of time, the geological proxy records for pre-instrumental era and measurement data for the present day were combined and analysed. The sea level in the Yellow Sea rose fast with a rate of about 10 mm/yr during the early Holocene, and decelerated down to 1 mm/yr since the mid to late Holocene. The rising rates of sea level in the 20th century were slightly higher than those in the late Holocene. The present-day rates of sea level rise, known as the ‘rapid’ rise, are in fact much lower or similar, compared to the early to mid Holocene sea levels in the study area. Recent tide-gauge data show that sea level rise in the eastern Yellow Sea has been accelerating toward the 21st century. These rising trends coincide well with global rising patterns in sea level. Additionally, the present-day rising trends of sea level in this study are correlated with increased rates of carbon dioxide concentrations and sea surface temperatures, further indicating a signal to global warming associated with the human effect. Thus, the sea level changes induced by current global warming observed in the eastern Yellow Sea and world's oceans can be considered as ‘Anthropocene’ sea level changes. The changes in sea level are based on instrumental measurements such as tide-gauges and satellite altimetry, meaning the instrumental era. The Holocene changes in sea level can thus be reconstructed from geological proxy records, whereas the Anthropocene sea-level changes can be solely based on instrumental measurements.


황해 동부 연안의 홀로세 해수면 변화:대리기록과 관측자료를 통한 재검토

이은일1, 장태수2
1국립해양조사원 해양과학조사연구실, 49111, 부산광역시 영도구 해양로 351
2한국지질자원연구원 석유해저연구본부, 34132, 대전광역시 유성구 과학로 124

초록

황해 동부 해안의 홀로세 해수면 변동 특성을 이해하고 시기 별 상승추세를 비교하기 위하여 지질학적 대리기록과 기기관측 자료를 통합하여 분석하였다. 홀로세 동안 황해의 해수면은 초기에 약 10 mm/yr의 속도로 빠르게 상승 하고 중기를 거쳐 후기로 갈수록 해수면 상승률은 1 mm/yr 정도로 둔화되며, 20세기 해수면은 홀로세 후기보다 다소 빠르게 상승하였다. 빠른 상승으로 알려진 현재 해수면 상승률은 홀로세 초기와 중기의 상승추세와 비교할 때 사실 훨씬 낮거나 비슷하게 나타난다. 최근 조위계 자료는 황해 해수면이 21세기로 갈수록 상승률이 높아지고 있음을 나타낸 다. 이러한 상승 추세는 전 지구적 해수면 변화와 일치한다. 추가적으로, 연구지역에서 현재의 해수면 상승 추세는 이 산화탄소 농도와 해수표층온도의 증가율과 대비되며, 이는 인간활동에 수반된 지구온난화의 신호이다. 그러므로 황해 동부와 전세계의 해양에서 관찰되는 현 지구온난화에 의해 야기된 해수면 변화를 ‘인류세’ 해수면 변화라고 제안한다. 이 해수면변화는 조위계와 인공위성 고도계 같은 기기관측을 기반으로 하며, 계측시대를 의미한다. 이와 같이, 황해의 홀로세 해수면 변동은 대리기록으로, ‘인류세’ 해수면은 기기관측을 기반으로 한다.


    Ministry of Oceans and Fisheries
    PJT200538

    서 론

    지구 역사를 통해 해수면의 상승과 하강이 반복되면서 해수면 높이는 지속적으로 변화해 왔으며, 그 규모의 차이는 있지만, 지금도 변하고 있다. 이렇게 끊임없이 변해온 과거 해수면은 주로 지질학적 증거 (예를 들면, 해저퇴적물, 해성단구, 해빈암, 해식와, 산호초군집, 유공충과 규조 등 미화석)에 대한 절대 연령 측정을 통해 밝혀져 왔으며 이를 근거로 과거 해수면 변동 곡선이 복원되었다(Van de Plassche, 1986;Pirazzoli, 1996; Bradley, 2014). 고해수면 곡선 에 따르면 제4기(Quaternary) 이래로 해수면이 현재 보다 높았던 기간이 훨씬 더 길며, 해수면 변화속도 는 일정하지 않고 빠르게 때론 느리게 변해왔다 (Lourens, 2008). 지난 빙하기 동안 해수면 변동 역사 에 나타난 뚜렷한 특징은 약 2만 년 전으로 추정되 는 마지막 최대 빙하기(last glacial maximum: LGM) 인데, 당시 해수면은 현재보다 약 130 m 정도 낮아 서 대륙 면적이 대략 18% 정도 더 늘어났던 시기로 알려져 있다(Bell and Walker, 2005; Ruddiman, 2008). LGM 이후 지구의 기후변화로 인해 대륙빙하 가 줄어들어 홀로세 동안 해수면은 점차 상승하여 현재 위치에 도달하였다(Pirazzoli, 1996; Ehlers et al., 2011).

    한편 현재 진행 중인 해수면 변화는 조위계(tidegauge)를 이용하여 직접 측정할 수 있는데, 이런 기 기관측은 1682년 암스테르담에서 시작되었으며 완전 한 조석곡선을 기록하는 조위 관측은 18세기 중반에 본격적으로 실시되어 실질적인 조위기록 역사는 약 150년에 불과하다(Gehrels and Woodworth, 2013). 우리나라 조위관측은 국립해양조사원이 1952년 목포 에서 시작한 이래 지금까지 50개 지점에서 실시되고 있으며 해수면 변동성 파악을 위한 기초자료로 활용 되고 있다. 실제로 지난 20세기 동안의 해수면 상승 률은 대부분 조위관측자료를 처리하여 산정하고 있다 (Pirazzoli, 1996; Douglas, 1991, 2001). 또한 1993년 부터 위성에 탑재된 고도계를 이용하여 해수면 높이 를 측정하고 있으며, 이러한 고도계 자료를 분석한 결과, 광역적인 해수면 상승률은 2.8 mm/yr 정도로 알려졌다(Cazenave and Nerem, 2004).

    IPCC 5차보고서(2013)에 따르면 해수면 상승률은지난 100년 동안 급격히 증가하는 경향을 보이며, 전 지구 평균 해수면이 1901-2010년 사이 약 19 cm 정 도 상승하였다. 그리고 산업혁명 이후 화석연료 사용 이 급증하여 대기 중 온실가스 농도가 높아져서 기 온 상승을 유발하였으며, 이로 인한 해수의 열팽창과 육상 빙하 융해가 해수면 상승의 주요 원인이라고 기술했다. 만일 이러한 지구 온난화가 지속된다면 21 세기 말에는 해수면이 45~82 cm(상승률은 8~16 mm/ yr)까지 상승할 것이라고 전망하고 있다. 이는 과거 해수면 변화가 주로 자연적인 요인에 의해 야기된 것과 달리, 현재 해수면 변동은 인간 활동에 의한 영 향을 더 크게 받고 있다는 것을 시사한다.

    우리 해역의 홀로세 해수면 변동은 부분적으로 복원되어 제시되었다(Park and Bloom, 1984; Chang and Choi, 2001; Lee et al., 2008b). 황해는 우리나라 와 중국으로 둘러싸인 반 폐쇄성 주변해(epicontinental sea)이며(Fig. 1), 수심은 평균 55 m 정도로 해저면이 평탄하나 연안에서 멀어지면서 점차 증가하여 중앙부 에서는 80 m 이상에 달한다(Chough et al., 2000). 황 해는 수심이 얕고 경사면이 완만하여 해수면 변화에 민감한 해역이므로 해수면 변화에 관한 다양한 분야 의 연구가 수행되어 왔다. 고해수면 변화는 해저퇴적 물이나 육성퇴적층을 조사하여 복원한 반면, 현재 변 하고 있는 해수면은 조위관측 자료를 분석하여 파악 하고 있다. 그러나 시대와 분야별 연구는 각각 수행 되었으나 과거의 대리기록(proxy records)과 현재의 기기관측(instrumental measurement)자료를 연계한 연 구는 아직 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 이 연 구는 지질학적 대리기록과 기기관측자료를 통합하여 황해 동부 해안의 홀로세 해수면 변동성 추세를 파 악하고, 마지막 최대 빙하기 이후 홀로세 동안 해수 면 변동 특성과 시대 별 상승률을 비교하고자 한다. 이 연구결과는 대리기록과 계측자료를 통합하여 지질 시대와 현재(present-day)의 해수면 변화를 대비한 첫 시도로서 이를 통해 향후 미래 해수면 변화 예측에 대한 전망과 방향을 제시하고자 한다.

    황해 홀로세 해수면 역사

    대리기록에 근거해 복원된 과거 해수면 변화

    마지막 최대 빙하기(LGM) 당시 황해 전 해역은대기 중에 완전히 노출되었으며 그 후 기후변화로 인한 해수면 상승이 시작되었다. 황해 중심부의 해침 현상(marine transgression)이 약 12,000-11,000년 전 에 시작되어 약 6,000년 전 쯤 해수면은 현재 위치까 지 도달하였다(Wang et al. 1985; Kim and Kennett, 1998; Chough et al., 2000).

    약 10,000년 전 황해 해수면 높이는 현재보다 40m정도 낮았는데 급속한 해수면 상승으로 인해 약 7,000년 전에는 −10m까지 높아졌다(Bloom and Park, 1985; Pirazzoli, 1991; Kim et al., 1999; Chough et al., 2000).{ label needed for ref[@id='R45'] }그 후 해수면은 완만하게 상승하면서 현 재 위치에 이르게 되었다(Yang and Xie, 1984; Feng and Wang, 1986; Pirazzoli, 1991).{ label needed for ref[@id='R45'] }이를 근거로 해수 면 상승률은 LGM에서 현재까지 대략 6~7 mm/yr 정 도이며, 홀로세 초기(10,000-7,000년 전 사이)에는 약 10mm/yr로 추산된다(Bloom and Park, 1985; Pirazzoli, 1991; Kim et al., 1999; Chough et al., 2000). 황해 곰소 만에서 재현된 해수면 곡선에 의하면, 한반도 황해 해수면은 7,000년 전 현재보다 6.5 m 낮았으며, 4,000년 전에는 3 m, 그리고 2,000년 전에는 2.5 m 아래에 위치하였다. 해수면은 7,000-4,000년 전 동안 1.16 mm/yr, 4,000-2,000년 전 사이에 0.25 mm/yr, 2,000년 전-현재까지는 1.25 mm/yr 속도로 변해온 것 을 알 수 있다(Chang et al., 1996; Chang and Choi, 2001).

    그리고, Hwang and Yoon (2011)은 일산지역 충적평야의 퇴적층에 함유된 규조를 분석하여 해수면 곡 선을 재구성하였는데, 해수면은 약 7,000년 전에 일 시적으로 정체되었고 그 후 상승하여 약 5,000년 전 경에는 현재보다 약 0.8 m 더 높아졌다. 4,000년 전 쯤 다시 해수면이 내려가면서 2,300년 전에는 현재보 다 0.15 m 더 높은 수준까지 낮아졌다. 2,300년 전 이후 해수면은 다시 상승하여 현재보다 1.1 m 더 높 아지는데, 이 연구자들은 홀로세 동안 해수면이 가장 높았던 시기를 약 1,800년 전 경으로 추정하였다. 홀 로세 중기 이후 황해 해수면은 5,000-2,300년 전 사 이에 0.24 mm/yr의 속도로 하강하고, 2,300년 전 이 후에는 0.41 mm/yr 속도로 상승한 것으로 보인다. 이 와 유사하게, Choi (2009)는 서해안 및 동해안의 해 안사구와 빈제(beach ridge)의 광자극발광(Optically Stimulated Luminescence: OSL) 연대측정결과를 이 용하여 상대적인 해수면 변동 곡선을 복원하였다. 이 에 따르면, 홀로세 해수면은 약 7,000년 전에 현재 해수면 위치에 도달하였지만, 6,500-5,500년, 3,500- 2,800년, 1,500-700년 전의 해수면은 현재보다 1~1.5m 더 높았지만, 약 2,800-1,600년 전에는 지금보다 −1.0 m로 다소 낮았을 것으로 추정하였다. 이는 Hwang and Yoon (2011)의 해수면 복원결과, 즉 1,800년 경 가장 높은 해수면과는 상반된다. 그럼에도 연안 육역 의 해수면 복원의 공통점은, 비록 차이가 존재하지만, 연안 해역의 연구결과와는 달리 홀로세 중기 이후 해수면의 상승과 하강이 반복되었다는 것이다.

    본 연구에서는 선행연구에서 고도(elevation)와 연대정보가 비교적 정확한 30여개 연대측정 시료(Table 1)를 대상으로 지난 홀로세 동안 황해 해수면 곡선을 재정립하였다. Table 1에 제시된 것처럼, 연대측정 시 료는 공간적으로는 모두 조간대에서 획득한 것이며, 이곳은 시료의 정확한 고도(평균해수면 기준)를 알 수 있다. 또한 시료는 사질-니질조간대 혹은 염습지 시추코어에 포함된 토탄, 목편과 패각을 대상으로 하 였다. 측정된 연대는 다시 시료채취 해당지역의 조위 차를 고려하여 고도를 재산출하였다. 위와 같은 과정 을 거쳐 복원한 결과, 황해 해수면은 8,000년 전에 약 10 m, 7,000년 전에 6~5m, 5,000년 전에 4~3m, 3,000-1,500년 전에 3~0.5 m 범위에 위치했던 것으로 보인다. 따라서 현세 해수면 상승은 8,000-5,000년 전 사이 2.3 mm/yr의 속도로 빠르게 진행되었고, 5,000-1,000년 전 동안에는 0.35 mm/yr로 둔화되다가 1,500년 전 이후에는 2 mm/yr 속도로 다시 가속된 것으로 보인다. 이와 같이 황해의 조간대와 만(bay) 의 해역자료로부터 복원한 황해의 홀로세 해수면은 대체로 큰 진동(fluctuations)없이 지속적으로 상승하 여 현재에 이르렀으며, 홀로세 동안 해수면이 현재보 다 더 높았던 시기는 최소한 연안 해역의 기록에는 없었던 것으로 보인다(Fig. 2).

    기기관측에 의해 측정된 현재 해수면 변화

    국립해양조사원은 조위계 자료의 품질과 관측기간을 고려하여 18개 조위관측소(Fig. 1)를 선정하고 매 년 해수면 상승률을 산정하여 발표하고 있다(KHOA, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014). 본 연구를 위해 동일 한 조위관측소 중 제주도 인근을 제외한 15개 조위 관측소에서 2014년 까지 관측된 조위자료를 선형 추 세분석하여 해수면 상승률을 산정하였다. 이 분석결 과에 의하면 연평균 해수면 상승률(Table 2)은 황해 1.31 mm/yr, 동해 2.04 mm/yr, 남해 2.65 mm/yr이며, 우리 해역의 해수면은 매년 2.05 mm 정도로 상승하 는 셈이다. 또한 국립해양조사원 연간 보고서(2010년 부터 2014년까지)에 따르면, 평균 해수면 상승률 범 위는 황해 1.47~1.67 mm/yr, 남해 1.77~2.15 mm/yr, 동해 2.36~2.64 mm/yr 인데, 황해 해수면은 남해와 동해에 비해 상대적으로 느리게 상승하는 것으로 보 인다(Table 2).

    KHOA (2013) 해수면 상승률은 황해 1.67 mm/yr,남해 1.77 mm/yr, 동해 2.60 mm/yr로 나타난다. 특히 특정 관측기간 동안의 해수면 변동성을 보면 1971- 2010년 동안 전 해역 평균이 1.99 mm/yr, 황해 1.74 mm/yr, 남해 1.75 mm/yr, 동해 2.48 mm/yr로 상승했 고, 1993-2010년 사이에는 전 해역 이 3.77 mm/yr, 황해 3.11 mm/yr, 남해 2.46 mm/yr, 동해 5.76 mm/y 정도의 상승률을 보인다. 두 기간 동안의 변동값을 비교하면, 1993년 이후 누적된 관측값에서 해수면 상 승률이 다소 높은 편인데 이는 해수면 상승률이 20 세기 후반을 지나서 21세기로 갈수록 증가하는 것을 의미한다. 한편, Yoon and Kim (2012)이 한반도 주 변의 해수면 장기간 변화를 파악하기 위하여 관측기 간이 25년 이상(1960-2010년)인 17개 지점의 조위자 료를 분석하였는데, 그 결과 평균 해수면 상승률은 황해 1.3 mm/yr, 남해 3.2 mm/yr, 동해 2.0 mm/yr로 나타났다. Kim et al. (2011a)이 16년 동안(1993- 2008년)의 조위자료를 활용하여 산출한 해역별 상승 률은 황해 3.6 mm/yr, 남해 4.7 mm/yr (제주 포함), 동해 3.1mm/yr이다. 전술한 연구결과(Yoon and Kim, 2012; Kim et al., 2011a) 사이의 해수면 변동률 차이 는 관측기간이나 조위관측소 위치에 따른 지역적 특 성 때문인 것으로 판단되며, 이들 변동값은 국립해양 조사원(Table 2)의 산정값 보다 비슷하거나 다소 높 게 나타난다.

    해안선이 복잡한 황해에서는 1970-1980년 대 항만이나 방조제 건설이 추진되었는데, 이와 같은 인위적 인 해안 개발이 해수면 변동에 국지적으로 영향을 미친 것으로 알려졌다(Kang et al., 2005; Kang, 1999; Jung, 2014). 특히 Jung (2014)은 황해 해수면 변동률 범위가 1.1~4.4 mm/yr 정도로 현저한 지역적 차이를 보여주는데, 이런 변동률의 차이는 대규모 해안 개발 의 영향 때문이라고 설명하고 있다. Kang et al. (2005) 는 하구언이나 방조제 건설로 인한 해수면 변화를 군산과 목포 조위자료를 분석하여 확인하였다. 이런 연구결과들은 황해 해수면 변동 특성이 관측기간, 조 위계 설치지점, 연안개발, 국지적인 지형변화, 지반침 하 등에 의해 영향을 받고 있음을 시사한다.

    그리고, Han and Huang (2008)은 TOPEX/Poseidon고도계 자료(1992-2002년)를 이용하여 황해를 포함한 동중국해의 해수면 변동성을 계산하였는데, 상승률은 약 6.4 mm/yr이며, 이 수치는 연구해역의 조위자료를 분석한 결과(6.0 mm/yr)와 좋은 대비를 보여준다. 최 근, Marcos et al. (2012)은 1993-2008년 사이의 고 도계 관측기록을 분석하여 황해와 동해에서 해수면 상승률을 각각 4.9, 3.8 mm/yr로 추정하였다.

    토 의

    황해 동부 연안의 홀로세 해수면 상승률 추세

    저 해수면 시기인 LGM 동안, 수심이 깊고 경사가급한 동해는 대부분 해수면 아래에 놓여 잠겨 있었 고, 현재 표면적의 약 15% 정도만 대기에 노출된 반 면(Lee et al., 2008a), 황해와 남해는 전 해역이 노출 되었다. LGM 이후 상승하기 시작한 황해 해수면은 홀로세 초기(상승률 10 mm/yr)를 거쳐 중기 동안 빠 른 속도로 높아졌다. LGM에서 홀로세 동안 판구조 운동 규모의 지각변동이 발생하지 않은 지역으로 알 려진 황해 분지에서, 해수면 상승의 주원인은 기후변 화에서 기인한 빙하기-간빙기 전환기에서 발생하는 전 지구 규모의 대륙 빙하의 융해 때문이며, 이 기간 동안 해수면의 급격한 상승은 전 세계적인 현상으로 알려져 있다(Pirazzoli, 1996; Ruddiman, 2008). 일반 적으로 수 천(만)년 동안 반복되는 간빙기-빙하기 규 모의 해수면 변화가 발생할 때, 상승 속도가 하강 속 도보다 빠르게 나타나는 경향을 보인다.

    홀로세 중기에서 후기로 갈수록 황해 해수면 상승속도는 점차 둔화되고(8,000-5,000년 전, 2.3 mm/yr, 5,000-1,500년 전, 0.35 mm/yr), 홀로세 후기 말에 다 소 증가(1,500-현재 사이 2 mm/yr)하는 것으로 기록 된다(Figs. 2, 3). 한편, 북미 해안의 소택지(salt marsh) 퇴적물 시료에서 추산한 해수면 상승률은 지난 2,500 년 동안 약 0.5~0.9 mm/yr (Gehrels et al., 1996; Gehrels, 1999)이며, 북반구 대서양 연안 퇴적물에서 복원한 홀로세 후기의 상승률은 각각 0.7 mm/yr (Van de Plassche et al., 2005), 0.9 mm/yr (Gehrels et al., 2011), 1.2 mm/yr (Donnelly et al., 2004)로 추 정하였다. 또한 19세기 중반 이전의 해수면 상승률은 대략 1 mm/yr (Miller, 2005) 정도로 추산한다. 홀로 세 중기 이후, 해수면의 낮은 상승률은 육상빙하 융 해의 영향이 점차 줄어들면서 상승 속도가 느려진 것으로 생각된다.

    조위자료분석을 근거로 한 현재 해수면 상승률은관측지점과 기간에 따라 차이가 있는데, 상승률은 1.31-1.67 mm/yr (Table 2), 3.55 mm/yr (Kim et al., 2011a), 1.3 mm/yr (Yoon and Kim, 2012), 1.1-4.4 mm/yr (Jung, 2014)이며, 이 수치들을 비교하면, 현 재 해수면 상승률이 홀로세 후기 말의 상승률보다 약간 높게 나타난다(Fig. 3).

    지난 100년 동안 전 세계적으로 해수면의 급격한상승(IPCC 2013)과 우리 해역에서도 높아지는 해수 면 상승률이 강조되고 있지만, 현재의 해수면 상승률 은 홀로세 초기의 상승률보다 훨씬 낮은 편이다. 따 라서 현재 진행 중인 해수면 상승은 홀로세 초·중기 에 비해 뚜렷하게 빠르다고 할 수는 없으며 홀로세 후기와 비슷하거나 약간 빠르게 진행되고 있다.

    현재 해수면 변동성 비교

    17세기 말 처음으로 조위 관측이 시작된 이래 조위계는 주로 북반구에 설치되어 해수면 변화를 모니 터링하고 있으며, 누적된 조위기록을 분석하여 해수 면 변동률을 산정하고 있다.

    기기관측자료를 분석한 연구결과를 보면(Table 3),해수면 상승률은 1700-2000년 사이에 0.93 mm/yr (Jevrejeva et al., 2008)로 관측되었으며, 지난 200년 동안 해수면 상승률 범위는 1.23∼2 mm/yr 정도인데, 1850-2000년 사이 1.23 mm/yr (Woodworth 1999), 1800-2000년 동안에는 1.3 mm/yr (Mortari, 2004)로 나타난다. 그리고 19세기에서 20세기 초반 사이의 해 수면 상승률은 1800-1900년 사이 0.6mm/yr (Jevrejeva et al., 2008), 1865-1930년 사이 0.92 mm/yr (Fairbridge, 1961), 1807-1939년 사이 1.1mm/yr (Gutenberg, 1941), 1807-1943년 사이 1.1 mm/yr (Lisitzin, 1958), 1860- 1960년 사이 1.2 mm/yr (Fairbridge and Krebs, 1962) 로 기록된다.

    또한, 20세기 동안 50년 이상 축적된 장기 조위관측 자료를 근거로 계산한 지난 100년 동안 전 지구 평균 해수면 상승률은 1.84mm/yr로 나타난다 (Douglas, 2001; Peltier, 2001). Church and White (2011)에 따 르면, 해수면은 1900-2009년 사이 1.7 mm/yr, 1961- 2009년 동안 1.9 mm/yr, 1993-2009 사이 2.8 mm/yr 의 상승률로 높아졌다. 해수면 변동률은 20세기 전반 부(1900-1964년) 동안 1.5 mm/yr (Kalinin and Klige, 1978), 후반에는(1950-2000년) 1.7~1.8mm/yr (Holgate and Woodworth 2004; Church et al., 2004; White et al., 2005; Meehl et al., 2007) 상승했다. 해수면 상승 률(Fig. 3)에 따르면, 해수면 상승률은 19세기에서 20 세기로 갈수록 높아지며, 20세기 동안에도 상반부에 서 후반부로 갈수록 증가하는 양상을 보인다. 특히 해수면 높이는 19세기 후반에서 20세기 초반 사이 이후 빠르게 상승한 것으로 나타나는데, 이 시기는 완만한 상승률이 빨라지는 전환기에 해당한다(Shennan and Woodworth, 1992; Engelhart et al., 2009; Woodworth et al, 2011).

    최근, IPCC 5차보고서(2013)는 전 지구 평균 해수면 상승률은 지난 100년 동안(1901-2010년) 1.7 mm/ yr, 1971-2010년 사이 2.0 mm/yr, 1993-2010년 사이 3.2 mm/yr로 보고하였다. 한편 동일기간 동안 해수면 변동 추세는(KHOA, 2013) 1971-2010년 사이 전 해 역 1.99 mm/yr, 황해 1.74 mm/yr, 남해 1.75 mm/yr, 동해 2.48 mm/yr이며, 1993-2010년 사이 전 해역이 3.77 mm/yr, 황해 3.11 mm/yr, 남해 2.46 mm/yr, 동해 5.76 mm/yr이다. 동일한 두 기간 동안(1971-2010년, 1993-2010년) 해수면 상승률은 황해에서 각각 1.74, 3.11 mm/yr, IPCC보고서(2013)에서 2.0, 3.2 mm/yr (2.8~3.6 mm/yr)를 보여주며, 이는 1993년 이후 누적 된 관측값의 상승률이 증가하는 경향을 보여준다. 이 러한 상승추세는 Church and White (2011)의 연구결 과(1961-2009년 동안 1.9mm/yr, 1993-2009년 사이 2.8 mm/yr)와도 일치하고 있다(Table 3). 그러므로 전 술한 연구결과(Table 3)를 비교할 때, 황해를 포함한 우리 해역의 평균 해수면 상승률은 21세기로 갈수록 높아지고 있으며, 이는 전 지구적 상승추세와도 비슷 하다.

    가장 최근 IPCC 5차보고서(2013)는 지구 온난화는전 세계적으로 명확한 기후현상이며, 20세기 중반 이 후 관측된 온난화의 주요 원인은 인간 활동으로 발 생한 온실가스 배출이라고 기술하고 있다. 그리고 해 수면 상승 현상의 주요 원인은 1970년대 이후 지구 온난화에 따른 해수의 열팽창과 육상 빙하 감소 때 문이며, 이러한 지구 온난화는 주로 인간 활동의 영 향이 매우 크다고 설명하고 있다. 그리고 지구 온난 화에 영향을 미치는 주요 온실가스인 이산화탄소가 산업혁명 이래로 지속적으로 배출되어 2012년 지구 평균농도가 393.1 ppm까지 상승하였으며, 지난 10년 간(2002-2012년) 증가율은 2.02 ppm/yr로 보고했다 (WMO, 2013). 또한 Jevrejeva et al. (2009)은 지난 150년 동안의 해수면 상승은 기후변화에 대한 인간 활동의 영향이 증가하는 것과 연관성이 있으며, 특히 20세기 동안 빠르게 상승한 해수면 높이는 주로(약 75% 정도) 이산화탄소를 포함한 온실가스의 급격한 증가 때문이라고 언급하고 있다.

    이러한 기후변화 현상은 한반도에서도 감지되고 있는데, National Institute of Environment Research (2015)는 안면도 기후변화감시센터 관측자료에서 1999- 2013년 사이에 이산화탄소 농도 증가율을 매년 2.1 ppm으로 관측했는데, 이 수치는 전 지구 평균값보다 높은 편이다. 한편 우리나라 근해의 표층수온은 산업 혁명 이후 약 1oC 이상 높아졌고 황해의 수온 상승 은 전 지구 평균 수온상승보다 약 2배 정도 빠르게 진행되고 있으며(Kim et al., 2011b), 또한 최근 수 십 년 동안 황해와 동중국해의 수온은 높아지고 있 으며 특히 1980년대 중반에서 현재까지 수온 온난화 가 보고되고 있다(Yeh and Kim, 2010). Seong et al. (2010)은 지난 41년 동안(1968-2008년)의 우리나라 주변 해역의 정선해양관측점에서 관측한 수온 자료를 분석하여 동해, 남해, 및 황해 관측 해역의 표층수온 은 각각 1.39, 1.27, 1.23oC 상승하였다고 보고하였다. 더욱이 Han and Huang (2008)은 황해와 동중국해의 해수면 상승률(6.4 mm/yr, 1992-2002년)의 50% 정도 는 밀도변화에 의한 부피 팽창(steric 효과)때문이라 고 설명하고 있다. 그러므로 황해를 포함한 우리 해 역의 해수면 상승현상은 인간 활동에서 기인한 전 지구적 또는 국지적 이산화탄소의 배출로 인한 지구 온난화와 밀접한 연관성을 보이며, 이산화탄소 농도 와 표층 수온 상승 특성이 이를 뒷받침하고 있다.

    ‘인류세’ 해수면 변화(Anthropocene sea level change)

    IPCC 제5차보고서(2013)는 인간 활동이 지구 기후시스템에 미치는 영향이 뚜렷하며 기후변화도 인간을 포함한 자연시스템에 광범한 영향을 미치고 있다고 기술하고 있다. 특히 인간 활동의 중요한 사례로 유 럽 산업혁명 이후 대기 중 온실가스 농도 증가를 들 고 있으며, 이로 인해 기온, 해수면 높이, 해수온도 등이 변하고 있다고 보고하였다. 이러한 전 지구적 기후변화의 영향과 마찬가지로 우리 해역에서도 지구 온난화에 의한 해수면 상승, 표층수온 및 해류의 변 화, 용존 기체의 감소와 같은 변화가 감지되고 있다 (National Institute of Environment Research, 2015).

    현재, 인간 활동으로 인한 지구환경변화가 급격히진행 중이며 이런 변화들이 지표면(Earth’s surface), 해양(oceans), 빙권(cryosphere), 생태계(ecosystem), 및 기후(climate) 등에서 보고되고 있다(Crutzen and Stoermer, 2000; IPCC, 2013). Crutzen and Stoermer (2000)은 인간에 의한 지구시스템 변화 시대를 ‘인류 세(anthoropocene)’라고 지칭하고 인류세의 시작을 산 업혁명 시기(1800년대)로 제안하고, ‘인류세’를 새로 운 지질시대로 지질연대표(geologic time table)에 반 영하기 위한 논의에 착수하였다. Foley et al. (2013) 도 ‘인류세’의 기원을 인구 증가와 대기 중 이산화탄 소가 급증하기 시작한 1780년으로 제안하였으며, 최 근 Lewis and Maslin (2015)은 지구 기온 상승과 이 산화탄소 농도를 근거로 1610년과 1964년이 ‘인류세’ 와 관련된 중요한 시점이라고 언급하였다. 하지만, ‘인 류세’는 공식적으로 새로운 지질시대로 확정되지 않 고 지금도 논의 중이다. 그럼에도 불구하고 ‘인류세’ 개념은 전 지구 변화(global change)를 다루는 다양 한 연구 분야(육상, 해양, 대기, 빙권, 생태계 등)에서 는 이미 폭 넓게 인정되고 있으며 관련 전문학술지 (e.g. ‘Anthorpocene’, ‘Anthropocene Review’, ‘Elementa’) 도 발간되고 있다.

    앞서 언급했듯이, 황해를 포함한 우리 해역에서 관측된 해수면 상승추세는 인간 활동으로 인한 지구 온난화 영향과 밀접한 연관성이 있으며, ‘인류세’를 지시하는 사례라고 할 수 있다. 나아가 현재 기기관 측 자료를 기반으로 산정된 해수면 변화를 ‘인류세’ 해수면 변화(anthropocene sea level changes)’라고 제 안하며, 황해에서 ‘인류세’ 해수면은 해수면 기록에 대한 계측시대(‘instrumental era’ by Gehrels and Woodworth, 2013)를 의미한다.

    향후, ‘인류세’ 해수면 변화는 기온, 표층수온, 대기및 해수 중 이산화탄소 농도, 고고학, 고기후학 자료의 변동특성에 대한 연관성을 대비하여 지구환경변화에 대한 인간 활동의 영향을 밝히는데 기여하리라 판단된 다. 또한 대리기록에 근거한 고해수면 변화와 더불어 기기관측 기반인 ‘인류세’ 해수면 변동 연구는 미래 해수면 변동 예측을 위한 중요한 자료이므로 이에 대 한 지속적이고 정확한 관측과 연구가 요구된다.

    요 약

    (1) 황해 동부 연안의 홀로세 해수면 변화율은 시기에 따라 차이를 보이는데, 초기까지 약 10 mm/yr 로 빠르게 상승하다가 중기를 거쳐 후기로 갈수록 상승률은 <1 mm/yr로서 둔화되는 경향을 보이며, 현 대 20세기 해수면 상승률은 홀로세 후기보다는 다소 높아지고 있다. 기기관측이래, 지난 100년 동안 해수 면 상승이 급격하게 진행되고 있지만 현재의 해수면 상승률은 홀로세 초기의 상승률보다 오히려 더 낮거 나 비슷한 추세를 보인다.

    (2) 현재 황해 해수면 변화는 20세기를 거쳐 21세기로 갈수록 상승률이 높아지고 있는데, 이러한 추세 는 전 지구적 해수면 변화양상과 유사하게 나타난다. 특히 20세기 동안 해수면 상승은 산업혁명 이후 온 실가스 배출로 인한 기온 상승현상이 주요 원인으로 서, 황해를 비롯한 우리해역의 해수면 상승도 인간 활동에서 기인한 기후변화와 밀접한 연관성을 보이며, 대기 중 이산화탄소 농도, 표층 수온 상승특성과도 좋은 대비를 보인다.

    (3) 인간 활동의 증가로 인한 지구 온난화 현상은20세기 이후 해수면 변화의 주요 원인이며 이러한 인간 활동에 의한 해수면 변화를 ‘인류세’ 해수면 변 화(anthropocene sea level changes)로 제안한다. 그리 고 인류세 해수면은 기기관측(조위계와 위성 고도계) 을 통한 계측시대를 의미한다. 따라서 홀로세 해수면 변동은 대리기록(proxy records)으로, ‘인류세’ 해수면 은 기기관측(instrumental measurements)을 기반으로 복원한다.

    (4) 이와 같이 과거 지질시대와 현재 계기관측에의한 해수면 변화는 대리기록과 관측자료 사이에 방 법론적 차이와 다소 불확실성이 존재하지만, 한편으 론 상호 보완적이며 이미 확인되거나 검증된 사실이 다. 따라서 미래의 해수면 변화는 지질시대의 대리기 록과 인류세 관측자료의 통합을 기반으로 예측되어야 할 것이다.

    사 사

    이 연구는 해양수산부/한국해양과학기술진흥원이지원하는「서·남해 연안환경의 과거 극한재해 발생 및 규모 추적 연구(PJT200538)」의 협동과제 “지질· 지화학 프록시를 이용한 연안 퇴적층 정밀 분석(NP2014-003)” 연구의 일부 지원과 국립해양조사원 의 조위관측자료를 분석하여 수행하였다. 심사과정에 서 원고내용의 향상에 도움을 주신 양우헌 교수(전북 대), 익명의 심사위원, 그리고 국립해양조사원 해양관 측과에 감사를 드린다.

    Figure

    92_F1.jpg

    Map of the Yellow Sea and adjacent seas. Tide gauge stations are denoted as the solid circles.

    92_F2.jpg

    Sea level curve combined with geological proxy records and instrumental measurements in the eastern Yellow Sea.

    92_F3.jpg

    Synthesis of rates of sea level rise estimated from tide gauges, satellite measurements, and proxy data during theHolocene.

    Table

    Holocene relative sea level index samples from the west coast of Korea

    Rising rates of sea level derived from tide gauge measurements around the Korean peninsula

    Selected lists of rates of sea level rise. All measurementsare conducted through tide gauges

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