지진으로 인한 물의 변화가 나무의 성장을 도울 수 있다

지진은 어떻게 나무의 성장을 촉진하나?

연구자들은 ‘탄소동위원소’와 ‘세포 수준의 목질부 해부학(wood anatomy)’을 결합하여, 「지진으로 인한 물의 가용성 변화(seismic-induced changes in water availability)」가 나무의 성장에 영향을 미치는 메커니즘을 규명했다.
 

몬테레이소나무(Pinus radiata)의 목질부를 공초점레이더주사현며경(confocal laser scanning microscope)으로 들여다보면, 종종 성장시즌(growing season)마다 150줄 이상의 헛물관(tracheid)을 만든다는 것을 알 수 있다. 이는 지진의 ‘시즌 내의 수문학적 효과’를 연구하는 데 필요한 높은 수준의 시간적 분해능(temporal resolution)을 제공한다(Insets show low and high groundwater levels along the ridge and the valley bottom). / Credit: Christian Mohr, Source: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences

지진은 건물을 무너뜨릴 수 있지만, 숲을—최소한 잠시 동안—건설할 수 있다. 새로운 연구에서, 강력한 지진이 '추가적인 물'을 뿌리 주변의 토양으로 보냄으로써 나무의 성장을 도울 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이런 순간적인 급성장(fleeting growth spurts)은 목질부(wood)의 세포에 서명을 남기므로, 고대(古代)의 지진을 탐지하고 그 연대를 추정하는 데 도움이 될 것으로 보인다.
"이번 연구는, 1년보다 더 정밀한 스케일(해상도)로 지진을 탐지하는 데 있어서 새로운 지평을 열었다"라고 애리조나 대학교의 나이테 전문가인 이리나 파뉴슈키나는 논평했다.
독일 포츠담 대학교의 크리스티안 모어(수문학)가 처음부터 '지진활동도(seismicity)와 나무의 성장 간의 관계'를 밝히려고 연구에 착수한 것은 아니었다. 그러나 2010년 칠레의 마울레(Maule)에서 규모 8.8의 강진이 일어난 후, 그의 연구는 급선회했다. 지진이 (그가 퇴적물 운반을 연구하던) 하곡(河谷)을 뒤흔들었고, 곧이어 그를 뒤흔든 것이다. "그 당시 지진의 현장에 있던 나는 공포에 휩싸였다"라고 모어는 말했다. 그는 한밤중에 오두막집이 흔들리는 동안 문틀 안으로 피신했었다고 한다. 지진과 뒤이은 쓰나미는 칠레 해안의 일부를 황폐화했고, 수백만 명의 인명을 앗아갔으며, 200여만 명의 사람들에게 직접적인 영향을 미쳤다.
지진이 끝난 후 하곡 중 하나로 돌아왔을 때, 모어가 이끄는 연구팀은 '그곳의 유속(流速)이 전보다 빨라졌다'는 사실을 발견했다. 모어는 '마울레의 지진이 토양을 흔들어 섞는 바람에 투과성이 높아져, 지하수가 능선에서 계곡으로 더 쉽게 흘러내려오는가 보다'라고 생각했다. 또한, 지진이 '산림사면(hillslope)의 나무들'을 희생해 가며 '계곡의 나무들'의 성장을 돕는 것은 자연스러운 것처럼 보였다.
그런 일이 정말로 일어났는지 확인하기 위해, 연구팀은 칠레 해안에 위치한 2개 플랜테이션의 계곡바닥과 능선에서 자라는 6그루의 몬테레이소나무(Monterey pine) 몸통에서 20여 개의 목심(木心)을 채취했다. 각각의 목심은 연필 한 자루보다 가늘고, 길이는 두 배였다. 그들은 독일의 연구실로 돌아가 목심의 단면도를 현미경으로 관찰하여, '더 많은 물을 사용할 수 있게 됨에 따라 나이테 내 세포들(cells within the tree rings)의 크기와 형태가 변화한 과정'을 추적했다.
또한 연구팀은, 나이테 내 세포에서 '탄소 동위원소 비율(13C/12C)'이 변화한 과정도 추적했다. 나무는 광합성을 하는 동안 13C보다 12C를 더 많이 흡수하므로, 동위원소 비율의 변화는 '광합성에 의한 급성장'의 신호라고 볼 수 있다.
연구 결과, 계곡바닥의 나무들은 마울레 지진이 일어난 후 수 주 ~ 수개월 동안 '작지만 식별할 수 있는 급성장(small but discernable growth spurt)'을 경험한 것으로 나타났다. 이 정도면 상당한 폭풍우의 효과와 맞먹는다고 볼 수 있다. 그리고 예상했던 대로, 능선의 나무들은 계곡바닥의 나무들보다 지진 후의 성장이 느렸던 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 이상의 연구결과를 이번 달 《Journal of Geophysical Research Biogeosciences》에 발표했다(참고 1).
파뉴슈키나에 따르면, 이번 연구에 사용된 기법은 (나무의 단기적인 성장을 촉진하는) 지진이나 다른 사건들을 확인하는 데 사용될 수 있다고 한다. 나이테의 폭(width) 하나에만 의존할 경우 그런 사건들을 누락할 수 있다. 왜냐하면 나이테는 연평균 성장을 반영하므로, 나이테를 이용해 지진·화산분출·쓰나미를 확인하려는 연구는 고작해야 '1년 스케일'의 결과를 얻을 수밖에 없기 때문이다. 연구팀은 '세포 수준의 측정치'와 '탄소동위원소 데이터'를 결합하여, 마울레 지진을 '1개월 미만 스케일'로 탐지할 수 있었다.
"연구팀의 다음 과제는, 상이한 지역에서 반복적인 연구를 수행함으로써, 이번 연구의 기법이 상이한 수종(樹種)과 기후에도 적용되는지 여부를 확인하는 것이다"라고 칠레 아우스트랄 대학교의 안드레스 이로우메(수문학, 임학)는 논평했다. 칠레의 산림청에서는 종종 (나무의 성장을 제한하는) 매우 건조한 토양에 속성 몬테레이소나무를 심는다. 모어는 자신의 방법이 비교적 건조한 지역에 가장 잘 작동할 거라고 기대하고 있다. 왜냐하면 그런 지역에서는 물의 성장촉진 효과가 크기 때문이다. 그는 캘리포니아주 나파밸리에서 채취한 목심을 이용하여 이번 연구를 반복할 계획이다.
"또한 이번 연구에 사용된 방법은, 과학자들로 하여금 과거를 엿보도록 도와줄 것이다"라고 파뉴슈키나는 말했다. 그녀는 수천 년 전 일어난 단기적인 소동들(지진 포함)을 확인하는 날이 올 거라고 기대하고 있다. "고대의 지진과 (지하수에 영향을 미치는) 그밖의 사건들을 더욱 정확히 재구성하는 것은, 지질학과 수문학뿐만 아니라 사회를 위해서도 중요하다"라고 그녀는 말했다. "연구팀은 거기에 필요한 기법과 도구를 제공했다."
 
※ 참고문헌
1. https://doi.org/10.1029/2021JG006385
※ 출처
1. American Geophysical Union https://eos.org/research-spotlights/understanding-tremors-through-tree-rings

Understanding Tremors Through Tree Rings - Eos

2. Science News https://www.science.org/content/article/earthquakes-boost-tree-growth

Earthquakes boost tree growth

출처: ibric.org