Review

The Sea Journal of the Korean Society of Oceanography. 28 February 2019. 30-48
https://doi.org/10.7850/jkso.2019.24.1.030

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 해양 과학시추 역사

  •   2.1 심해저시추계획(DSDP: Deep Sea Drilling Project Phase): 1968-1983

  •   2.2 해저지각시추프로그램(ODP: Ocean Drilling Program): 1983-2003

  •   2.3 통합해저지각시추프로그램(old IODP: Integrated Ocean Drilling Program): 2003-2013

  •   2.4 국제해양시추탐사프로그램(new IODP: International Ocean Discovery Program): 2013-2023

  • 3. 해양 과학시추 50년 주요 성과

  •   3.1 기술적인 성과

  •   3.2 과학적인 성과

  • 4. 2023년 이후 계획(Beyond 2023)

  • 5. 우리나라(K-IODP)의 주요활동 및 제언

  •   5.1 K-IODP 주요활동

  •   5.2 제언

  • 6. 결 론

1. 서 론

지구 표면의 70%이상을 차지하고 있는 바다 밑 해저지질과 지각에 대한 연구가 수십 년 동안 이루어져오고 있지만 우주연구에 비해 투자한 노력과 그로 인해 밝혀진 정보는 아직 턱없이 부족한 현실이다. 그만큼 바다 밑 해저에 대한 연구가 기술적으로 어렵고 연구대상이 무궁무진하다는 것을 의미한다. 해양지질학 전문가들에 의하면 현재 제공되고 있는 간단한 해저 지형자료도 실제로는 약 5% 이내의 실측 자료만을 이용하여 내·외삽을 통해 만들어진 것이기 때문에 향후 더 많은 자료의 수집이 반드시 필요할 것으로 판단하고 있다. 그러므로 해저면 아래 지구 심부에 대한 연구는 두말할 필요가 없다. 심부시추를 위해서는 시추기술과 시추선 등 기술적인 부분이 선행되어야 가능하기 때문이다. 심부시추는 석유나 가스 탐사를 위한 상업시추의 경우 산유국을 대상으로 많이 이루어져 왔지만 과학적인 시추는 많지 않은 편이다.

과학적인 목적의 시추는 1968년 심해저시추계획(DSDP: Deep Sea Drilling Project)라는 이름으로 처음으로 시작되었고 2018년은 50년이 되는 해였다. 미국에서는 해양 과학시추 50주년을 맞이하여 미국 해양학회 학술지에 해양 과학시추 50년사 특별호를 준비하고 있다. 지난 해양 과학시추 50년 동안 해양지질학적으로 많은 성과를 거두었고 향후 50년은 이보다 훨씬 더 큰 성과를 기대할 수 있을 것이다. 현재 진행되고 있는 해양 과학시추는 New IODP (International Ocean Discovery Program) 즉 “국제해양시추탐사프로그램”이라는 이름으로 26개 국가들이 공동으로 가입하여 국제협력을 통해 거대과학을 연구하는 명실상부한 해양지질학 분야의 가장 성공적인 국제 프로그램이다(Witze, 2013).

해양 과학시추를 통한 연구는 주제와 범위(IODP, 2001)가 다양하다(Fig. 1). 특히 현재 진행되고 있는 국제해양시추탐사프로그램에서 추구하는 주요 연구 주제는 기후 및 해양변화, 신생물권, 지구동력학 및 지질재해 등 순수과학적인 분야 외에도 인류에게 피해를 주는 지질재해 분야에 대한 연구는 물론 해저를 관찰하는 모니터링 시스템 설치와 이산화탄소 지중저장소 발견 등 다양한 응용분야를 포함하고 있다(IODP, 2011; Kim et al., 2014). 지금까지 해양 과학시추를 통해 얻어진 성과는 시추기술과 같은 기술적인 혁신 외에도 Nature나 Science와 같은 국제 저명 학술지에 500편 이상의 논문이 출판되어 과학적인 성과도 많다(Editorial, 2018; IODP, 2018).

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Fig. 1.

Earth system components, process, and phenomena around the world oceans (IODP, 2001). Note various scientific research themes from deep ocean drilling.

해양 과학시추 연구에 참여하기 위해 한국은 1997년부터 국제해양시추탐사프로그램의 전단계인 해저지각시추프로그램(ODP: Ocean Drilling Program)에 가입하여 현재까지 참여하고 있으며, 총 57명의 한국인 과학자가 전 세계 대양의 시추에 참여하여 국제공동연구를 수행한 바 있다(Hyun et al., 1998; Lee et al., 2006; Kim et al., 2012, 2013a, 2013b, 2014a, 2014b, 2017, 2018). 또한 2013년 7월 우리나라가 국제해양시추탐사프로그램에 가입한 후 처음으로 우리나라 배타적경제수역내에서 시추(IODP Exp. 346)가 성공적으로 이루어진 것도 큰 성과중 하나라고 볼 수 있다.

2. 해양 과학시추 역사

2.1 심해저시추계획(DSDP: Deep Sea Drilling Project Phase): 1968-1983

심해저시추계획은 해양 과학시추 프로그램 중에서 가장 먼저 만들어진 것으로 실제는 1966년 7월 24일 미국과학재단과 캘리포니아 대학 간의 상호 계약을 통해 처음 시작되었다. 미국 샌디에고의 캘리포니아 대학 스크립스 해양연구소와 해양시추를 수행할 수 있는 해양업체(Global Marine Inc.)가 참여하면서 심해저시추계획 1단계(DSDP Phase Ⅰ)가 시작되었다(www.iodp.tamu.edu). 심해저시추계획 동안에 이용된 글로마 챌린저호(D/V Glomar Challenger)(Fig. 2A)는 1967년 텍사스 오렌지시에 있는 레빙스톤 조선소(Levingston Shipbuilding Company)에서 건조되었고, 1968년 3월 23일 첫 취항하여 그해 8월 멕시코 만에서 심해저시추계획을 위한 테스트가 완료되었다

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Fig. 2.

Photograph (A) of D/V Glomar Challenger and the locations (B) drilled using Glomar Challenger during DSDP.

시추위치 선정을 위해 기본적으로 필요한 지구물리탐사 재원은 미국 과학재단이 지원하였고 시추를 위한 과학계획 수립은 미국 내 대학연구소, 정부기관, 전 세계에 있는 개인회사 등에 근무하는 250명 이상의 과학자들로 구성된 이른바 “Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling (JOIDES)”의 자문 그룹에 의해 이루어졌다. 심해저시추계획 2단계(DSDP Phase Ⅱ)는 30개월 이상 진행되면서 대서양, 태평양, 인도양, 지중해, 홍해 등에서 시추가 진행되었고 1972년 8월 종료되었다. 1975년에는 International Phase of Ocean Drilling (IPOD) 프로그램에 미국을 포함해 독일, 일본, 영국, 소련연방, 프랑스가 참여하면서 각 국의 과학자들이 글로마 챌린저호에 승선하여 공동연구를 수행하기도 하였다.

글로마 챌린저호는 1983년 11월 심해저시추계획을 종료하였고, 배의 일부 장비 즉 동적위치유지 시스템(dynamic positioning system), 엔진(engine telegraph), 추진제어(thruster console) 등은 워싱턴 DC에 있는 스미소니언 박물관에 보관되었다. 그 이후는 새로운 시추선인 죠이데스 레졸루션(JOIDES Resolution)이 글로마 챌린저호를 대체하였다.

심해저시추계획 동안의 시추는 시추번호 1번에서 96번째(Legs 1-96)까지 이루어졌고(Fig. 2B) 그 결과는 “Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project”에 출판되었으며, 심해저시추계획 동안에 이루어진 시추코어에 대한 일반적인 정보는 Table 1에 정리되어 있다.

Table 1. Summary of Deep Sea Drilling Project (1968-1983)(www.idop.org)

Glomar Challenger
Number of expedition completed 96
Number of sites investigated 624
Number of holes drilled 1,053
Number of cores recovered 19,119
Deepest hole penetrated (m) 1,741
Deepest water depth (m) (Leg 60 Site 461A) 7,044
Total core recovered (m) 97,056

2.2 해저지각시추프로그램(ODP: Ocean Drilling Program): 1983-2003

해저지각시추프로그램은 미국 과학재단에 의해 예산지원이 이루어졌고, 22개국이 가입하여 공동파트너 형태로 수행되었다. 주요 목적은 해양분지의 역사 및 진화 규명과 해저지각의 성분 및 특성 등을 밝히는 것을 목표로 과학시추선인 죠이데스 레졸루션(D/VJOIDES Resolution)(Fig. 3A)을 이용하였다. 앞에서 설명한 바와 같이 JOIDES는 “Joint Oceanographic Institution for Deep Earth Sampling”의 약자이며 미국내 18개 대학연구소가 공동으로 가입하였다. 해저지각시추프로그램 동안에는 미국 텍사스 A&M 대학이 과학시추에 대한 운영을 맡았고 콜롬비아 대학의 라몬트 연구소가 물리검층 부분을 담당하였다. 1985년부터 2003년까지 해저지각시추프로그램기간 동안에 총 110 번의 시추(Legs 100-210)가 이루어졌고 시추위치는 Fig. 3B와 같으며 총 시추코어에 대한 정보는 Table 2에 정리되어 있다.

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Fig. 3.

Photograph (A) of R/V JOIDES Resolution and the locations (B) drilled using R/V JOIDES Resolution during ODP.

Table 2. Summary of Ocean Drilling Program (1985-2003)(www.idop.org)

JOIDES Resolution
Number of expedition completed 111
Number of sites investigated 669
Number of holes drilled 1,797
Number of cores recovered 35,772
Deepest hole penetrated (m) 2,111
Deepest water depth (m) 5,980
Shallowest water depth (m) 37.5
Total core recovered (m) 222,704

2.3 통합해저지각시추프로그램(old IODP: Integrated Ocean Drilling Program): 2003-2013

2003년부터 시작된 통합해저지각시추프로그램(old IODP)은 2013년부터 시작된 IODP와의 약어가 같아 old IODP와 new IODP 등으로 구분하여 사용하기도 한다. 따라서 이 논문에서도 이러한 명칭에 따라 표현하고자 한다. 통합해저지각시추프로그램에서는 해저지각시추프로그램(ODP) 동안에 이용된 죠이데스 레졸루션(Fig. 3A)과 2005년 일본에서 건조되었고 라이저(Riser) 시추가 가능한 지구호(D/V Chikyu)(Fig. 4A) 및 유럽해양시추연합(ECORD: European Consortium for Ocean Research Drilling)에서 운용하는 특수임무시추선(MSPs: Mission Specific Platforms)(Fig. 4B)을 공동으로 운영하는 형태로 진행되었다. 통합해저지각시추프로그램(old IODP) 동안 총 52군데의 시추(Fig. 4C)에 이 세대의 시추선이 공동 이용되었다. 특히 통합해저지각시추프로그램(old IODP) 동안에 심부시추가 가능한 지구호를 이용한 해양 과학시추를 통하여 섭입판과 지진대 운동기작 등에 대한 새로운 연구결과가 많이 도출 되었다. 또한 시추공 내 지진계 설치로 판의 이동에 의한 지진과 쓰나미 예보가 가능한 관측정을 설치하였다. 통합해저지각시추프로그램(old IODP)은 시추번호 301-346 (Expeditions 301-346)까지 수행되었고, 동해에서 시추한 시추번호 346 (Exp. 346)을 마지막으로 2013년 9월말 종료되었다. 통합해저지각시추프로그램(old IODP) 동안에 각 시추선에 의해 이루어진 총 시추코어에 대한 정보는 Table 3에 정리되어 있다.

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Fig. 4.

Photographs (A, B) of D/V Chikyu and MSP, and the locations (C) drilled using R/V JOIDES Resolution, D/V Chikyu, and MSP during IODP.

Table 3. Summary of Integrated Ocean Drilling Program (2003-2013)(www.idop.org)

JRChikyu MSP Total
Number of expedition completed 35 14 5 54
Number of sites investigated 145 38 67 250
Number of holes drilled 439 95 115 649
Number of cores recovered 8,491 927 2,676 12,094
Deepest hole penetrated (m) 1,928 3,059 755 3,059
Deepest water depth (m) 5,708 6,929 1,288 6,929
Shallowest water depth (m) 95.5 885 23 23
Total core recovered (m) 57,289 4,886 4,131 66,306

2.4 국제해양시추탐사프로그램(new IODP: International Ocean Discovery Program): 2013-2023

2013년 10월부터 새로이 시작된 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)은 과학시추의 의미를 더 많이 부여하기 위하여 기존의 시추공학적인 의미를 가지고 있는 old IODP와 영문약어는 동일하지만 다른 의미의 명칭(Integrated→International, Drilling→Discovery)으로 변경하여 국제공동 과학시추 프로그램이라는 것을 강조하는 이름으로 변경되었다. 또한 운영시스템도 큰 변화가 있었다. 즉 기존의 통합해저지각시추프로그램(old IODP)에서는 세대의 시추선을 통합하여 운영하였으나 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)에서는 각 국가가 시추선을 별도로 운영하는 형태로 전환되었고 가입국도 자기들이 원하는 시추선에 파트너 형태로 가입하여 회원국으로서 자격을 가지고 권리를 행사할 수 있는 시스템으로 전환되었다.

국제해양시추탐사프로그램(new IODP)은 현재 총 26개국(3개국은 옵서버 형태로 가입)이 가입(Table 4)되어 있는데 미국 국립과학재단(NSF: National Science Foundation)에서 지원하는 JR partner, 일본 문부과학성(MEXT: Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan)에서 지원하는 Chikyu partner, 그리고 MSP (Mission Specific Platform)를 운영하는 유럽공동체(ECORD)에서 지원하는 ECORD member로 구성 된다(Fig. 5). 우리나라는 현재 JR partner에 가입되어 있다(Table 4; Fig. 5). 현재 옵서버 형태의 가입을 제외하면 중동과 아프리카 국가들이 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)에 가입되어 있지 않은 것이 특징인데(Fig. 6) 이는 각국의 경제수준과 연관이 크다는 것을 알 수 있다. 참고로 현재 가입되어 있는 회원국들이 전 세계 경제의 75%이상을 차지하는 것으로 알려져 있다(www.iodp.org). 하지만 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)에서는 미 가입된 이러한 개발도상 국가들이 향후 가입하여 공동연구를 할 수 있도록 다양한 정보를 제공하기 위해 회원국 국제회의에 옵서버로 참석하도록 권유하고 있다.

Table 4. Platform partner of IODP member country

Partner Country
JOIDES Resolution (NSF) USA, Australia, New Zealand, China, India, Brazil, Korea, European country (ECORD)
MSP (ECORD) Austria, Canada, Denmark, Finland, France, Germany, Ireland, Italy, Netherlands, Norway, Portugal, Spain, Sweden, Swiss, United Kingdom (Observer: Belgium, Israel, Russia)
Chikyu (MEXT) Japan, European country (ECORD), Australia, New Zealand

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Fig. 5.

IODP funding model (www.iodp.org). Note that Korea is JR partner.

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Fig. 6.

Areal distribution of IODP member country (www.iodp.org). Note no Africa and middle East countries in IODP member.

국제해양시추탐사프로그램(new IODP) 과학계획은 2009년 9월 독일 브레멘에서 21개 국가에서 참가한 약 600명의 과학자들이 "INVEST 컨퍼런스"를 통해 수립되었다. 이 계획에서 향후 10년(2013-2023) 동안 회원국들이 국제 협력으로 연구할 4가지 연구주제(Climate and Ocean Change, Biosphere Frontier, Earth Connections, and Earth in Motion)를 정하였고(Fig. 7A) 이러한 주제를 기초로 시추제안서를 제출하고, 최종 시추를 추진하는 것으로 진행되고 있다. 또한 시추된 코어는 시추지점의 지리적 위치에 따라 대서양지역에서 시추한 코어는 독일 브레멘 대학 코어센터(BCR: Bremen Core Repository), 태평양 지역에서 시추한 코어는 미국 텍사스 걸프 연안 코어저장소(GCR: Gulf Coast Repository), 서태평양 및 인도양에서 시추한 코어는 일본 고치코어센터(KCC: Kochi Core Center)에 각각 보관해(Fig. 7B) 시추코어를 필요로 하는 연구자에게 제공하고 있다 (IODP, 2011).

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Fig. 7.

Science plan (A) of new IODP and three regional core repositories (B)(BCR, GCR, KCC) of IODP(IODP, 2011).

국제해양시추탐사프로그램(new IODP)에서는 해양과학의 미래를 준비하기 위해 교육과 아웃리치도 중요한 부분으로 인식하고 교육프로그램은 물론 각종 언론매체를 통해 이 프로그램을 홍보하고 있다. 미국 심부지구교육(deep earth academy)에서 실시하는 프로그램(교육 명: School of Rock)은 죠이데스 레졸루션에 직접 탑승하거나 혹은 걸프 연안 코어 저장소에서 교사들이나 대학원생에게 1~2주간의 집중교육을 시키는 프로그램이다. 유럽에서 실시하는 교육 프로그램(교육 명: ECORD Summer School)은 이탈리아에서는 고기후 분야를 독일에서는 지구동역학 및 지질재해분야에 대한 교육을 실시하고 있다. 일본에서 실시하는 교육(교육 명: J-DESC Core School)은 일본 고치코어센터(Kochi Core Center: KCC)에서 주로 실시하고 있고 승선연구를 위해 필요한 기초적인 교육과 승선 후 연구를 위해 필요한 심화교육으로 나누어 실시하고 있다 (IODP, 2011). 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)은 인터넷(웹사이트, 페이스북, 트위터 등)을 통한 홍보는 물론 문서와 오디오, 비디오 등 매체의 활용과 공공기관 및 사회 네트워크를 이용하여 해양과학을 일반 대중에게 알리는 등 적극적인 소통 프로그램을 만들어 운영하고 있다(IODP, 2011).

국제해양시추탐사프로그램(new IODP) 동안(2013-2017년 7월까지)에 각 시추선에 의해 이루어진 총 시추코어에 대한 정보는 Table 5에 정리되어 있다. Table 5에서 알 수 있듯이 죠이데스 레졸루션을 이용한 시추코어 길이가 34,410 m로 다른 두 시추선에 비해 아주 길다. 이는 죠이데스 레졸루션의 경우 1년에 4-5회의 시추가 이루어지는 반면 지구호(Chikyu)나 특수임무선의 경우 1년에 1회 이내의 시추가 일반적이며 특히 지구호의 경우 코어획득을 위한 시추보다는 해저 시추공에 지각변화를 감시하는 모니터링 시스템을 설치하는 것을 주 임무로 하였기 때문이다.

Table 5. Summary of International Ocean Discovery Program (2013~July 2017)(www.idop.org)

JRChikyu MSP Total
Number of expedition completed 13 2 2 17
Number of sites investigated 60 2 10 72
Number of holes drilled 191 6 18 215
Number of cores recovered 5,798 130 439 6,367
Deepest hole penetrated (m) 1,806 1,180 1,335 1,806
Deepest water depth (m) 4,775 4,776 1,568 4,776
Shallowest water depth (m) 87 2,524 20 20
Total core recovered (m) 34,410 667 1,114 36,191

3. 해양 과학시추 50년 주요 성과

3.1 기술적인 성과

해양 과학시추 50년에서 얻어진 가장 큰 기술적인 성과는 시추위치가 결정된 후 정확한 위치에서 연속적으로 시추코어 획득이 가능할 수 있도록 시추선의 위치를 유지해주는 이른바 동적위치유지 시스템(dynamic positioning system: DP system)이다(Fig. 8)(www.jamstec.go.jp). 이 동적위치유지 시스템은 위성으로 부터의 위치자료와 해저에 설치된 트랜스폰더(transponder) 그리고 시추선 앞뒤 및 좌우에 부착된 스러스트(thruster)에 의해 위치유지가 이루어지는데 해류, 바람, 파랑 등 다양한 해양환경 하에서도 정확한 위치를 유지할 수 있도록 해준다.

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Fig. 8.

Thruster of drilling vessel and simple principle of dynamic positioning system (www.jamstec.go.jp).

동적위치유지 시스템 외에 해양 과학시추를 위해서는 해저 지층의 특성에 따라 시추도중에 드릴비트(drill bit)를 교체해야하는 것이 필요하다. 비교적 연약한 상부의 경우 진보된 피스톤 시추기(APC: Advanced Piston Corer)로 가능하지만 하부로 갈수록 다짐작용과 고화작용이 더욱 심화되어 회전식 코어 베럴(RCB: Rotary Core Barrel)과 같은 단단한 지층이나 암석지층도 시추 가능한 드릴비트로 교체해야 한다. 또한 해저 암석의 경우에 드릴비트가 마모되기 때문에 지속적으로 교체해야 하는 경우도 발생한다. 이러한 드릴비트의 교체는 정확한 위치유지와 더불어 동일한 시추공에 드릴비트를 재투입해야 하는 어려움이 있다. 이러한 작업을 쉽게 해주는 것이 재투입 콘(re-entry cone)(Fig. 9)이며, 1970년도에 발명되어 결정적으로 해양 과학시추를 가능하게 한 기술이다. 초기에 개발된 재투입 콘에 비해 현재 사용하고 있는 것은 크게 개선된 형태의 것들이 많다. Fig. 9A는 시추선의 문풀(moon pool)에 있는 재투입 콘의 모습이고 Fig. 9B 및 9C는 드릴비트 교체 후 동일한 시추공 안으로 드릴비트를 재투입하기 위해 조절하고 있는 장면이다.

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Fig. 9.

Photographs of re-entry cone in moon pool (A) and on seafloor (B. C)(www.iodp.org).

3.2 과학적인 성과

해저에 대한 해양 과학시추가 이루어지기전 많은 해양지질학 이론들이 증명되지 않은 채 남겨져 있어 학자들 간 논쟁이 많았다. 이 중에서 가증 큰 논쟁이 되었던 것이 판구조론이다. 심해저시추계획 동안 글로마 첼린저호는 과학적 목적을 위한 시추를 통해 중요한 발견을 하였다. 그 중에서 가증 큰 성과가 1968년 12월에 시작되어 1969년 1월에 종료된 심해저시추계획(DSDP Leg 3) 동안에 이루어졌다(Fig. 10A). 시추위치는 남미 브라질의 리오데 자네이루와 아프리카 세네갈의 다카르 사이의 중앙대서양 대양저 산맥을 따라 10개 정점에 대해 총 17군데에서 시추되었다(Fig. 10A). 이 시추코어를 분석한 결과 중앙해령에서 형성된 해양지각의 연대가 대양저 산맥에서의 거리에 따라 더 오래되었고, 이러한 현상은 중앙해령에서 새로운 물질이 공급된다는 뚜렷한 증거가 되었다(Fig. 10B). 또한 시추한 시료의 연대측정결과 대양저의 연대가 육지에 비해 아주 젊다는 것도 알게 되었다. 이러한 결과들은 해저확장과 판구조론을 설명할 수 있는 주요한 과학적인 근거가 되었다. 또한 해양 과학시추 코어 분석 결과 해저에서도 극심한 화산활동이 있었고 더불어 퇴적층내의 가스하이드레이트 해리 등으로 부터 많은 량의 탄소가 지구로 배출되어 지구 온난화가 가속화되었다는 이른바 팔레오세-에오세 최고온기(Paleocene-Eocene Thermal Maximum: PETM)의 증거가 발견되었다. 이 당시 북극의 기온은 약 23℃까지 도달했던 것으로 보고되었다(Sluijs et al., 2006). 또한 백악기말 운석충돌로 인한 공룡 멸종 및 백악기-제3기 경계(Cretaceous-Tertiary Boundary)가 심해저시추계획에서 획득된 시추코어에서 확인되었다. 또한 박테리아가 심부시추 퇴적물 내에서 발견되었고 시추퇴적물의 자세한 관찰과 분석을 통해 전 대양을 대상으로 한 고기후 및 고해양의 변화에 관한 다양한 증거도 확인할 수 있어 지구의 환경변화에 대한 역사를 구체적으로 확인할 수 있었다(O’Connell, 2018).

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Fig. 10.

Location and ship track (A) of sites drilled during DSDP Leg 3 (www.iodp.org) and relationship between ridge axis and seafloor age (www.deepearthacademy.org).

4. 2023년 이후 계획(Beyond 2023)

현재 진행되고 있는 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)은 2023년 9월 종료되는 것으로 계획되어 있다. 26개 회원국들은 2023년 이후의 새로운 연구를 위한 과학계획(Beyond 2023)을 수립하기 위해 다양한 방면으로 준비 중에 있다. 지금까지 제안되고 있는 주요 방향은 시추기술 및 분석기술 개발 등 기술적인 부분과 기후변화, 지질재해, 자원탐사, 신물질 개발 등과 같은 순수 및 응용과학분야로 나눠진다. 이러한 새로운 과학계획 수립을 위해 2009년 독일에서 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)의 계획수립을 위해 개최되었던 것과 유사한 대규모 국제회의를 계획하고 있으며 이 회의를 유치하고자 미국, 일본, 호주, 유럽 및 중국 등 여러 국가들이 주최를 제안한 상태다. 또한 구체적이고 실질적인 토론의 장으로 2018년 American Geophysical Union (AGU)에서 특별 세션을 만들었고, 2019년 9월 일본 오사카에서 개최되는 회원국 포럼 회의에서 대규모 국제회의를 위한 구체적인 일정, 장소 및 범위 등에 대한 토론을 거쳐 최종 확정할 계획이다.

5. 우리나라(K-IODP)의 주요활동 및 제언

5.1 K-IODP 주요활동

우리나라가 국제해양시추탐사프로그램에 가입하기 전에는 대부분의 연구가 우리나라 주변지역에 국한되었기 때문에 연구주제 및 범위에 한계가 많았다. 또한 해양 과학시추에 필요한 시추선이 없고 소요경비가 많이 필요하기 때문에 해양 과학시추코어를 이용한 거대과학의 연구는 현실적으로 불가능한 상태였다. 따라서 단편적인 국내해역 연구에서 벗어나 선진국 형 연구의 필요성이 대두되면서 국제 프로그램의 참여가 필요하다는 관련전문가들의 요구가 증가하게 되었다.

우리나라(K-IODP)는 1997년부터 이 프로그램에 단계별로 꾸준히 참가한 결과 2018년 10월 현재까지 총 57명의 한국인 과학자가 승선연구를 수행하였고(Table 6) 국제 전문가로 발전하기 위한 많은 경험을 쌓았다. 또한 박사 후 과정 연구원이나 박사과정 학생들의 참가(Fig. 11)를 적극 추진하여 승선 후 관련 직장에서 지속적인 연구를 할 수 있도록 함으로서 후진양성에도 큰 도움이 되었다(Fig. 12). 또한 해양과학의 중요성을 알리고 시추선 승선시 필요한 기본교육을 습득할 수 있도록 대학원생을 대상으로 매년 다른 주제의 교육(교육 명: K-IODP Summer School)을 실시하여 총 180여명이 이수하였고(Fig. 13) 이수 학생을 대상으로 우수한 학생을 선발하여 일본에서 개최되는 코어스쿨(J-DESC Core School)에도 참여하여 선진교육을 받을 수 있도록 지원하고 있다. 승선연구에 참가한 과학자들은 현재까지 총 90여 편의 SCI 논문을 발표하였고 특히 Nature, Science, Nature geoscience와 같은 저명한 국제학술지에 공동 참여하는 성과를 올렸다(Fig. 14). 또한 주저자로서도 우수한 연구결과를 도출하고 있다(Jo et al., 2014; Hyeong et al., 2014, 2016; Kim et al., 2018).

Table 6. Expedition name, platform, and list of Korean scientists participated for IODP sailing since 1998. JR: JOIDES Resolution, MSP: Mission Specific Platform. KIGAM: Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, KIOST: Korea Institute of Ocean Science and Technology, KOPRI: Korea Polar Research Institute, KNOC: Korea National Oil Corporation. KHOA: Korea Hydrographic and Oceanographic Agency. The asterisk (*) indicates early career scientist

Expedition Name Platform Exp. # Dates Participant
Name Affiliation
Southwest Pacific Gateways JR 181 1998.8.11-10.8 Boo Keun Khim* Seoul Univ.
Western Pacific Geophysical Observatories JR 186 1999.6.14-8.14 Gil Young Kim* Pukyong Univ.
Hydrothermal system, Manus basin JR 193 2000.11.7-2001.1.3 Sang-Mook Lee KIOST
Gas Hydrate JR 204 2002.7.7-9.2 Young-Joo Lee KIGAM
Walvis Ridge JR 208 2003.3.6.-5.6 Youn Soo Lee KIGAM
Ja-Hun Jung* Pukyong Univ.
Cascadia Margin Gas Hydrates JR 311 2005.8.28-10.28 Ji-Hoon Kim KIGAM
Superfast Spreading Crust JR 312 2005.10.28-12.28 Sung-Hyun Park KOPRI
Shimokita Shakedown Chikyu Test Exp. 2006.8 Jongkwon Yeom KNOC
Shimokita Shakedown Chikyu Test Exp. 2008.9 Hyesoo Yoon Chungnam Univ.
NanTroSEIZE Stage 1 Chikyu 314 2007.9.21-11.15 Chandong Chang Chungnam Univ.
Pacific Equatorial Age Transect JR 320 2009.3.5-5.5 Kiseong Hyeong KIOST
Bering Sea JR 323 2009.7.5-9.4 Youngsook Huh Seoul Univ.
NantroSEIZE Chikyu 319 2009.5.5-8.31 Deniz Cukur* Pukyong Univ.
Shatsky Rise JR 324 2009.9.4-11.4 Moo-Hee Kang KIGAM
Canterbury Basin JR 317 2009.11.4-2010.1.4 Young-Gyun Kim* Seoul Univ.
Wilkes Land JR 318 2010.1.4-3.9 Gee Soo Kong KIGAM
South Pacific Gyre JR 329 2010.10.8.-12.12 Jin Wook Kim Yonsei Univ.
Jung-Ho Hyun Hanyang Univ.
NanTroSEIZE Stage 2 Chikyu 333 2010.12.13.-2011.1.10 Yeongmin Lee KIGAM
Gwang Soo Lee* Pukyong Univ.
Tahiti Sea Level MSP 310 2002.10.6-11.17 Kyung Sik Woo Kangwon Univ.
Bering Sea JR 323 2009.11.29.-12.7 Sunghan Kim* Pusan Univ.
S. Erden Seoul Univ.
New Jersey Shallow Shelf MSP 313 2009.11.5-12.10 Youn Soo Lee KIGAM
CRISP JR 334 2011.3.15-4.16 Gil Young Kim KIGAM
Superfast JR 335 2011.4.16-5.19 Yoon-Mi Kim* Seoul Univ.
Mid-Atlantic Microbiology JR 336 2011.9.16-11.17 Young-Soo Park KIGAM
Mediterranean Outflow JR 339 2011.11.17-2012.1.17 Jin Kyoung Kim* KIOST
Paleogene Newfoundland Sediment Drifts JR 342 2012.6.2-8.1 Kyoung-nam Jo* KIGAM
Deep Coalbed Biosphere off Shimokita Chikyu 337 2012.7.26-9.27 Young-Soo Park KIGAM
NantroSEIZE Stage 3 Chikyu 338 2012. 10.13-12.1 Inseon Song KIGAM
Costa Rica Seismogenesis Project 2 JR 344 2012.10.23-12.11 Jiyoung Choi* KIGAM
Asian Monsoon JR 346 2013.7.29.-9.28 Kyung Eun Lee Korea Maritime and Ocean Univ.
Gwang Soo Lee KIGAM
Chung Ho Lee KHOA
NantroSEIZE Stage 3, Deep Riser Observatory-3 Chikyu 348 2013.11.26-2014.1.10 Kiho Yang* Yonsei Univ.
South China Sea JR 349 2014.1.28-3.30 Sangmin Hyun KIOST
Izu Bonin Marina: Forearc JR 352 2014.7.30-9.29 W. Scott Korea Univ.
Indian Monsoon JR 353 2014.11.29-2015.1.29 Sunghan Kim* Pusan Univ.
Bengal Fan JR 354 2015.1.29-3.31 Jang Jun Bahk KIGAM
Arabian Sea JR 355 2015.3.31-5.31 Boo-Keun Khim Pusan Univ.
Indonesian Throughflow JR 356 2015.7.31-9.30 Eunyeong Lee* Vienna Univ.
Maldives Monsoon JR 359 2015.9.30-11.30 S. Horozal* KIGAM
Indian Ridge Moho JR 360 2015.11.30-2016.1.30 Kyungo Cho* Pukyong Univ.
Sumatra Seismogenic Zone JR 362 2016.08.06-10.06 Inseon Song KIGAM
Nankai Microbial Temperature Limit Chikyu 370 2016.9.10-11.10 Kiho Yang* Yonsei Univ.
Western Pacific Warm Pool JR 363 2016.10.06-12.08 Jong-Hwa Chun KIGAM
Mariana Convergent Margin JR 366 2016.12.08-2017.2.07 Jung Woo Park Seoul Univ.
South China Sea Rifted Margin B JR 368 2017.4.9-6.11 Deniz Cukur KIGAM
Tasman Frontier Subduction Initiation JR 371 2017.7.27-9.26 Yu-Hyeon Park* Pusan Univ.
Australia Cretaceous Climates JR 369 2017.9.26-11.26 Eunyeong Lee* Chonnam Univ.
Creeping Gas Hydrate Slides JR 372 2017.11.26-2018.1.4 Gil Young Kim KIGAM
Ross Sea West Antarctic Ice Sheet JR 374 2018.1.4.-3.8 Sunghan Kim KOPRI
Sookwan Kim* KOPRI
Hikurangi Subduction Margin Observatory JR 375 2018.3.8-5.5 Hikweon Lee KIGAM
Brothers Arc Flux JR 376 2018.5.5-7.5 Jung Hun Seo Inha Univ.

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Fig. 11.

Statistics of Korean scientists participated since 1997. Note increasing shipboard scientists according to phase of K-IODP. The X and Y axes are the year and the number, respectively.

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Fig. 12.

The present occupation status of early career scientists participated in IODP sailing since 1997. Note they are engaged in a related job.

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Fig. 13.

Statistics of the students participated in K-IODP Summer School. The X and Y axes are the year and the number, respectively.

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Fig. 14.

Statistics of scientific papers published since 1997. The number of the paper were significantly increased. The X and Y axes are the year and the number, respectively.

우리나라가 국제해양시추탐사프로그램에 가입한 후 또 다른 가장 큰 성과는 2013년 동해에서 이루어진 과학시추(시추 명: IODP Exp. 346)가 성공적으로 수행된 것이다. 이 시추탐사에는 한국인 3명(승선과학자 2명, 옵서버 1명)이 승선연구에 참여하였고, 우리나라의 배타적 경제수역내 1개 정점이 포함되어 있어 우리나라 최초의 국제해양시추탐사프로그램을 활용한 시추가 수행된 것이다. 이 시추코어는 향후 동해 울릉분지 및 한국대지 지역의 층서연구와 해양지질학적 연구에 큰 도움이 될 것이다. 또한 시추코어를 이용한 연구가 현재 활발하게 진행되고 있어 향후 동해라는 지명을 이용한 연구논문이 많이 출간되어 동해 지명을 전 세계에 알리는 효과를 기대한다. 더불어 시추 종료 후 발간된 시추보고서(Proceedings)에도 울릉분지를 공식적으로 사용함으로서 울릉분지의 지명도 홍보하는 역할을 하였다. 시추가 종료 된 후에도 시추에 참여하였던 죠이데스 레졸루션이 부산항에 기항할 수 있도록 추진하였고 기항지 행사(port call event)를 개최하여 400명 이상의 학생 및 일반인이 시추선을 방문하여 최첨단 시추장비 및 실험실을 견학 할 수 있는 기회를 제공하였으며 각 언론매체에서 이를 보도하여 해양과학의 중요성을 널리 홍보할 수 있는 기회가 되었다(Kim et al., 2014).

우리나라가 지금까지 이십여 년 동안 국제해양시추탐사프로그램에 가입함으로써 국내 전문가들이 국제적인 전문가로 발전하는데 크게 기여하였고 해양과학분야 국제적인 네트워크 구축에도 이바지하였다. 또한 국내의 해양과학 수준을 세계에 홍보함은 물론 해양강국으로써의 위상확립과 우리나라의 국가 브랜드 가치를 향상시키는데 일조하였다.

5.2 제언

2019년 12월 K-IODP는 2단계 사업이 종료된다. 그러나 우리나라를 제외한 25개 IODP 회원국은 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)이 종료되는 2023년까지 계속되며, 그 이후 프로그램을 위한 계획(Beyond 2023)을 준비하고 있다.

리나라를 비롯한 모든 회원국들은 해양 과학시추 프로그램이 몇몇 나라가 독자적으로 운영할 수 있다고 생각하지 않는다. 가장 큰 이유는 세 가지 정도로 생각해 볼 수 있다(Fig. 15). 첫째는 거대과학을 연구하기 위해서는 대양연구가 필요하다는 것이다. 자국 내의 국부적이고 제한적인 연구에서 벗어나 전 대양을 대상으로 다양한 주제(기후변화, 지질재해, 신생물권, 해저자원 탐사 등)의 연구가 필요하기 때문이다(Fig. 15). 둘째는 시추기술력의 문제다. 현재 시추기술은 미국 및 일본과 몇몇 유럽국가에서만 가능하고 이러한 첨단 기술을 보유하고 있는 국가와의 공동연구가 반드시 필요하기 때문이다. 물리검층이나 심부 시료채취 기술 외 심부 생물권 연구를 위한 시료채취 기술도 국내의 기술로는 아직 한계가 많기 때문에 공동협력이 반드시 필요하다. 또한 기술력이 부족한 국가는 공동 참여를 통해 미래를 위한 기술력 확보가 가능하기 때문이다. 셋째는 독자적으로 추진하기에 비용 면에서 한계가 있다. 천문학적인 시추선 건조비(약 5천억 소요), 1회 시추 시 요구되는 엄청난 시추비용(최소 500억 이상) 등 해양 과학시추에 필요한 비용이 많이 소요되기 때문에 국제해양시추탐사프로그램의 참여국가가 공동 부담하는 것이 비용절감 차원에서 훨씬 경제적이기 때문이다(Witze, 2013). 또한 대부분 국가가 다양한 학문분야의 인프라가 충분하지 않기 때문에 국제공동연구를 통해 이러한 문제점을 공동으로 해결할 수 있다(Fig. 15).

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Fig. 15.

The international ocean discovery program that requires international collaboration between IODP member countries.

우리나라는 1997년부터 해양 과학시추를 위한 국제공동연구에 가입하여 활동 중이지만 아직 선진국 수준에 도달하지 못하고 있는 게 현실이다. 특히 IODP Exp. 349-375 기간 동안 승선한 각국의 통계를 보면 주요 국가들에 비해 승선에 참여한 승선과학자수가 아직 부족하다(Fig. 16). 우리나라가 ODP 및 IODP에 가입한 단계별 수준을 보면 1997-2003년은 준비기(Beginning stage) → 2004-2010년은 도입기(Introduction stage) → 2011-2019년은 성장기(Growth stage) → Post 2020은 성숙기(Maturity stage) 정도로 구분할 수 있을 것으로 본다(Fig. 17). 2019년 이후 K-IODP가 새로이 진행된다면 K-IODP 3 및 4단계에서는 우리나라도 선진국 수준에 도달할 것으로 기대한다. 이를 통해 국가브랜드 가치 상승은 물론 전 대양을 대상으로 하는 연구를 통해 해양영역의 확대에도 기여할 것이다. 따라서 2019년 이후에도 우리나라가 선진 25개국과 함께 국제해양시추탐사프로그램의 멤버로서 지속될 수 있도록 관련전문가들의 노력은 물론 정부 부처의 지원이 계속되기를 기대한다.

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Fig. 16.

The number of sailing scientists by IODP member country during IODP Exp. 349-375. The X and Y axes are the country and the number, respectively.

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Fig. 17.

Expectation of gradual increase of research objectives according to each K-IODP stage.

6. 결 론

해양 과학시추가 1968년 시작된 후 2018년이 50년이 되는 해이다. 심해저시추계획(DSDP)으로부터 시작된 과학시추는 해저지각시추프로그램(ODP), 통합해저지각시추프로그램(old IODP), 국제해양시추탐사프로그램(new IODP)로 연결되어 2023년까지 26개국이 상호 협약에 의해 국제공동연구로 진행되고 있다. 지금까지 해양 과학시추를 통해 얻은 성과들은 시추와 관련된 핵심기술 개발은 물론 다양한 종류의 지구과학적 업적도 도출되었다. 현재 국제해양시추탐사프로그램의 주 연구목표는 기후 및 해양 변화, 신생물권 연구, 지구 동역학 및 지질재해 등에 대한 미해결 문제 등 거대과학 연구를 목표로 진행되고 있다. 국제해양시추탐사프로그램의 회원국들은 2023년 이후 또 다른 향후 50년을 위해 새로운 과학계획을 수립하기 위한 대규모 국제회의를 계획하고 있다. 우리나라도 1997년부터 참가하고 있으며 국내의 과학자들이 국제적인 전문가로 성장하는데 기여하였다. 국제해양시추탐사프로그램은 국제협력에 의해 진행되어야 가능한 국제적인 프로그램이며 선진 해양강국들은 모두 참여하고 있다. 따라서 우리나라도 이러한 국가들과 경쟁력을 가지고 해양강국으로 성장하기 위해서는 지속적인 참여를 통해 국제적인 연구를 수행하여야 할 것이다. 이러한 국제프로그램의 가입은 과학입국으로써의 위상확립과 더불어 해양과학 분야의 국가 브랜드 가치를 높이는데 일조하게 될 것이다.

Acknowledgements

이 논문은 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원이 지원하는 “국제해저지각시추사업”의 일환으로 수행되었다.

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