수백 년 된 진흙 속에 숨겨진 비밀은 오염된 강을 구할 새로운 방법을 보여준다.
A secret hidden in centuries-old mud reveals a new way to save polluted rivers
Colonial-era farming and logging buried many U.S. rivers beneath thick carpets of mud
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2020년 8월 18일 기사를 번역한 문서입니다.
펜실베니아 주의 큰 봄철 달리기 - 수 세기 전, 미국 동부 일부 지역이 진흙에 빠졌다. 로버트 월터가 춤을 추고 있었다. 지질학자는 필라델피아에서 서쪽으로 100km 떨어진 작은 개울에 송아지가 깊이 서 있었는데, 그의 다리 주위로 흐르는 두꺼운 침전물이 있었다. 월터는 그의 동료이자 배우자인 지질학자 도로시 메리츠가 지켜보는 가운데 약간의 지그를 했다. 더 많은 진흙이 뒤섞여 하류로 향했다.
갈색 물은 많은 연구자들에게 그다지 관심이 없을 수 있다. 하지만 12년 전, 그것은 메리트와 월터를 과학적으로 유명하게 만들었다. Franklin & Marshall 대학의 교수인 두 사람은 미국 동부의 Big Spring Run과 다른 많은 구불 구불한 고둑이 거의 500년 전 유럽 탐험가들이 처음 도착했을 때 존재했던 저둑의 습지 수로와는 전혀 닮지 않았다는 것을 보여주었다.
메리트와 월터가 Science지에 게재된 영향력 있는 2008년 논문에서 원래의 하천은 현재 식민지 시대의 농업과 벌목에 의해 방출된 수백만 톤의 "기존 침전물" 아래에 매장되어 있으며, 이후 밀가루, 목재, 섬유 공장에 전력을 공급하기 위해 건설된 수많은 댐 뒤에 갇혀있다고 주장했다. "우리는 [개울]이 완전히 제조되고 변형되었다는 것을 깨달았다."고 월터는 말한다.
이 발견은 수십 년에 걸친 기존의 과학적 지혜에 도전했고, 이 두 사람이 이 사례를 과장했다고 말한 연구자들의 반발을 불러일으켰다. 그것은 그들의 자연적인 모양이라고 믿었던 것을 재구성하기 위해 중장비를 사용함으로써 강을 복원하려는 값비싼 노력을 문제 삼았다. 그리고 그 연구는 계획자들이 해로운 영양분을 운반하는 거대한 침전물 덩어리가 많은 곳으로 흘러내리는 것을 방지하는 방법을 찾지 못한다면 근처의 체서피크만을 정화하려는 수십억 달러의 엄청난 노력이 실패할 것이라는 우려를 제기했다. 메리트는 "동료들이 다른 생각을 갖고 있다는 것을 알았기 때문에 불편했다."고 말한다.
새로운 연구는 메리트와 우얼터의 논문이 접촉한 많은 논쟁을 해결하고 있다. 비록 댐이 기존의 침전물에만 책임이 있는 것은 아니지만, 식민지 시대의 침식이 대륙의 구조적으로 조용한 동부 지역의 하천 대부분을 극적으로 변화시켰음이 명백하다고 포트 콜린스 콜로라도 주립대학의 지질학자인 엘린 울은 말한다. "이 침전물이 얼마나 어디에나 있는가에 대한 인식이 가속화되고 있다."고 그녀는 말한다. 그리고 그러한 인식은 월터와 메리츠에 의해 이루어졌다고 보스턴 대학의 지질학자인 노아 스나이더는 말한다. 그들의 연구는 "내가 본 가장 영향력있는 논문 중 하나"이다.
이제, 이 두사람은 Big Spring Run에서 시간을 되돌림으로써 복원에 대한 새로운 접근법을 고취하기를 희망한다. 수세기 동안 쌓인 진흙을 제거함으로써 그들은 그 물줄기를 습하고, 식민지 이전의 영광으로 되돌려 놓았으며 이제 그러한 전략들이 제공할 수 있는 환경적 보상을 보여주고 있다.
메리트와 월터는 침식이 침전물로 인해 많은 미국 하천 계곡이 침전물로 막혔다는 사실을 처음 깨달은 것은 아니었다. 1917년, 북미 서부를 연구한 유명한 지질학자인 그로브 칼 길버트는 1800년대 후반의 금 채굴로 인해 캘리포니아 시에라 네바다의 깊은 강 계곡이 퇴적물로 모양이 바뀌었다고 밝혔다. 1940년대에 미국 농무부의 토양 과학자인 스태포드 합프는 수세기에 걸쳐 어떻게 실트가 침식되어 위스콘신 수로가 매장되고 변모했는지를 기록하였다. 이후 수십년 동안 지질학자 짐 녹스와 수문학자 스탠리 트림블 등 다른 두 명의 연구자들은 조지아와 중서부의 수로 아래에 있는 두꺼운 유산 퇴저긍을 기록했다.
"이 나라 일부 지역의 농업 침식이 많은 지질학자들이 개달은 것보다 훨씬 더 심각했다."고 최근 로스앤젤레스 캘리포니아 대학에서 은퇴한 트리플은 말한다. "매설된 농장과 마을에 대해 이야기하고 있다." 미네소타 주의 작은 마을인 비버는 주택 2층에 도달한 오르막 농장의 거의 5미터의 침식된 실트 때문에 질식되었다. 한때 붐타운이었던 메릴랜드 주 포트토바코는 부두가 침체된 후 사라졌다. 그러나 이러한 선구적인 연구는 일부 수로가 완전히 변형되었다고 과학자들을 설득하지 못했다.
강이 어떻게 행동하고 진화하는지에 대한 우리의 많은 이해는 루나 레오폴드와 고든 "레드스" 월만이라는 두 지질학자들로부터 나온 것이다. 1950년대 미국 지질 조사국(USGS)에서 함께 일하면서 버지니아 주 레스턴에 있는 USGS 본사에서 쉽게 접근할 수 있는 버지니아, 메릴랜드 및 펜실베이니아의 하천을 연구했다. 당싱에 드물었던 양적 기술을 이용해 강이 어떻게 안정되고, 땋아진 구불구불한 수로를 형성하고 주변의 땅을 조각하는 방법에 대해 영향력있는 설명을 개발했다. 그들의 작업의 일환으로, 그들은 홍수가 일어나는 동안 강물이 주로 둑 위로 흘러 넘치고 인접한 수로에 침전물을 침전시키는 것의 중요성을 보여주었다. 그들은 이러한 강불이 자연스럽고 건강한 수로의 근본적인 부분이라는 것을 발견했다.
62셍의 메리트는 경치에 대한 그녀 자신의 이야기를 하고 싶어하며 자랐다고 말한다. 펜실베니아 중부에서 자란 그녀는 어린 시절을 야외에서 보냈고, 등산과 함께 등산을 했다. 펜실베니아 철도의 차장인 그녀의 할아버지는 주립 계곡에서 본 경이로움에 대해 그녀에게 말했다. "그것이 내가 하고싶었던 일이다."라고 그녀는 회상한다. "주변의 모든 곳을 다 이해할 수 있기를 바랐다."
1987년 애리조나 대학에서 지질학 박사학위를 취득한 메리트는 F&M 교수진에 합류했다. 그녀는 판 구조론이 시간이 지남에 따라 강이 어떻게 바뀌었는지 살펴봄으로써 환 태평양 주변의 풍경을 어떻게 변형했는지를 해독하면서 그녀의 경력 대부분을 보내면서 현장 중독자가 되었다. 이 작업은 종종 그녀를 내전으로 인해 경호원이 필요했던 동티모르와 대마초 재배자들의 총구를 겨누고 위협을 받았던 캘리포니아 훔볼트 카운티 등 위험한 장소로 데려갔다. 메리트는 최근까지 두 건의 생명 보험을 가지고 있었다.
이러한 위험으로 인해 2002년에 그녀가 집에서 가까운 곳에서 더 안전한 프로젝트를 찾게 되었다. 그녀는 펜실베니아의 농장을 흐르는 강둑에서 실트 침식에 대한 우려를 들은 적이 있어 학생들과 지역 수로를 조사하기 시작했다. 그들은 레오폴드와 월만이 마련해 놓은 방식대로 행동하는 것처럼 보였다. 그러나 전통적인 강 진화모델은 어느날 한 학생이 메리트에게 보여준 그림을 완전히 설명할 수 없었다. 그것은 리틀 코네스토가 강을 따라 거의 수직에 가까운 6미터 높이의 층층 퇴적물을 보여주었다.
마침 최근 F&M에 도착한 월터는 메리트와 학생이 사진을 토론하는 동안 방문 중이었다. 현재 69세인 월터는 F&M이 위치한 펜실베니아주 랭커스터에서 태어나 자랐으며 인근 하천에서 며칠 동안 낚시를 했지만 풍경 진화는 그의 관심사가 아니었다. 화산암 화학 전문가인 그는 에티오피아에서 발견된 유명한 인류의 조상인 루시로 알려진 해골을 둘러싼 지형과 데이트를 시작했다. 그래도 학생의 사진을 한 번 보면 그것이 보여주는 퇴적물 층이 움직이지 않고 고요히 가랑앉아 있다는 것을 설득하기에 충분했다. 그는 "거기에 댐이 있어야 한다."고 말했다. 그런 종류의 침전물을 갖는 방법은 단 한가지라고 메리트는 덧붙였다. "호수"
호기심 많은, 다음 날 두 연구원은 리틀 코네스토가로 여행을 떠났다. 아니나 다를까, 세밀하게 적층된 진흙의 우뚝 솟은 둑에서 바로 하류로 내려가면서 식민지 시대의 밀담의 잔해가 발견되었다. 그때 월터가 도약했다. "이것들은 어디에나 있다,"라고 그는 말했다. "이 모든 개울은 이 오래된 댐에서 나온 것일 것이다."
메리트는 의심스러웠다. "나는 당신이 한 노두에서 뛰어내릴 수 있다는 것이 미친 짓이라고 생각했다"고 회상했다. 그러나 이후 랭커스터의 역사 사회에 대한 방문은 다른 기록들에 대한 검토와 함께 이 댐들이 겉으로 보기에 모든 곳에 존재했음을 확인했다. 어떤 강에서는 정착민들이 몇 킬로미터마다 하나씩 지었었다. "그랬어," 메리트가 말한다. "정말 놀라웠어."
그것은 또한 당황스러웠다. 어디서나 볼 수 있는 댐은 레오폴드와 월만이 결론을 도출하기 위해 사용했던 많은 강들이 이러한 인식되지 않은 뒷 이야기를 가지고 있었기 때문에 실현된 것보다 훨씬 더 많은 인공적인 침전물 위에 놓여 있다는 것을 의미할 수 있다. 그것은 구불구불하고 높은 둑을 가진 단일 채널로 보원하려는 노력이 잘못되었음을 시사했다. 그리고 그것은 저장된 침전물의 거대한 담요가 앞으로 수십 년 동안 강 아래로 흘러갈 영양소 오염의 주요 원인이 될 수 있다는 것을 암시했다.
이 두 사람은 이후 몇 년 동안 사례를 구축하면서 댐 현장으로 차를 몰고 가서 침전물을 문서화하고 연대 측정했다. 두 과학자가 과학적이고 개인적으로 일치한다는 것을 알게 되면서 협력은 구애를 위한 것이 되었다. 그들은 2004년에 오래된 공장 옆에서 결혼했다.
메리트와 월터가 함께하면 엄청난 팀이 된다고 아는 사람들은 말했다. 메리트는 꼼꼼하다. 볼은 "단지 철저하고 세밀하고 포괄적이다."라고 말한다. 월터는 도발적이고 훈력적인 점퍼에 가깝다. 그들의 자질은 상호 보완적이라고 식품농업연구재단의 하천 과학자인 캐시 부머는 말한다. "그들은 내가 아는 가장 협력적이고 개방적인 과학자야."
2008년 1월, 메리트와 월터는 사이언스지에 그들의 아이디어를 발표했다. 이들은 "현대적이고 절개된 굽이굽이 흐르는하천은 수력을 위한 하천 계곡의 인간의 조작에 반응으로 중부 대서양 하천의 상승과 하강의 인공물이다."라고 그들은 썼다. 궁극적으로, 그들은 "침식된 채널 둑은 자연스럽고 보충된다는 가정"에 근거한 "하천 복구를 위한 현재의 절차를 재고할 필요성"이라는 결론에 도달했다. 이 논문은 750여 개의 인용구로 순식간에 그들의 경력 중 가장 영향력 있는 것이 되었다.
모든 관심이 긍정적인 것은 아니었다. "나를 놀라게 한 것은 그들이 만난 저항이었다."라고 볼은 말한다. "사람들은 정말 이것을 받아들이는 데 어려움으르 겪었다."
후에 사이언스와 다른 곳에서 발표된 비평에서 일부 연구자들은 식민지 밀 댐이 흔했던 동부 팬실베니아의 강을 기반으로 한 연구 결과가 미국 동부 전역에 광범위하게 적용될 수 있다고 암시하는 월터와 메리트를 비난했다. 트림블은 "나는 그 결론이 증거를 훨씬 능가한다고 생각했다."고 회상했다. 그와 다른 연구자들은 유산 침전물이 댐이 없는 강 유역에도 쌓여 있다는 사실을 알아냈다고 지적했다. 그러나 이 부부의 논문이 나오기 전까지, 그러한 연구들은 폭넓은 관심을 끌지 못했다.
다른 과학자들은 레오폴드와 월만의 상징적인 이론적 틀에 결함이 있다는 제안에 화가 났다. 듀크 대학의 하천 생태학자 마틴 도일은 "채널 형태학이 역사적인 밀담에 의존하고 있다고 말하는 것은 잘못된 것"이라고 말한다. "강물이 어떻게 작용하는가에 대한 고전적인 이해는 여전히 사실이다."
현실 세계의 의미는 위험을 높였다. 하천 복원 전문가들은 홍수로 인해 오래된 퇴적물 더미가 새로 조각된 개울로 밀려들 경우 금방 취소될 수 있는 프로젝트에 많은 현금을 낭비할 위험을 무릅썼다. 주 정부와 연방 기관은 수질 지침과 환경정화목표를 정할 때 기존 퇴적물의 처리방법을 결정해야했다. 그리고 체서피크 만으로 들어오는 실트 세탁물의 공급을 억제하기 위한 노력은 계획자들이 기대했던 것보다 훨씬 더 많은 실트 세탁물과 싸워야 할지도 모른다. 대서양 중부의 하천을 연구하는 USGS 생태학자 그레고리 노는 "이것은 우리가 하천을 복원하는 방법에 대한 900파운드짜리 고릴라"라고 말한다.
논쟁이 소용돌이 치자 메리트와 월터는 그들의 생각을 실행에 옮기기로 결정했따. 연구 기간 동안, 그들은 Big Spring Run을 아우르는 토지를 소유한 농부 조 스위니와 하천 복원 회사인 랜드스튜디스의 엔지니어 워드 오버홀쳐를 만났다. 스위니는 왜 그가 침식을 막기 위해 Big Spring Run의 높은 둑에 심은 나무가 죽어가는 이유를 조사하기 위해 오버홀츠저를 고용했었다. 결론: 그들의 뿌리는 지하수에 도달할 수 없었다. 메리트, 월터, 그리고 학생들이 파낸 참도들은 그 지역에 수미터의 유산의 퇴적물이 조각난 것을 제안햇다. 이러한 연계를 복원하기 위해 연구팀은 월터와 메리트가 한때 그 자리에 존재했다고 믿었던 일종의 쇠약해진 습지를 다시 만들자고 제안했다. 그러나 먼저 그들은 복원 후의 변화를 평가하는 데 사용할 수 있는 기준선을 설정하기 위해 몇 년 동안 그것을 모니터링했다.
2011년 펜실베니아 환경보호부, 국립과학재단, 환경보호청(EPA), USGS 등으로부터 2년여의 계획과 지원을 받아 불도저가 계곡 4 제곱km를 다라 22,000톤의 유산 침전물을 제거하기 시작했다. (실트는 F&M으로 트럭으로 운반되어 새 건물 아래를 채우는 용도로 사용되었다.) 유산의 침전물 밑에서 풍부하고 검고 우너시적인 흥이 한 층 나타났다. 연구사들은 그 속에서 한때 한천을 따라 자라났던 습지 식물의 기록을 제공하는 씨앗을 발견했다. 연방정부의 규제로 인해 복구팀은 하나의 새로운 수로를 개척해야했지만, 낮은 둑을 건설하고 높은 물이 둑을 뛰어넘도록 유도할 수 있는 그루터기 등 장애물을 설치하여 하천을 다층 습지로 변모시켰다.
1년 안에, 둑들은 치아 애완동물처럼 사초가 피어났다. 오늘날, 늪지거북이와 거위는 침전물을 제자리에 고정시키는 뿌리를 내린 두툼한 토착식물에 둥지를 튼다. 홍수가 둑 옆 나무와 식물을 쓸어버리지 않고 천천히 퍼질 수 있는 여지가 있다. 오베르홀트저는 "생물학적으로 심한 폭풍이 몰아칠 때마다 생물학이 다시 자리를 잡을 필요는 없다"고 말한다.
모니터링 결과 복원은 하천 생물 지질화학도 변질됐다. 유기탄소의 저장량은 복원된 지역에서 3배로 증가했고 주요 오염물질인 질산염의 수치는 습지식물에 의해 흡수되면서 급격히 떨어졌다. 올해 USGS 보고서에 따르면 복원된 지역에서 하류로 쓸어온 침전물의 하류 무하는 85%나 급격히 감소했다고 한다. 실트 입자를 타고 다니는 오염 인은 79% 감소했다. 오클라호마주 에이다에 본부를 둔 EPA의 연구 생태학자인 켄 포셰이는 이러한 개선을 보게 될지에 회의적이라고 말한다. 그러나 이 자료는 "비신앙자를 신봉자로 만들었다."고 그는 말한다.
모든 결과가 나오기 전에 Big Spring Run 프로젝트는 펜실베니아와 메릴랜드에 유사한 복원작업을 촉발시켰고, 현재 20개가 완료되었고 10개가 더 진행중이다. 그 이유는 간단하다. 800m를 복구하는 데 100만 달러가 들었지만 다른 기술에 비해 오염을 줄이는데 적어도 16배는 더 비용 효율적이었다고 F&M 농업 경제학자인 패트릭 플레밍은 밝혔다. "이 관행은 다른 사람들을 날려버렸다."
그들의 과학 논문이 등장한지 12년이 지난 지금, 메리트와 월터가 떠도는 아이디어를 Big Spring Run을 넘어 얼마나 멀리 적용할 수 있는가에 대한 더 명확한 그림이 떠오르고 있다. 예를 들어 켄터키 주의 아서 피롤라 루이스빌 대학의 하천 과학자는 "예전의 하천이 습지를 닮았다는 증거가 더 많은 곳에서 발견됐다."고 말했다. 그는 "볼수록 더 많이 찾는다"고 말한다. "이 습지 체계는 아마도 미국 동부의 일반적인 하천 유형이었을 것이다."
그러나 뉴잉글랜드에서는 메리트와 월터가 스나이더와 함께 하천을 조사한 결과 다른 그림을 발견했다. 식민지 댐이 침전물을 가두긴 했지만, 빙하의 경관은 더 먼 남쪽의 댐보다 훨씬 더 연한 것으로 밝혀졌다. 메리트는 대서양 중부에서 볼 수 있는 두꺼운 침전물은 "어디서나 볼 수 없는 것"이라고 말했다. 그리고 "모든 곳에 그렇게 많은 밀담들이 있었던 것은 아니다."
노에 교수는 대서양 중부의 68개 하천 부지를 대상으로 한 대규모 연구에서도 비슷한 변화를 발견했으며, 현재 출판이 임박했다. 노에는 "이제 뉘앙스가 더 생겼다"고 말한다. "밀담은 어떤 유역의 침전물을 이해하는 데 있어서 매우 중요하다"고 그는 말하지만, "그것들이 반드시 어디에서나 원인이 되는 요소는 아니다"라고 말한다.
노에의 연구는 또한 그 지역에 대한 침전원과 흡수원에 대한 최초의 상세한 대규모 설명을 제공할 것이다. 좋은 소식은 그의 팀이 연구한 거의 모든 강에서 하류의 범람원이 상류로 침식하고 있는 만큼의 침전물을 포착하여 오염을 잠재적으로 억제하고 있다는 것이다. 그는 홍수가 신장으로 작용하고 있으며 "수질 좋은 슈퍼히어로"라고 그는 말한다.
그러나 노에는 만약 홍수원이 식민지의 실트를 잡느라 바쁘지 않았다면, 대신 그것들은 농장과 도시로부터의 침전물 유출에 더 큰 흡수원이 될 수 있을 것이라고 덧붙였따. 그리고 많은 주들이 추구하고 있는 것처럼 댐의 추가 제거는 새로운 진흙 덩어리만 풀어줄 것이다. 그래서 유산의 침전물 문제는 사라지지 않고 있다고 노스캐롤라이나 주립대학의 지질학자 칼 베그만은 말한다. "체르노빌 같다. 우리는 수 세기 동안 그것을 안고 살 것이다."
이제 문제는 어떻게 해야 하는가이다. 만 정화를 주도하는 체서피크만위원회는 Big Spring Run과 같은 프로젝트에서 얻은 장기 자료를 토대로 기존의 퇴적물 복원물을 오염 감소로 신용할 수 있는 방법을 평가하고 있다. 복구 관행을 조정하는 비 영리 단체인 체서피크 스톰워터 네트워크의 데이비드 우드는 "매우 가치 있다."고 말한다. 이것은 "유역 건너 다른 곳에서 필요한 연구 유형"이라고 그는 말한다.
메리트와 월터는 환경 낭만주의가 아니라 실용 주의적이다. 그들은 많은 수로들에 대한 사전 식민지 기준선을 밝혔을지 모르지만, 그들은 변화가 지질학의 상수라는 것을 안다. 많은 강물이 실트에 빠져서 구원받을 수 없다. 세상은 깨끗하지 않다. 그러나 과거의 유산을 인정하고 설명함으로써만이 오늘날의 문제를 해결하기 위한 첫발을 내디딜 수 있다고 그들은 말한다.