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4월 29일 경기도 화성시 제부도 입구 연안의 갯벌. 한국해양과학기술원(KIOST) 연구팀이 동아사이언스 취재팀과 함께 드론을 띄워 갯벌을 조사하고 있다. 과학동아 제공

우리나라 서남해안에 존재하는 이 지형의 면적은 2443.3km²에 달한다. 넓기로 다양한 생물이 살기로 세계에서 다섯 손가락 안에 꼽힌다. 그 일부가 2021년 유네스코 세계유산으로 지정되기도 했다. 한국의 갯벌 얘기다. 

이렇게 세계적 가치를 인정받고 있지만 과학자들 입장에서 갯벌은 연구하기 쉽지 않은 곳이다. 넓고 여러 지역에 흩어진 데다 현장 조건도 혹독하다. 그렇기 때문에 한국해양과학기술원(KIOST)에서는 드론, 항공기, 인공위성 등을 도입해 첨단 갯벌 연구를 진행 중이다. 미래 갯벌 연구는 어떻게 바뀔까.

4월 29일 오전 10시 물때에 맞춰 도착한 경기 화성 제부도 입구 연안. 바다 너머로 보이는 제부도와 주변에 드문드문 흩어진 섬 사이로 갯벌이 넓게 펼쳐졌다.

"발이 빠지지 않도록 조심하세요! 여기는 다른 곳보다 훨씬 발이 깊이 빠집니다."

서재환 한국해양과학기술원(KIOST) 동해환경연구센터 연구원이 기자에게 소리쳤다. 서 연구원의 말이 채 끝나기도 전에 여기저기서 비명과 탄성이 들리기 시작했다. 갯벌에 들어간 촬영팀이 내는 소리다. 주저앉는 사람들을 보고 정신없이 웃다 발 아래를 보니 이미 기자의 장화도 갯벌 깊숙이 빠져든 상태였다. 모두가 절박한 심정으로 서 연구원을 부르자 그가 조언했다. 

"더 깊이 빠지지 않으려면 한 발이 빠지기 전에 다른 발을 디디면 됩니다! 가만히 있을수록 더 깊이 빠져요."

놀랍게도 그의 조언은 효과가 있었다. 겨우 발을 빼고 걸어 나와 서 연구원에게 갯벌 조사 중 몸이 어디까지 빠져봤냐고 물었다. "여기까지요." 그가 가슴팍을 가리켰다.

갯벌의 종류를 구분하는 큰 기준은 퇴적물의 조성이다. 발이 잘 빠지는 갯벌은 입자가 곱고 부드러운 펄로 이뤄진 펄갯벌이다. 입자가 미세할수록 입자 사이의 틈인 공극이 물기를 많이 함유한다. 주로 모래로 이뤄진 모래갯벌이나 펄과 모래가 섞인 혼합갯벌은 입자가 굵어 덜 질퍽거린다. 

보통은 한 지역에서도 세 가지 갯벌이 섞여서 나타나는데 물의 흐름에 따라 퇴적물이 쌓이는 곳이 서로 다르기 때문이다. 조성이 다양하면 갯벌 생물도 다채롭게 나타난다.

갯벌 현장 조사 전문가인 구본주 KIOST 책임연구원이 제부도 인근 갯벌에서 현장 생태조사 시범을 보이고 있다. 과학동아 제공

● 갯벌 생물을 찾으려면 서식굴을 보라

조개, 게, 갯지렁이 같은 대형 저서생물부터 이들을 잡아먹는 수많은 철새들과 인간에 이르기까지 수많은 생물이 갯벌을 터전으로 살아간다. 이들 대부분은 파도나 조류로 떠밀려 온 흙에 섞인 유기물질을 섭취하며 살아간다. 

특히 죽은 생물이나 배설물 등을 분해하는 분해자가 상당수다. 그만큼 생태계에 없어서는 안되는 존재들이다. 다가가면 펄 속에 곧장 숨어버리는 갯벌 생물들을 KIOST 연구원들은 어떻게 연구할까. 갯벌 생물들이 파놓은 굴에 답이 있다.

"갯벌 여기저기에 구멍이 나 있죠? 이것들이 갯벌 생물들이 파놓은 '서식굴'입니다."

구본주 KIOST 책임연구원이 구멍을 가리키며 설명했다. 그의 말을 듣고 갯벌을 둘러보니 에멘탈 치즈처럼 여기저기 구멍이 없는 곳이 없다. 서식굴은 생물종에 따라 생김새도 천차만별이다. 

30년 동안 전국의 갯벌 생태를 조사해 온 구 책임연구원이 이리저리 손가락으로 가리키며 생물을 동정해 낸다. 횟감으로 종종 보이는 개불은 모래 갯벌에 둥그런 구멍 두개를 뚫는다. 

가재를 닮은 갑각류인 가재붙이의 서식굴은 화산처럼 위로 봉긋하게 솟아올랐다. 칠게가 뚫은 굴은 자동차가 다니는 지하도처럼 넓고 완만하게 뚫려있다.

서식굴 내부의 모습도 입구만큼이나 다르다. 농게처럼 표면에서 30cm 정도의 깊이까지 굴을 파는 생물이 있는가 하면 깊이 1m에 달하는 깊은 굴을 파는 가재붙이 같은 동물도 있다. 이들이 파는 서식굴은 생존에 필수적이다. 

"바닷물이 빠지는 간조 때에도 서식굴에는 바닷물이 남아있습니다. 저서생물들은 서식굴 안에서 몸의 건조를 막고 포식자의 침입을 피할 수 있어요." 구 책임연구원의 설명이다.

그러나 서식굴이 아닌 갯벌 생물의 실제 모습을 보기란 쉽지 않았다. 크기가 무척 작은 데다 펄에 뒤덮여 있어 주변과 분간이 안되는 경우가 허다하다. 게다가 조금이라도 가까이 다가가면 진동을 느끼고 펄에 파놓은 서식굴로 숨어버린다.

전국 각지의 갯벌을 탐사 중인 KIOST 연구원들. 심하면 가슴팍까지 빠지는 갯벌에서의 현장 조사는 숙련된 연구자들에게도 쉽지 않은 작업이다.KIOST 제공

그래서 서 연구원과 같은 연구자들은 갯벌 생물을 크게 두 가지 방법으로 조사한다. 첫 번째는 갯벌 시료를 채집해서 분석하는 '정점 조사'다. 정해진 위치(정점)에서 갯벌 시료를 채취해 1mm 직경의 체로 거른 후 연구실로 가져와 현미경으로 살피며 동물들을 찾는 방법이다. 

이렇게 해서 발견된 생물종과 생물량을 토대로 갯벌의 조사되지 않은 구역의 생물종과 생물량을 추측한다. 이 방법은 표면에서 보이지 않는 매우 작은 동물까지 확인할 수 있다.그러나 표토를 채취하기 때문에 굴을 깊게 파는 동물은 찾기 어렵다. 또한 몸이 힘들다. 

"정말 넓은 갯벌은 조사 장소까지만 수 km 넘게 걸어야 해요. 무게가 수십 kg인 진흙 시료를 가지고 발이 푹푹 빠지는 펄을 밟으며 그 먼 길을 돌아오면 힘이 다빠지죠."

두 번째 방법은 표토의 서식굴 조사다. 갯벌 생물들이 파놓은 서식굴로 생물을 찾는 방법이다. 앞서 말했듯 서식굴은 갯벌 생물의 종류에 따라 형태적 특징이 다양하다. 또한 굴의 수를 알면 몇 마리의 생물이 서식하는지 생물량도 쉽게 알 수 있다. 

달 표면의 분화구처럼 뚫려있는 서식굴이야말로 갯벌의 생태를 드러내주는 핵심 데이터인 셈이다.

1. 칠게가 뚫어놓은 서식굴. 2, 3, 4 서동건 KIOST 연구원이 갯벌 정점 조사를 시연하고 있다. 먼저 정해진 넓이의 갯벌 표토를 채취한 뒤 체에 옮겨담고 흐르는 물로 씻어낸다. 그후 체에 남은 갯벌 생물을 동정한다. 과학동아 제공 

● 드론으로 갯지렁이 한 마리까지 센다

"이제 띄웁니다." 

장영재 KIOST 해양위성센터 연구원의 말과 함께 드론이 '부웅' 하는 소리를 내며 날아올랐다. 고화질 카메라를 갖춘 드론은 곧장 갯벌 상공 5m에 멈춰 천천히 움직이며 차례대로 사진을 찍기 시작했다. 갯벌에 난 서식굴을 촬영하는 과정이다.

서식굴 조사의 어려움은 서식굴은 엄청나게 많고 이를 분석할 조사원의 수는 적다는 것이었다. "전체 갯벌의 서식굴을 모두 셀 수는 없는노릇이었죠." 그래서 구 책임연구원이 KIOST에서 시작한 갯벌 드론 조사는 '서식굴의 모습을 인공지능(AI)에 학습시킨 후 AI가 직접 갯벌 사진을 보고 서식굴을 세도록 하자'는 아이디어에서 출발했다. 

우선 드론이 정해진 갯벌 구역을 카메라로 빠르게 촬영한다. 수만 장의 사진이 모이면 해양위성센터 연구자들이 기하학적 왜곡을 보정하고 하나로 합쳐 정사 영상으로 만든다. 이후 서식굴의 모습을 학습한 AI가 보정된 갯벌 사진을 분석해 서식굴을 단숨에 세고 갯벌 생물을 파악할 수 있다.

드론 조사의 효과는 어마어마했다. 드론을 사용해 조사 속도가 얼마나 빨라졌느냐는 질문에 구 책임연구원은 "100m² 넓이 갯벌의 서식굴을 하루 종일 세야 했는데 지금은 같은 면적을 5분 만에 촬영한다"고 답했다. "지금 저희가 있는 제부도 갯벌도 드론으로 2~3일 안에 조사를 마칠 수 있죠."

물론 제대로 된 AI를 만드는 것이 쉬운 일은 아니었다. KIOST 연구자들은 AI를 만들기 위해 수만 장의 서식굴 사진을 찍고 학습시켜야 했다. 그 노력 덕분인지 해가 갈수록 AI의 성능이 좋아졌다. 

"처음 AI를 만들던 5년 전과 비교하면 서식굴 인식 능력이 훨씬 좋아졌습니다. 현재 AI는 농게, 흰발농게, 칠게, 가재붙이 등 열 가지 생물의 서식굴을 명확히 파악할 수 있어요."

서 연구원의 말이다. AI는 갯벌 생물량 조사의 혁신적인 돌파구가 된다. 갯벌 일부분만 분석해 추정할 필요 없이 실제로 갯벌 전체에 사는 생물이 몇 마리나 되는지 심지어 크기는 어느 정도인지 알 수 있는 길이 열린 것이다. 이 기술은 당장 2025년 6월부터 시작되는 갯벌 생태모니터링 사업에서 중점 조사 지역에 적용될 예정이다. 

구 책임연구원은 "현재 기술은 거의 완성 단계"라며 "앞으로 15종, 20종까지 목표를 점점 더 확장해 나갈계획"이라 밝혔다.

KIOST 연구자들이 드론을 띄워 갯벌 생물 분포와 생물량을 파악하고 있다. 드론은 이르면 올해 6월부터 실전 조사에 투입될 예정이다. 

● 갯벌 변화는 항공기와 위성으로 관측한다

갯벌 조사에 쓰이는 첨단 장비는 드론뿐만이 아니다. "저희가 촬영한 한국 갯벌 고화질 이미지들입니다. 한눈에 갯벌의 변화상을 볼 수 있죠." 3월 5일 부산 KIOST 본원에서 만난 유주형 해양위성센터 책임연구원이 소개했다. 그가 보여준 이미지는 다양한 색이 덧입혀져 있어 갯벌이라고는 쉽게 떠올릴 수 없었다.

장영재 KIOST 해양위성센터 연구원이 갯벌 탐사 드론을 조종하고 있다. 드론으로 수만 장의 갯벌 사진을 촬영해 AI가 서식굴을 파악할 수 있도록 학습시킨다. 과학동아제공

유 책임연구원이 보여준 이미지는 각각 인공위성 관측과 항공 촬영으로 만들어진 것이다. 

"갯벌 조사에 굳이 비행기와 인공위성까지 동원해야 하냐고 물어보는 분들이 많아요. 그러나 이 장비들로 드론이나 직접 조사로는 찾기 어려운 소중한 정보를 얻을 수 있습니다."

우선 인공위성 관측은 지형과 수온, 퇴적상등의 갯벌 변화를 추적하기 좋다. 겉에서 보기엔 평화롭지만 사실 갯벌은 시시각각 모습을 바꾸는 변화무쌍한 지형이다. 파도와 강에서 흘러오는 물의 흐름은 갯벌 사이로 난 물길인 갯골의 방향을 바꾼다. 

갯골의 방향이 바뀌면 쌓이는 입자의 종류와 양도 달라진다. 몇 년 전까지만 해도 있었던 갯벌이 사라지고 없던 갯벌이 새로 생긴다고 어민들과 갯벌 연구자들은 한목소리로 말한다.

2023~2024년 충남 가로림만 갯벌의 온도 변화를 인공위성으로 촬영했다. 붉은색에 가까울수록 갯벌 표층 온도가 높다는 뜻이다. 표층 온도의 변화는 갯벌 생물의 생태를 파악하는 중요한 자료가 된다. KIOST 제공

게다가 한국 갯벌은 넓고 서남해안 여기저기에 흩어져있다. 2023년 해양수산부 자료에 따르면 한반도 이남에는 2443.3km²면적의 갯벌이 있다. 2021년 유네스코 세계유산으로 지정된 갯벌 넓이만 1284km²다. 

"이 넓은 갯벌을 현장 연구자들이 모두 파악하기 어려우니 전체적인 변화상을 관측하기 위해 인공위성을 쓰는 거예요." 유 책임연구원이 말했다. 

인공위성 관측을 통해 심각한 변화가 포착된 갯벌은 항공 관측으로 더 자세히 조사한다. 항공 라이다(LiDAR) 장비를 사용하면 지형의 고저를 파악할 수 있고 실제로 갯벌에서 물이 어디로 흘러나가는지 자세한 지도를 만들 수 있다.

현장 연구자부터 드론, 항공기, 인공위성에 이르기까지. 유 책임연구원의 목표는 갯벌을 지켜보는 다양한 시선들을 활용해 현재 환경과 가장 유사한 갯벌 디지털 지도를 만드는 것이다. 

"지금까지의 갯벌 지도는 5년에 한 번씩 갱신됐습니다. 이러면 급속한 변화에 대비할 수 없고 효율도 떨어져요. 인공위성과 항공기 등 다중 플랫폼을 이용하면 훨씬 더 효율적으로 갯벌 지도를 만들 수 있습니다. 위성으로 변화를 상시 탐지하고 이상 변화는 항공기와 드론으로 자세히 조사하는 거죠. 연구자부터 어민까지 모두에게 도움이 되는 지도를 만들 겁니다."

칠면초 옆에서 자라는 영국갯끈풀. 영국갯끈풀은 귀화식물로 한국의 갯벌 생태계를 위협하는 생태계교란생물로 지정됐다. 인공위성을 활용해 영국갯끈풀 같은 교란생물의 분포를 조사하면 생태계 보전에 큰 도움이 된다. 국립생물자원관 제공

● "세계 제일의 갯벌, 우리가 지켜야"

왜 KIOST 연구자들은 이렇게까지 갯벌을 연구하는 것일까. 우선 한국의 갯벌이 차지하는 위상이 세계적으로 독보적이기 때문이다. 구 책임연구원은 전 세계 '5대 갯벌'을 예로 들어 설명했다. 

"세계 5대 갯벌로 한국 서남해안 갯벌과 함께 유럽의 북해 연안 갯벌, 미국 동부의 조지아 연안 갯벌, 캐나다 동부 연안 갯벌, 남미 아마존 유역 연안 갯벌이 꼽힙니다. 이 중 한국의 갯벌이 가장 다채로운 지형과 생물 다양성을 갖고 있어요."

모래 갯벌이 대부분인 다른 곳과 달리 한국에서는 펄, 모래, 혼합갯벌이 다양하게 나타난다. 그만큼 다양한 생물상을 볼 수 있다. 한국 갯벌의 생물 다양성이 열대 맹그로브 연안 습지보다도 높다고 보는 시각도 있다.

더 중요한 점은 한국 갯벌에서는 조개나 낙지를 잡는 등의 어업 활동이 벌어진다는 것이다. 유네스코 유산으로 지정된 갯벌 내에서도 마찬가지다. 어민들의 활동까지도 세계유산으로 인정된 셈이다. 

구 책임연구원은 "그래서 한국의 갯벌은 자연적인 가치는 물론 경제적, 문화적 가치도 높다"며 "갯벌의 파괴는 생태계 파괴는 물론 어민들의 터전 상실로 이어진다"고 설명했다. 

갯벌 보전은 수산업을 보호하는 어민들의 생존권이 달려있는 문제란 뜻이다. 이때 KIOST 연구자들의 갯벌 연구 자료는 어민을 돕고 갯벌을 보전하는 정책의 근거로 활용될 수있다.

체계적인 연구를 하기 위해서는 갯벌의 변화를 담은 데이터베이스가 필요하다. 유 책임연구원은 "현재는 5년마다 갯벌 조사가 이뤄지는데 이 정도 시간 간격으로는 갯벌의 빠른 변화를 따라잡을 수 없다"고 설명했다. 

"심지어 앞으로는 기후변화와 해수면 상승으로 이 변화가 더 빨라질 겁니다. 5년마다 갯벌을 전수조사하는 건 의미가 없어질 거예요. 빠른 변화를 따라가려면 데이터도 빨리 수집해야 합니다." 

갯벌의 과거 데이터베이스가 충분해야 변화의 경향성도 파악할 수 있다.

오후 3시가 되자 제부도 연안으로 바닷물이 들어오기 시작했다. 바닷물은 금방 갯벌이었던 곳을 채우고 길마저 가라앉혔다. 갯벌이 역동적으로 살아움직이는 지형이라는 걸 이보다 잘 보여주는 광경이 있을까. 돌아나오는 길에 서 연구원이 갯벌 연구의 가치를 설명했다.

"해양수산부의 조사에 따르면 한국의 갯벌이 품고 있는 총 경제 가치는 16조 원에 달합니다. 이런 갯벌을 지키는 게 어느 때보다도 중요합니다. 갯벌 연구를 진화시킬 단계입니다."

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[이창욱 기자 changwooklee@donga.com]

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