혈액을 이동시키고 영양분을 운반하는 인체 순환계처럼 지구의 하천망은 비슷한 구조이다.

강의 중요한 기능 중 하나는 도로, 잔디, 정화조, 하수처리장 및 기타 출처에서 강하구 및 바다와 같은 민감한 하류 생태계에 도달하기 전에 수역으로 유입되는 오염을 제거하는 것이다.

『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』에 발표된 새로운 연구에 따르면 유역의 크기가 하천망이 이 작업을 수행하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 어떤 강하구와 해안지역이 유역에서의 인간발전에 의해 영향을 받을 것인지에 대한 이해를 심화시킨다.

과학자들은 하천과 강이 어떻게 기능하는지에 대해 알려진 것을 통합한 모델을 사용하여, 수계로 흘러드는 땅의 면적인 유역의 크기가 증가하면 강이 오염을 여과하는 속도가 선형적인 속도로 증가하지 않는다는 것을 발견했다. 그 대신, 더 큰 유역들과 함께 흐르는 더 큰 강들 덕분에 더 빠르게 증가한다.

이 논문의 주저자인 뉴햄프셔 대학의 윌프레드 울하임(Wilfred Wollheim)은 "하천망이 얼마나 많은 오염 물질을 여과할 수 있는지, 제어하는 것이 무엇인지에 대해 이전까지 잘 알려져 있지 않았다"고 말했다. 이 연구는 미국 국립과학재단(U.S. National Science Foundation)의 자금 지원을 받았으며, NSF Plum Island 생태계 및 북극 장기 생태 연구 현장에서의 작업을 포함한다.

NSF의 해양과학부와 함께 연구를 진행한 NSF 환경생물학과의 프로그램 책임자인 프란시스코 (파코) 무어(Francisco (Paco) Moore)는 "이전 기존 데이터를 분석하는 이 연구는 규모에 의존하는 프로세스 연구를 위한 장기 데이터 보관에 대한 투자 가치를 보여준다"라며, "기존의 데이터를 보다 심도 있는 문맥으로 재검토하는 것에 의해서, 생태 프로세스에 대한 우리의 이해는 계속 증가할 것"이라고 전했다.

울하임과 그의 동료들은 유역의 크기와 강의 기능에 대해 발견한 것을 초선형 확장이라고 표현하고, 더 큰 강은 호수, 하천, 강, 습지를 포함한 수생 생태계의 전체 네트워크의 오염 필터링 기능에 불균형적으로 기여하기 때문에 일어난 일이라고 말했다.

또한 그는 하구와 바다에서 가능한 한 많은 오염을 막기 위해서는 토양 이용을 관리하고 오염물질을 걸러내지 못하는 작은 유역보다는 비료, 제초제, 살충제, 독성 화학물질을 운반하는 유출과 같은 비점원 오염을 줄이는 것이 더 중요하다고 말했다.

연구진은 또한 시스템이 오염물질이 중요한 지역에 도달하기 전에 여과할 기회가 적은 하구나 해안 지역에 가까운 유역 일부에서 비점 오염을 줄이는 것도 중요하다는 것을 발견했다.

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New research clarifies the capacity of rivers to filter pollutants

Watershed size plays a major role in a river network's ability to act as a filter

Like a human body's circulatory system that moves blood and carries nutrients, Earth’s river networks are similar conduits.

One of a river's important functions is removing pollution that ends up in its waters -- from roads, lawns, septic systems, sewage treatment plants and other sources -- before those waters reach sensitive downstream ecosystems like estuaries and oceans.

New research published in Nature Communications finds that watershed size plays a major role in a river network's ability to do that work. The findings further the understanding of which estuaries and coastal areas will be impacted by human development in their watersheds.

Using a model that integrates what is known about how streams and rivers function, the scientists found that when the size of a watershed -- the area of land that drains into an aquatic system -- increases, the rate at which rivers filter pollution doesn't increase at a linear rate. Instead, it increases faster, thanks to the larger rivers that commonly go hand-in-hand with larger watersheds.

"It’s not well-known what controls how much pollutant filtration river networks can do," says Wilfred Wollheim of the University of New Hampshire, lead author of the paper. The research was funded by the U.S. National Science Foundation, and includes work at the NSF Plum Island Ecosystems and Arctic Long-Term Ecological Research sites.

"This study, which analyzes previously existing data, demonstrates the value of investments in long-term data archiving for the study of scale-dependent processes," says Francisco (Paco) Moore, a program director in NSF's Division of Environmental Biology, which supported the research along with NSF’s Division of Ocean Sciences. "Our understanding of ecological processes will continue to increase as we reexamine existing data in a deeper context."

Wollheim and his colleagues describe what they uncovered about watershed size and river function as superlinear scaling, and say it occurs because larger rivers contribute disproportionately to the pollution-filtering function of entire networks of aquatic ecosystems, including lakes, streams, rivers and wetlands.

To keep as much pollution as possible out of estuaries and oceans, says Wollheim, it may be more important to manage land use and mitigate nonpoint source pollution -- such as runoff carrying fertilizers, herbicides, insecticides and toxic chemicals -- in smaller watersheds, which are less able to filter pollutants, than larger watersheds.

It’s also important, the researchers found, to mitigate nonpoint pollution in parts of the watershed that are closer to an estuary or coastal area, where the system will have less chance to filter pollutants before they reach those critical areas.

[출처 = NSF(https://www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?cntn_id=304752&org=NSF&from=news) / 2022년 3월 28일]