심해 탐사의 역사｜트리에스테호에서 딥시 챌린저까지

1960년 트리에스테호의 마리아나 해구 잠항부터 2012년 제임스 카메론의 단독 탐사까지, 심해 탐사는 기록 경쟁에서 생태계 연구로 발전했습니다.

 

1960년 1월 23일, 잠수정 트리에스테호가 마리아나 해구 아래로 천천히 내려갔습니다.

탑승자는 자크 피카르와 미국 해군 장교 돈 월시였습니다.

수심이 깊어질수록 햇빛은 사라졌고, 잠수정 바깥의 압력은 견디기 어려운 수준으로 높아졌습니다.

약 9,000m 부근에서는 큰 충격음까지 들렸습니다.

그럼에도 두 사람은 하강을 계속했고, 마침내 인류 최초로 챌린저 해연 바닥에 도달했습니다.

인간이 달에 착륙하기 9년 전, 먼저 지구에서 가장 깊은 바다에 내려간 것입니다.

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심해 탐사는 깊이를 재는 일에서 시작됐습니다

초기의 항해자는 밧줄 끝에 무거운 추를 달아 바다의 깊이를 측정했습니다.

하지만 수천 미터 아래에서는 해류와 밧줄의 무게 때문에 정확한 측정이 어려웠습니다.

심해 연구가 과학적인 모습을 갖추기 시작한 계기는 1872년부터 진행된 HMS 챌린저 탐사였습니다.

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챌린저호는 세계의 바다를 돌며 수심과 수온, 해저 퇴적물과 생물 표본을 조사했습니다.

이 과정에서 서태평양의 매우 깊은 해역이 알려졌고, 훗날 챌린저 해연이라는 이름이 붙었습니다.

당시에는 사람이 직접 내려간 것이 아니라 배 위에서 진흙과 생물을 끌어올려 조사했습니다.

하지만 심해 생물은 수면으로 올라오는 동안 압력과 온도 변화로 손상되는 경우가 많았습니다.

살아 있는 모습을 보려면 인간이 직접 바닷속으로 내려갈 필요가 있었습니다.

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배시스피어가 심해를 처음 보여줬습니다

1930년대 윌리엄 비비와 오티스 바턴은 강철 구형 잠수 장치인 배시스피어를 만들었습니다.

배시스피어는 스스로 움직이지 못했고, 지원선의 케이블에 매달려 내려가는 방식이었습니다.

내부에는 두 사람이 겨우 들어갈 공간과 작은 창문, 산소 공급 장치가 있었습니다.

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1934년 두 사람은 버뮤다 인근에서 약 900m 깊이까지 내려갔습니다.

비비는 창밖으로 지나가는 발광 생물과 심해어를 직접 관찰했습니다.

과학자는 처음으로 심해 생물을 죽은 표본이 아니라 실제 환경에서 움직이는 모습으로 볼 수 있게 됐습니다.

다만 케이블이 끊어지면 구조가 어렵고, 원하는 방향으로 이동할 수 없다는 한계가 있었습니다.

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배시스카프는 스스로 내려가고 올라왔습니다

배시스피어의 한계를 해결한 장비가 배시스카프입니다.

스위스의 오귀스트 피카르는 고고도 기구의 원리를 바다에 적용했습니다.

무거운 밸러스트를 싣고 내려간 뒤, 바닥에서 밸러스트를 버려 다시 떠오르는 방식이었습니다.

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대표적인 배시스카프가 트리에스테호입니다.

상부에는 부력을 만드는 탱크가 있었고, 아래에는 사람이 탑승하는 두꺼운 강철 압력구가 달렸습니다.

1958년 미국 해군이 이 잠수정을 구입하면서 마리아나 해구 탐사가 본격적으로 준비됐습니다.

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트리에스테호는 지구 최심부에 도달했습니다

트리에스테호의 챌린저 해연 잠항에는 약 5시간이 걸렸습니다.

수심 10,000m에서는 1,000기압이 넘는 압력이 발생합니다.

작은 균열도 잠수정을 순식간에 파괴할 수 있는 환경입니다.

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트리에스테호는 약 10,900m급 해저에 도달했습니다.

두 사람은 바닥에서 약 20분 동안 머물렀지만, 착저 과정에서 퇴적물이 일어나 시야는 좋지 않았습니다.

그래도 이 잠항은 인간이 극한 수압을 견디는 장비를 만들 수 있다는 사실을 증명했습니다.

심해 탐사의 역사를 바꾼 순간이었습니다.

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심해 잠수정은 왜 둥글게 만들까

심해 잠수정의 탑승 공간은 대부분 구형으로 설계됩니다.

구형은 외부 압력을 전체 표면에 비교적 고르게 분산시키기 때문입니다.

평평한 벽이나 모서리는 특정 부분에 압력이 집중될 수 있습니다.

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창문도 일반 유리가 아니라 두꺼운 아크릴이나 특수 투명 소재를 사용합니다.

깊은 바다에서는 잠수정의 추진력보다 압력구와 생명유지장치, 비상 부상 시스템이 더 중요할 수 있습니다.

얼마나 깊이 내려가느냐뿐 아니라, 얼마나 안전하게 돌아오느냐가 핵심입니다.

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트리에스테 이후에는 연구가 중요해졌습니다

트리에스테호는 최심부 도달에 성공했지만 해저를 자유롭게 돌아다니며 연구하기에는 한계가 있었습니다.

이후 심해 탐사의 목표는 단순한 기록 경신에서 바닥을 이동하고 표본을 채집하는 방향으로 바뀌었습니다.

대표적인 연구용 유인잠수정이 앨빈입니다.

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앨빈은 1964년부터 운용됐으며, 조종사와 과학자가 탑승해 해저를 이동할 수 있었습니다.

로봇팔을 이용해 암석과 생물을 채집했고, 여러 차례 개량되며 반복적인 과학 탐사를 수행했습니다.

심해 잠수정이 일회성 모험 장비에서 실제 연구실로 바뀌기 시작한 것입니다.

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1977년 열수분출공 발견은 생명에 대한 생각을 바꿨습니다

1977년 앨빈 연구팀은 갈라파고스 해령에서 열수분출공 주변의 생태계를 발견했습니다.

햇빛이 전혀 닿지 않는 곳에 거대한 관벌레와 조개, 게가 밀집해 있었습니다.

당시까지 대부분의 생태계는 태양빛에 의존한다고 생각했습니다.

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하지만 열수분출공의 미생물은 황화수소 같은 화학물질에서 에너지를 얻었습니다.

이를 화학합성이라고 합니다.

이 발견은 햇빛 없이도 생태계가 만들어질 수 있다는 사실을 보여줬습니다.

심해 생물학뿐 아니라 유로파와 엔셀라두스 같은 외계 천체의 생명 가능성 연구에도 큰 영향을 주었습니다.

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ROV와 AUV가 무인 탐사 시대를 열었습니다

사람이 직접 내려가는 유인잠수정은 현장에서 즉시 판단할 수 있다는 장점이 있습니다.

하지만 생명유지장치와 안전 문제가 크고, 머무를 수 있는 시간도 제한됩니다.

그래서 현대 심해 탐사에서는 무인잠수정이 널리 사용됩니다.

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ROV는 케이블을 통해 탐사선과 연결된 원격조종 잠수정입니다.

실시간 영상을 보며 로봇팔을 움직이고 표본을 채집할 수 있습니다.

전력을 계속 공급받을 수 있어 장시간 작업에도 유리합니다.

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AUV는 미리 입력된 경로를 따라 스스로 움직이는 자율무인잠수정입니다.

해저 지형을 넓게 측정하고 수온과 염분, 자기장 데이터를 모으는 데 적합합니다.

현대의 심해 탐사는 유인과 무인 장비 가운데 하나를 고르는 방식보다, 임무에 따라 함께 사용하는 방향으로 발전하고 있습니다.

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일본의 카이코는 1만m 아래를 조사했습니다

1995년 일본의 무인잠수정 카이코는 마리아나 해구 약 10,900m 깊이까지 내려갔습니다.

카이코는 단순히 바닥에 도달하는 데 그치지 않고 영상 촬영과 퇴적물 채집을 수행했습니다.

이후 초심해에서 미생물과 단각류 같은 생명체도 확인했습니다.

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수심 6,000m보다 깊은 바다를 초심해대라고 합니다.

완전한 어둠과 낮은 온도, 높은 압력, 부족한 먹이가 특징입니다.

카이코의 탐사는 이런 극한환경에서도 다양한 생물이 살아간다는 사실을 보여줬습니다.

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무인잠수정도 심해 압력에서는 안전하지 않습니다

2009년 하이브리드 잠수정 네레우스도 챌린저 해연 탐사에 성공했습니다.

자율운항과 원격조종 방식을 모두 사용할 수 있어 초심해 연구에 적합한 장비였습니다.

하지만 2014년 케르마데크 해구를 조사하던 중 약 10,000m 깊이에서 파괴됐습니다.

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사람이 탑승하지 않아 인명피해는 없었지만 수년간 개발한 장비와 연구기기가 한순간에 사라졌습니다.

이 사례는 무인 장비라도 심해 수압을 완전히 피할 수 없다는 사실을 보여줍니다.

심해 탐사에서는 새로운 기능뿐 아니라 반복 압력시험과 통신 장애, 비상 회수 체계도 중요합니다.

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제임스 카메론은 52년 만에 다시 내려갔습니다

트리에스테호 이후 52년 동안 사람은 챌린저 해연 바닥에 다시 내려가지 못했습니다.

그 기록을 이어간 인물이 영화감독 제임스 카메론입니다.

카메론은 심해 촬영과 잠수 경험을 바탕으로 1인승 잠수정 딥시 챌린저 개발에 참여했습니다.

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딥시 챌린저는 세로로 길게 선 독특한 형태였습니다.

고압을 견디는 특수 부력재와 고해상도 카메라, 조명과 추진기, 로봇팔이 탑재됐습니다.

트리에스테호가 도달 자체를 목표로 했다면, 딥시 챌린저는 바닥에서 이동하고 촬영하며 과학 자료를 모으도록 설계됐습니다.

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2012년 인류 최초의 단독 최심부 잠항

2012년 3월 26일 제임스 카메론은 딥시 챌린저에 혼자 탑승해 챌린저 해연으로 내려갔습니다.

하강에는 약 2시간 30분이 걸렸습니다.

그는 약 10,900m급 해저에서 약 3시간 동안 머물며 영상과 관측 자료를 수집했습니다.

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바닥은 사람들이 상상한 괴생명체의 세계라기보다 옅은 퇴적물이 펼쳐진 황량한 공간에 가까웠습니다.

일부 장비 문제로 계획한 채집을 모두 수행하지는 못했지만, 고해상도 영상과 장시간 관측에 성공했습니다.

이 잠항은 민간 기술과 영상 장비, 해양과학이 함께 심해 탐사의 경계를 넓힌 사례였습니다.

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심해 탐사는 왜 중요할까

심해는 지구의 열과 탄소를 저장하는 거대한 공간입니다.

해류와 퇴적물을 조사하면 기후 변화와 해양 탄소순환을 이해하는 데 도움이 됩니다.

높은 압력과 낮은 온도에 적응한 미생물은 의약품과 산업용 효소 연구에도 활용될 가능성이 있습니다.

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해구는 지각판이 충돌하고 내려가는 섭입대와 연결돼 있습니다.

심해 지진계와 압력센서를 설치하면 지진과 쓰나미, 해저 화산 활동을 연구할 수 있습니다.

망간단괴와 해저 열수광상 같은 자원도 있지만, 심해 생태계는 회복 속도가 매우 느릴 수 있습니다.

따라서 자원개발보다 먼저 생물다양성과 환경영향을 조사해야 합니다.

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심해 탐사 기술은 우주 탐사와도 연결됩니다.

자율항법과 원격 로봇, 제한된 통신, 생명유지장치와 극한환경 소재는 두 분야에서 공통으로 필요합니다.

지구 심해를 연구하는 일은 얼음 아래 바다를 가진 외계 천체를 탐사하는 준비가 되기도 합니다.

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정리하며

심해 탐사의 역사는 단순히 더 깊이 내려간 기록만을 뜻하지 않습니다.

배시스피어는 인간에게 살아 있는 심해 생물을 처음 보여줬고, 트리에스테호는 최심부 도달이 가능하다는 사실을 증명했습니다.

앨빈은 열수분출공과 화학합성 생태계를 발견했고, ROV와 AUV는 인간이 직접 내려가지 않아도 넓은 바다를 조사하게 했습니다.

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제임스 카메론의 딥시 챌린저는 다시 인간을 챌린저 해연으로 데려갔지만, 오늘날 더 중요한 질문은 최대 수심 기록만이 아닙니다.

얼마나 오래 관측할 수 있는지, 얼마나 넓게 지도화할 수 있는지, 생태계를 훼손하지 않고 무엇을 배울 수 있는지가 중요해졌습니다.

심해 탐사의 목표는 정복에서 이해로 이동하고 있습니다.

깊이 내려가는 기술이 발전할수록, 그곳을 보호하고 조심스럽게 연구하는 기준도 함께 발전해야 합니다.

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