분야
zip2학년 영어 심화연구활동 계획서
제목(영어)
‘Technology to restore destroyed ecosystems’
제목(한글)
‘파괴된 생태계를 복원하는 기술‘
관련 학습 단원
수능유형 PICK Part 2 기출예제
참고 도서 및 작가
Silent Spring (Rachel Carson), 원서
연구자
학번
성명
지도 교사
최종 확인
1. 심화 연구 동기 및 주제 선정 이유
구체적(호기심, 이 주제에 대해 관심이 있는 이유(주제 선정 동기))으로 작성하세요. (3줄이상)
학습한 영어 지문을 통해 생태계 환경이 무너지고 그로 인해 상상하지 못한 피해가 발생하고 있다는 사실을 문득 깨닫게 되었다. 생태계를 파괴한 주범은 인간이라는 것을 너무나 잘 알고 있는 사실이다. 인간이 생태계를 언제부터 어떻게 파괴하였고, 파괴한 생태계 환경이 어떤 피해를
주었는지, 궁극적으로 파괴된 생태계를 인간이 어떻게 다시 복원하기 위해 기술력을 도입하고 있
는지 탐구하기 위해 주제를 선정하였다. 또한 생태계를 위한 환경을 보호하고 복원하기 위해 미
래의 연구원으로서 어떤 연구를 해 나가야 할지 고민하고자 해당 주제를 선정하였다.
2. 연구 세부 내용
(필수 요소: 주제, 목차, 참고 도서 등 세부적으로 작성.
특히, 목차에서 글의 흐름이 보이도록 정확히 작성할 것. 내용에서 언급할 참고 도서 1권 및 주제와 관련된 책의 내용 명시할 것!)
I. 주제와 주제 선정 이유
‘파괴된 생태계를 복원하는 기술‘
생태계가 인간에 의해 파괴되었고, 계속 파괴되어 가고 있는 현대사회에서 생태계가 받은 피해를
구체적으로 조사해보고자 한다. 궁극적으로는 파괴된 생태계를 우리 인간이 어떻게 보호하고 복
원하고자 하는지 개발하고 있는, 사용되고 있는 기술에 대해서 탐구해보고 앞으로의 생태계를 위
한 연구 방향에 고민하기 위해 주제를 선정하였다.
II. 본문
1. 파괴된 지구의 생태계 현황
2021년 개제된 Frontiers in Forests and Global Change에 개제된 ’Where Might We Find Ecologically Intact Communities?’에 의하면, 7,500종의 동물을 대상으로 실시한 조사에서 1500년 이후 사람에 의해 동물 서식지에서의 크고 작은 멸종이 이루어져 있는 것으로 발표했다. 생태계가 완벽하게 남아있는 지역은 지구의 2.9%로 지구의 97.1%에서 생물의 다양성이 파괴되었으며, 그 중 68%가 인류에 의한 생태계 파괴가 큰 것으로 나타났다. 아한대 숲(캐나다), 툰드라(그린란드), 열대우림(아마존, 콩고, 인도네시아, 탄자니아) 지역은 생태계가 보존된 지역이며, 특히 생태계가 완벽하게 남아있는 지역은 2.9%중에서 약 11%만이 종래의 보호구역에 속해 있었다. 2022년 WWF(세계자연기금)가 발표한 보고서에 의하면, 지구생명지수(LPI)를 기준으로 판단해보면 1970년부터 2018년 사이에 야생동물 개체군 규모가 평균적으로 69% 감소하였으며, 지역별 야생동물 개체군의 규모는 남아메리카와 카리브해에서 약 94%, 아프리카는 66%, 아세아 및 오세아니아 지역은 약 55%, 유럽 및 중앙아시아는 18%, 북아메리카는 약20% 감소한 것으로 나타났다. 2019년 사이언스지에 개제된 ‘Global modeling of nature’s contributions to people’에 의하면, 육지 영역의 75%, 바다 영역의 66%에서 약 100만 종의 생물들이 멸종 위기에 있는 것이 지금의 현실로서, 이러한 생물들이 멸종할 경우 지구의 자연생태계 질서 붕괴로 이후 30년 정도는 아프리카, 남아시아 등지에서 심각한 식량난, 물 부족난이 발생하며, 아프리카, 남미, 남아시아와 같은 외곽 연안 지역의 기후변화와 함께 산림파괴 등으로 폭풍이나 해일과 같은 자연재해에 그대로 노출될 것으로 예상하였다.
2. 생태계 파괴의 시작과 원인 (침묵의 봄 도서 내용 인용)
자연은 종의 다양성이 유지되는 생태계를 부여하여 원시 농업 시대에는 곤충과 식물, 동물에 균형이 유지되었으나 농업이 본격화되면서 대규모의 농지에 여러 종류의 다양한 작물을 재배하는 경우에는 발생되지 않는 곤충 문제가 인류가 선호하는 단일 작물을 재배하면서 다양한 작물에 의해 확산되지 않는 해충 문제가 발생하게 되었다. 이러한 해충 문제를 해결하기 위해 유기물 기반의 살충제와 원하지 않는 식물(예, 잡초)을 쉽고 빠르게 없애기 위한 제초제(잡초 제거제)라는 화학적 방제제가 도입되었다. DDT(염화 탄화수소)와 유기인산 계열(말라티온, 파라티온 등)과 같은 유기물 기반 살충제는 생명체의 다양성을 만들어내는 탄소 원자를 기본으로 하고 있고, 잡초제(잡초 제거제)는 식물조직과 동물조직에 영향을 미치는 다양한 화학성분이 포함되어 있어 살충제와 잡초제에 의한 영향을 고려해야 했으나, 살충제와 제초제가 도입되던 1960년대에는 그러한 환경적인 영향을 전혀 고려하지 않았다. 살충제와 제초제의 사용으로 해충과 잡초만 제거되었다면 문제가 없겠지만, 실제로 해충 뿐만 아니라 식물이나 동물들에게 유익한 익충, 다양한 식물들에게도 영향을 주고 곤충이 전반적으로 줄어들게 되고, 이후 이러한 곤충과 식물, 과실 등을 먹이로 하는 새들과 동물들이 살충제와 제초제에 중독되어 동물들의 죽음이 연쇄적으로 반복되는 생태계 파괴가 시작되었다. 즉, 생태계를 유지하는 먹이사슬이 인위적으로 끊어지는 화학적 방제를 통하여 생태계 파괴가 이루어져 종의 다양성이 유지되지 못하는 문제가 발생하게 되었다.
3. 생태계 환경 복원을 위한 다양한 기술
3-1 자연 복원 기술
복원의 정의는 파괴된 자연을 파괴된 이전의 상태로 되돌리는 것으로, 자연적으로 복원하는 자연복원 기술과 생태 공학적인 인위성을 포함하는 인공 복원기술로 구분할 수 있다. 자연 복원 기술은 피해지에 별다를 조치를 취하지 않고 자연적으로 복원하는 기술을 의미한다. 자연 복원으로 회복되는 피해지는 안정성이 커지는 숲이나 하천 등의 자연 환경이 형성되면서 생물 종 다양성이 커지는 지역으로 발달하게 된다. 이러한 자연복원 기술은 산불 피해를 입은 숲을 복원하는 방식에서 주로 이용된다. 대표적인 예시로, 강원도 고성군 죽왕면에서 2번(1996년, 2000년)의 산불 피해를 입었고, 1996년에는 인공 복원, 2000년에는 자연 복원을 진행하였다. 20년 후 인공복원을 진행한 곳에서는 잎이 뾰족한 침엽수, 자연복원을 진행한 곳에서는 신갈나무와 같은 활엽수가 무성하게 조성되었다. 이는 인공복원의 경우 주로 소나무를 심으나, 소나무는 불에 약하고 솔잎이나 송진이 불에 잘 타게되어 산불에 약한 산림에 조성되는 결과가 나타나게 되었다.
3-2 생태 공학 기술
SERBD(Society for Ecological Restoration Board of Directors in 1994)에서 생태적 복원을 “인간에 의해 파괴된 지역을 고유 생태계가 지니는 종의 다양성과 역동성의 상태로 회복하는 과정”으로 정의하였다. 생태공학이란 자연 생태계의 정화 효과를 높여 수 환경을 복원시키는 방법으로, 야생생물의 서식공간을 창출하기 위하여 비오톱을 조성하고 하천이나 갯벌 등의 수변대를 복원하는 수질정화 기술을 공학적 원리로 도입하는 것을 의미한다. 생물의 서식 장소인 수역, 습지대, 육지 등의 유기적 연계를 통하여 생산과 분해, 정화 등의 기능이 효율적으로 이루어져 생태계를 복원한다. 대표적으로 자연습지 고유의 구조와 기능을 인공적으로 개선하기 위하여 조성한 인공 습지는 수질개선, 타 지역에서 손실된 습지보충, 야생 동물의 서식공간을 제공한다. 미국에서는 농촌의 댐이나 하천의 홍수터 복원사업인 비점오염물질 처리, 하수처리와 같은 점오염원 처리에 집중하여 하천 등을 청결하게 유지하고 습지 자원을 보충할 수 있다. 이러한 생태공학 기술에 의한 인공 습지는 습지의 수질정화 능력, 생물의 먹이사슬을 유지하는 생태계를 조성하기 위하여 자연정화 기능, 바이오매스 변환에 의한 물질순환 시스템이 형성되는 기초과학과 공학이 결합되어 습지 조성 목적에 따라 친수공간과 생물 서식처를 제공하는 자연 친화적 수질정화 기능을 제공할 수 있다.
3-3 기타 생태계 복원 기술
자연 복원이나 생태공학적 기술이 접목된 인공습지 조성 등의 방법 이외 최근에는 바이오 분자진단, 드론, IT, 유전학(DNA) 기술이 접목된 다양한 생태계 복원기술이 이용되고 있다. ① 한국에서는 세계적인 수생생물의 유전물질, 환경 유전자가 등을 분자 생물학적으로 분석하여 생물의 다양성을 정확하게 분석하는 바이오 분자 진단기술을 이용하여 멸종 위기종, 해양보호 생물 등의 생태조사에 활용하는 기술이 연구되고 있다. ② 한국의 현대 자동차는 산림복원 모니터링용으로 활용되는 차량을 제공하고 차량 뒤편에 트리플래닛의 드론 스테이션을 장착하여 복원 식물과 복원 대상지의 유지관리에 이용하거나 전기자동차와 IT 역량을 활용하여 산불 피해지의 복원에 적용하는 연구가 진행되고 있다. ③ 통합기술로 인공지능과 드론을 이용한 환경 생태계 복원 기술이 이루어지고 있다. 대표적으로 호주의 dendra systems에서 인공지능 및 드론 등의 최첨단 기술을 활용해 대기오염, 기후변화 문제를 해결하기 위하여 생태학과 엔지니어링, 과학을 융합한 솔루션을 개발해 산림 생태계를 복구하는 시스템을 제공한다. 일반적으로 황폐한 지역에 나무를 심거나 하천을 구축하는 기술을 적용하는 종래 기술을 사용하는 대신 광산이나 퇴화된 황무지, 농경지 등을 조사하여 토지 현황을 데이터화하고, 해당 데이터를 기반으로 지상 동식물의 존재여부, 토지의 환경 영향력 등의 생태학적 데이터를 수집하는 등 생물 다양성에 초점을 두고 토지 재활을 위한 솔루션을 제공한다. 드론을 이용하여 공중에서 씨앗을 뿌려 나무를 성장시키거나, 토지를 실시간 관측하여 수종의 건강한 성장을 도모하는 방식 등의 새로운 방식을 적용하고 있다. ④ 호주와 미국 연구진을 중심으로 퇴화된 생태계 복원을 위하여 DNA 모니터링과 같은 최신 바이오 기술을 이용하여 외래종 잡초나 동물 탐지를 개선하는 등 생태계 복구에 활용되는 연구가 이루어지고 있다. 토양 미생물 귀환을 추적하고, 멸종 위기의 상황이거나 침입종과 같이 바람직하
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