요정의 원으로 알려진 아프리카 초원의 수많은 둥근 노출 패치의 기원은 10년 이상 연구자들 사이에서 논의의 주제였습니다. 최근 연구에서 함부르크 대학교의 생물학자 Norbert Jurgens 교수와 토양 과학자 Alexander Gröngröft 박사는 흰개미가 요정계의 원인임을 확인했습니다. 동시에, 그들은 풀의 자기 조절로 인해 페어리 서클이 발생한다는 생태계 모델러들의 핵심 주장을 반박합니다.
과학자들은 모래흰개미가 아프리카 요정 덩어리를 만든다는 사실을 확인하고, 이 요정 덩어리가 시간이 지남에 따라 물을 저장한다는 사실을 입증함으로써 초원이 스스로 조절한다는 이론을 뒤집었습니다. 위 사진은 나미브 사막에 있는 요정의 원입니다. 이미지 출처: UHH/MIN/Juergens
2013년 초, 함부르크의 식물학자 Norbert Jurgens는 Psammotermes 속의 순수한 지하 흰개미가 노출된 패치를 만들고 모래에 있는 식물을 제거하여 드물게 내리는 강우에도 불구하고 장기간 물 저장을 달성한다는 기사를 발표했습니다. 이 설명은 Science 저널에 게재되었으며 이후 남부 아프리카 곤충학자(Mike Peake 교수, John Henschel 박사, Kelly Flig 박사)에 의해 확인되었습니다.
이 신비한 현상은 모델링 방법을 사용하여 괴팅겐 대학교(University of Göttingen)의 연구자들과 같은 다른 연구자들에 의해서도 연구되었습니다. 연구자들은 잔디 식물의 자가 조직화로 인해 벌거벗은 부분이 발생한다는 기사를 발표했습니다(Getzin et al., 2015, 2022). 잔디 식물은 뿌리 시스템과 모래 토양에서의 광범위한 확산을 통해 물을 고르지 않게 흡수하여 맨땅의 잔디 식물이 죽게 됩니다.
또한 페어리 서클 아래 20cm 깊이의 토양 수분을 측정해 건조 현상을 발견하고 이를 수평으로 빠르게 흡수하는 주변 잔디에 설명했다.
PPEES에 글을 쓴 Norbert Jurgens와 Alexander Gröngröft는 괴팅겐 모델러의 핵심 주장을 반박했습니다. 그들의 연구에서 Jurgens와 Alexander Gröngröft는 나미비아, 앙골라 및 남아프리카의 1,700개 이상의 요정 서클에서 모래 흰개미의 존재를 입증했습니다.
Getzin et al.이 인용한 토양 수분 측정. (2022)의 자기 조직화 가설에 대한 증거는 Jurgens 2013의 증거와 일치합니다. 그러나 두 가지 설명은 다릅니다. 모델러는 표토에서 측정을 수행하고 표토의 건조를 주변 잔디가 수분을 끌어내는 것으로 해석한 반면, Jurgens는 2013년에 4가지 다른 깊이(최대 90cm 깊이)에서 토양 수분을 동시에 측정하여 하층토의 요정 원이 장기간 물을 저장할 수 있음을 보여주었습니다.
"게다가 사막 모래의 수문학적 특성에 대한 동료 글렌 그로프트(Glenn Groft)의 분석과 실험실 측정은 자기 조절 가설의 중요한 기초를 무효화했습니다."라고 Jurgens는 말했습니다. "흰개미가 서식하는 거친 입자의 페어리 서클(Fairy Circle) 모래의 수력 전도도는 폭우가 내리는 동안 실제로 높고, 많은 양의 물이 큰 공극을 통해 빠르게 스며들 수 있습니다. 그러나 모래가 토양 부피의 8% 미만으로 건조될 만큼 깊은 곳에서 쉽게 이동 가능한 물을 방출하는 경우에는 완전히 다른 이야기입니다."
이때 물은 모래 알갱이 사이의 접촉점에만 저장될 수 있습니다. 지속적인 수막이 없으면 토양의 수분 전도도는 매우 낮은 수준으로 떨어집니다. 이는 페어리 서클(부피 5% 이하) 이하의 습도 수준에서 액체 물의 단거리 운송 능력이 "매우 낮음"을 의미합니다. 이러한 물리적 현상은 습한 하층토 위의 토양 표면에 직접적으로 건조한 모래층이 형성되는 것으로 입증됩니다.
"현재 지식에 따르면, 자기 규제 대표자들이 가정한 며칠에 걸쳐 수 미터의 수평 물 이동 상황은 물리적으로 불가능합니다. 따라서 생물학적 현상에 대한 반대 설명에 대한 논쟁은 물리학, 이 경우 토양 물리학에 의해 결정되는 것으로 밝혀졌습니다. "라고 Jurgens는 말합니다. "요정원의 토양 수분 측정과 실험실에서 발견된 모래 토양의 수리적 특성은 요정원에 대한 설명으로서의 자기 조절 가설을 배제합니다. 따라서 요정원이 형성되는 이유는 분명합니다. 모래 흰개미는 토양 수분 저장을 통해 상당한 생존 이점을 얻습니다."