인공지능 기술을 사용한 최신 글로벌 원격탐사 연구에 따르면 전 세계 해양 표면에 떠다니는 조류가 급속히 팽창하고 있으며 이는 해양 생물 시스템이 중대한 변화를 겪고 있음을 나타냅니다. 연구팀은 이러한 추세가 해수온도, 해류, 영양분 패턴의 변화와 밀접한 관련이 있으며, 향후 해양생태, 관광, 연안경제에 폭넓은 영향을 미칠 수 있다고 지적했다. 사우스플로리다대학교와 국립해양대기청(NOAA)의 과학자들이 주도한 이 연구는 초대형 해양 관측 데이터를 처리하는 데 있어 인공지능의 중요한 역할을 강조합니다.

연구자들이 대형 거시적 조류 뗏목과 미세조류 표면막을 포함하여 해수면에 부유하는 조류를 전 세계적으로 체계적으로 분석하고 지난 20년 동안 이들의 분포와 변화에 대한 전반적인 그림을 제공한 것은 이번이 처음입니다. 논문의 교신저자이자 사우스플로리다대학교 해양과학대학 해양학 교수인 Hu Chuanmin은 연구 결과에 따르면 오늘날의 글로벌 해양 환경은 일반적으로 부유하는 거대조류의 성장에 더 도움이 된다는 것을 보여주었다고 말했습니다. 그는 공해 환경에서 해초, 갈조류 등 대형 조류가 다양한 해양생물의 서식지를 제공할 수 있고 어업의 중요한 양식장 역할을 할 수 있어 긍정적인 생태학적 효과가 있다고 지적했다. 그러나 일단 이러한 조류 덩어리가 해류에 의해 해안 지역으로 이동되면, 이들의 막대한 죽음과 부패는 관광 경관에 피해를 입히고 지역 경제에 영향을 미치며 해안 주민과 해양 생물의 건강을 위협할 것입니다.

이번 연구는 2003년부터 2022년까지의 위성 관측 데이터를 활용해 해수면의 미세조류 필름과 부유 대형조류 클러스터가 전 세계적으로 증가하고 있다는 사실을 발견했다. 통계에 따르면 미세조류의 피복 면적은 매년 약 1%의 비율로 꾸준히 증가하고 있는 반면, 대형조류는 일부 해역에서 훨씬 더 빠르게 확대되고 있습니다. 열대 대서양과 서태평양 지역에서는 연간 성장률이 13.4%에 달하며, 특히 2008년 이후 성장률이 크게 가속화됐다. 연구 기간이 끝날 무렵 전 세계 해수면 미세조류 발생 지역의 총 면적은 4,380만 평방킬로미터(약 1,690만 평방마일)에 달해 이전의 역사적 분포 패턴에서 크게 벗어났다. 연구팀은 이러한 수치가 '대조류가 적은' 바다에서 '대조류가 풍부한' 바다로의 '체제 전환'을 의미한다고 믿고 있습니다.

연대표로 볼 때, 거시적 부유 조류의 대규모 발생은 2010년을 중심으로 여러 주요 전환점에 나타났습니다. 2008년 황해에서는 Enteromorpha의 첫 대규모 녹조류 발생이 기록되었습니다. 2011년에는 열대 대서양에서 대규모 갈조류 Sargassum 발병이 발생했습니다. 2012년에는 동중국해에서 또 다른 대규모 Sargassum 사건이 발생했습니다. Hu Chuanmin은 2008년 이전에는 전통적 의미의 Sargassum을 제외하고는 거의 다른 지역에서 부유 대형조류의 대규모 발생을 경험한 적이 없다고 지적했습니다. 이제 유사한 사건이 여러 해양 지역에서 반복되고 있어 연구자들은 전 세계 해양이 풍부한 부유 대형조류를 특징으로 하는 새로운 단계에 진입하고 있다고 믿을 수 있습니다.

이 작업을 완성하는 열쇠는 딥러닝 등 인공지능 기술을 적용하는 데 있다. 연구팀은 13개 대표 해역과 5개 유형의 부유 조류에 대한 딥러닝 모델을 훈련해 약 120만 개의 위성 해양 이미지를 픽셀 단위로 식별했습니다. 떠다니는 조류는 단일 위성 이미지에서 매우 작은 부분 또는 심지어 1% 미만의 픽셀만을 차지하는 경우가 많으며 공간 분포가 매우 단편화되어 있어 기존 알고리즘에서는 노이즈에 쉽게 압도됩니다. AI 모델은 미묘한 '시각적 신호'를 자동으로 추출하고 분류함으로써 전 세계적으로 수동으로 식별하기 어려운 이러한 조류의 흔적을 걸러낼 수 있습니다.

논문의 제1저자이자 국립환경위성데이터정보서비스(NESDIS) 위성응용연구센터의 해양학자인 치 린(Qi Lin)은 이전 팀의 모델을 기반으로 개선하여 20년간의 전 세계 해양 원격탐사 데이터를 효율적으로 처리할 수 있었습니다. 모델 훈련 자체에는 몇 달이 걸리며 수백만 개의 이미지 특징을 분석하고 최적화해야 합니다. 또한 이 연구는 여러 이미지 세트를 병렬 처리하기 위해 사우스 플로리다 대학 연구 컴퓨팅 센터에서 제공하는 고성능 컴퓨팅 플랫폼을 사용했습니다. 이 인프라의 지원에도 불구하고 120만 개의 이미지 분석 작업을 완료하는 데 여전히 수개월이 걸렸습니다. Ziering은 이 컴퓨팅 플랫폼과 NOAA와 사우스 플로리다 대학 간의 장기적이고 안정적인 협력 없이는 이 작업이 거의 불가능할 것이라고 강조했습니다.

추진 요인 측면에서 본 연구는 인간 활동과 기후 변화가 부유 조류 발생 확대의 두 가지 주요 원인이라고 믿습니다. 강과 해안 지역의 영양염 유출수는 지속적으로 바다로 이동하여 해수면의 질소, 인 및 기타 영양 성분의 함량을 증가시켜 조류에 충분한 "비료"를 제공합니다. 동시에, 지구 온난화로 인해 바다가 계속 가열되어 해수의 성층 구조와 해류 패턴이 바뀌고 일부 해역에서 빠른 조류 번식에 더 적합한 열적 및 동적 조건이 만들어졌습니다. 연구팀은 구체적인 주행 메커니즘이 지역에 따라 크게 다를 수 있으며 더 많은 지역 관찰과 시뮬레이션을 통해 분해해야 한다고 지적했습니다.

생태학적 관점에서 볼 때, 떠다니는 거대조류는 Sargassum 물고기를 포함한 다양한 해양 생물에게 은신처를 제공하고 지역 생물 다양성과 수산 자원을 증가시킵니다. 반면, 해안으로 운송될 때 생성된 다량의 부식질은 해변을 "조류에 잠기게" 하고 분해 과정에서 용존 산소를 소비하며 유해한 가스를 방출하여 해안 수역의 부영양화 및 저산소증 위험을 악화시킵니다. 해변 관광에 의존하는 해안 지역 사회의 경우 대규모 조류 축적은 경관을 파괴할 뿐만 아니라 청소 및 유지 관리 비용을 증가시켜 호텔, 레스토랑 및 기타 관련 산업에 연쇄적인 영향을 미칩니다. 일부 저소득 해안 지역에서는 이러한 생태학적 현상이 기후 스트레스로 인해 더욱 악화되어 취약한 지역사회의 생계 안정에 추가적인 어려움을 안겨줍니다.

연구팀은 앞으로 더 많은 위성 관측 데이터를 통합해 다양한 해역과 다양한 조류 종의 확장 패턴을 개선하고, AI 인식 결과를 수치 해양 모델과 결합해 부유 조류 덩어리의 형성, 표류, 착륙 예측 능력을 향상시킬 계획이다. Qi Lin은 다음 단계에서는 각 지역의 주요 추진 요인의 상대적 비중을 명확히 하여 해안 거버넌스와 적응형 관리를 위한 보다 목표화된 과학적 기반을 제공하는 데 중점을 둘 것이라고 말했습니다. 보고서에 따르면, "Global Floating Algal Blooms are Expanding"이라는 제목의 이 연구는 2025년 12월 "Nature Communications"에 게재되었으며, 이는 기후 변화의 맥락에서 해양 표면의 생태학적 패턴이 빠르게 재형성되고 있음을 더욱 강조합니다.