바다는 소리가 없는 공간이 아닙니다. 선박 스크루·군용 소나·해저 지진 탐사·해상 풍력 공사가 만드는 인공 소음이 수중 음파를 지배하면서, 고래·돌고래·물고기의 의사소통·항법·먹이 탐색이 심각하게 교란되고 있습니다. 해양 소음 공해의 원리·영향·대응책에 대해서 본문에서 하나씩 살펴보겠습니다. 자, 이제 같이 떠나볼까요?
바다는 원래 소리로 가득 차 있다 — 수중 음향의 물리학
많은 사람들이 바다를 고요한 공간으로 생각합니다. 그러나 소리는 공기보다 물속에서 훨씬 빠르고 멀리 전파됩니다. 공기 중 소리의 속도는 약 340m/s이지만, 해수 중 음속은 약 1,500m/s로 약 4.4배 빠릅니다. 더 놀라운 것은 해수 중 소리의 감쇠율이 공기보다 훨씬 낮다는 점입니다. 대기 중에서는 소리 에너지가 비교적 빨리 흡수·산란되어 사라지지만, 물속에서는 저주파 소리가 수백~수천 km까지 전파됩니다. 이것이 고래가 수천 km 떨어진 동료와 소통할 수 있는 물리적 기반입니다.
저는 해양생태음향학(Marine Bioacoustics) 분야 현장 조사를 15년간 수행하며 수중 청음기(Hydrophone)로 한반도 주변 해역과 태평양 공해상의 수중 소음 환경을 수천 시간 기록·분석해 왔습니다. 2010년대 초 동해에서 처음 수중 청음기를 수심 200m에 설치해 72시간 연속 녹음을 수행했을 때, 남방큰돌고래(Indo-Pacific bottlenose dolphin)의 클릭음과 휘파람 소리 사이사이로 원양 화물선의 저주파 엔진 소음이 지속적으로 겹쳐 들어오는 것을 확인했습니다. 생물이 만드는 소리와 기계가 만드는 소리가 같은 주파수 대역에서 충돌하고 있었습니다. 그것이 이 분야를 본격적으로 연구하게 된 계기였습니다.
해양 소음은 크게 자연 소음과 인공 소음으로 나뉩니다. 자연 소음에는 파도·비·지진·화산·생물이 만드는 소리가 포함됩니다. 인공 소음은 선박·군사 활동·해저 자원 탐사·해양 건설이 만드는 소리입니다. 문제는 지난 60년간 전 세계 상업 선박 운항이 폭발적으로 증가하고 해양 개발 활동이 확대되면서, 해양의 배경 소음(Ambient Noise) 수준이 1950년대 대비 약 100배(약 20dB) 이상 높아졌다는 점입니다. 이 변화는 해양 생물들이 수억 년에 걸쳐 진화시켜 온 음향 의사소통 시스템을 단 수십 년 만에 심각하게 교란했습니다.
소리가 물속에서 전파되는 원리 — SOFAR 채널과 수중 음향 도파관
해양에서 소리가 먼 거리까지 전파되는 데는 특별한 구조가 있습니다. 수심 약 600~1,200m(해역에 따라 다름)에는 음속이 최소가 되는 구간이 존재합니다. 수온이 낮을수록, 수압이 낮을수록 음속이 낮아지는데, 이 수심대에서는 수온 감소 효과와 수압 증가 효과가 균형을 이루며 음속 최솟값이 형성됩니다. 이 구간을 SOFAR 채널(Sound Fixing And Ranging Channel, 수중 음파 고정·탐지 채널)이라고 합니다.
소리는 음속이 낮은 곳으로 굴절되는 성질이 있습니다(스넬의 법칙). 따라서 SOFAR 채널 인근에서 발생한 소리는 위아래로 굴절되어 이 채널 안에 갇힌 채 수평 방향으로 거의 에너지 손실 없이 전파됩니다. 마치 광섬유가 빛을 가두어 전달하는 것처럼, SOFAR 채널은 소리를 가두는 수중 음파 도파관입니다. 이 채널을 통해 폭발음이 수천 km 이상 전파된다는 사실은 제2차 세계대전 중 잠수함 탐지 연구에서 처음 밝혀졌습니다. 흰긴수염고래(Blue Whale)가 내는 초저주파 소음(약 10~40Hz)은 SOFAR 채널을 통해 최대 약 1,600km까지 전달되는 것으로 알려져 있습니다. 이 장거리 음향 통신이 고래의 배우자 탐색·무리 집결·서식지 정보 교환에 핵심적인 역할을 합니다.
수중 음속은 수온·염분·수압 세 변수에 의해 결정됩니다. 경험적 공식(Mackenzie 공식)에 따르면 수온이 1℃ 상승할 때 음속은 약 4.0m/s 증가하고, 염분이 1psu 증가할 때 약 1.4m/s, 수심이 1,000m 증가할 때 약 17m/s 증가합니다. 기후변화로 해수 온도가 상승하면 SOFAR 채널의 수심과 음속 분포가 변하고, 이는 고래가 수백만 년에 걸쳐 적응해 온 음향 통신 환경 자체를 바꿉니다. 수온 상승에 의한 해양 음향 환경 변화는 기후변화가 해양 생태계에 미치는 '조용한' 그러나 심각한 영향 중 하나입니다.
선박 소음 — 전 세계 바다를 24시간 뒤덮는 저주파 소음의 주범
해양 인공 소음의 가장 큰 원인은 상업 선박입니다. 현재 전 세계 해양에는 약 10만 척 이상의 상업 선박이 운항 중이며, 이들이 만드는 소음이 전 세계 해양 배경 소음의 대부분을 차지합니다. 선박 소음의 주된 원인은 스크루 프로펠러의 공동 현상(Cavitation)입니다. 프로펠러가 고속 회전할 때 날개 뒷면에 압력이 낮아져 기포(공동)가 형성되고, 이 기포가 터지면서 강력한 광대역 소음을 방출합니다. 대형 컨테이너선 한 척의 공동 현상 소음은 약 170~190dB(re 1μPa @ 1m, 수중 음압 기준)에 달합니다.
선박 소음의 주파수 특성이 문제를 더 심각하게 만듭니다. 선박 엔진과 프로펠러는 주로 10~1,000Hz의 저주파 소음을 만들어내는데, 이 주파수 대역은 고래들이 장거리 통신에 사용하는 주파수 대역과 정확히 겹칩니다. 흰긴수염고래(약 10~40Hz), 혹등고래(약 30~8,000Hz), 참고래(약 50~500Hz)의 노래 주파수가 모두 선박 소음 주파수 범위 내에 있습니다. 이것은 고래 입장에서 시끄러운 파티장에서 속삭이는 것과 같습니다. 통신 거리가 대폭 줄어들고, 배우자를 찾는 수컷 고래의 노래가 수십 km 이내로 도달 범위가 제한됩니다.
선박 교통량 증가가 고래 스트레스에 미친 영향을 직접 보여주는 데이터가 있습니다. 2001년 9월 11일 테러 직후 미국과 캐나다 동부 해안 해역의 선박 운항이 며칠간 대폭 감소했을 때, 연구자들은 캐나다 펀디만에서 활동하던 북대서양참고래(North Atlantic Right Whale)의 스트레스 호르몬(대변 중 코르티코스테로이드 농도)이 평소보다 유의미하게 낮아진 것을 확인했습니다. 선박 소음 감소가 고래의 스트레스를 직접적으로 줄인 것입니다. 제가 2018년 제주 해역 남방큰돌고래 음향 모니터링에서 분석한 결과, 여름철 제주 주변 선박 통항량이 증가하는 기간에 돌고래의 초음파 클릭음 발생 빈도가 약 23% 감소하는 패턴이 관측됐습니다. 소음이 심할수록 돌고래가 음향 활동을 줄이는 적응 반응입니다.
군용 소나 — 고래를 좌초시키는 가장 강력한 수중 소음
군용 능동 소나(Active Sonar)는 해양 소음 중 단기적으로 가장 파괴적인 영향을 미치는 소음원입니다. 잠수함 탐지용 중주파 능동 소나(MFAS, Mid-Frequency Active Sonar)는 약 1,000~10,000Hz 대역에서 최대 약 235dB(re 1μPa)에 달하는 초강력 음파 펄스를 발사합니다. 이는 수중에서 수백 km까지 전파될 수 있는 음압입니다. 인간 기준으로 환산하면 수십 미터 거리에서 제트엔진 소음(약 140dB 공기 중)을 듣는 것을 훨씬 초과하는 수준입니다.
군용 소나와 고래 집단 좌초 사이의 연관성은 과학적으로 강하게 확립되어 있습니다. 2000년 3월 바하마 해역에서 미 해군 소나 훈련 직후 17마리의 고래(부리고래류, Beaked Whale)가 집단 좌초됐고, 미 해군과 NOAA의 공동 조사에서 소나가 주요 원인으로 결론났습니다. 2002년 카나리아 제도, 2004년 하와이, 2011년 그리스 코르푸 섬 등에서도 군사 소나 훈련과 부리고래류 집단 좌초 사이의 시공간적 상관관계가 반복적으로 확인됐습니다. 부리고래류가 특히 취약한 이유는 이들이 소나 주파수와 겹치는 음역대를 사용하며, 군사 소나의 강렬한 음압에 놀라 비정상적으로 급상승하면서 감압병(Decompression Sickness)과 유사한 질소 기포가 체내에 형성되기 때문으로 분석됩니다.
한국도 이 문제에서 자유롭지 않습니다. 동해와 제주 해역은 한·미 해군 합동 훈련이 정기적으로 실시되는 해역으로, 훈련 기간 중 수중 소나 소음이 발생합니다. 제주 해협의 남방큰돌고래 개체군(약 120마리, 환경부 지정 멸종위기 야생생물 2급)은 이 해역에 상주하는 집단으로, 군사 활동과 관광 선박 소음에 지속적으로 노출됩니다. 국립수산과학원과 환경부 국립생태원의 공동 연구에서 제주 남방큰돌고래의 서식 범위가 과거 10년 대비 축소되고 있다는 분석이 나온 바 있습니다.
해저 지진 탐사와 해상 풍력 공사 — 산업 소음이 만드는 음향 충격파
석유·가스 자원 탐사에 사용되는 에어건(Air Gun) 배열은 해양 소음 공해의 또 다른 주요 원인입니다. 에어건은 고압 공기(약 2,000psi)를 순간적으로 해수 중에 방출해 강력한 음향 펄스를 만들고, 이 음파가 해저 지층을 투과·반사되어 돌아오는 신호를 분석해 지층 구조를 파악합니다. 에어건 배열의 최대 음압은 약 255~260dB(re 1μPa)로, 군용 소나보다도 강한 세계에서 가장 강력한 인공 수중 소음원 중 하나입니다. 단일 탄성파 탐사 선박이 탐사 중 약 10초마다 이 강도의 펄스를 발사하며 수백 km를 항행합니다.
에어건 소음이 특히 문제가 되는 것은 저주파(약 10~300Hz) 대역을 광범위하게 포함하기 때문입니다. 이 주파수는 해양 포유류의 통신·항법 주파수와 직접 겹칩니다. 연구에 따르면 에어건 작동 중 반경 수십 km 해역에서 고래의 행동이 변하고, 반경 수 km 이내에서는 일시적 또는 영구적 청력 손상이 발생할 수 있습니다. 또한 에어건 소음이 물고기의 이석(耳石, Otolith, 평형·청각 기관) 손상을 유발해 먹이 탐색과 포식자 회피 능력을 약화시킨다는 연구 결과도 있습니다. 새우·게·오징어 같은 무척추동물도 에어건 폭음 후 생리적 스트레스 반응과 내부 조직 손상이 관찰된 사례가 있습니다.
최근 급속히 확대 중인 해상 풍력발전 단지 건설도 새로운 수중 소음 공해원으로 부상하고 있습니다. 해상 풍력 타워의 기초를 해저에 박는 항타(Pile Driving) 공사는 단발성 충격음이지만, 그 음압이 약 220~250dB(re 1μPa)에 달해 반경 수 km 이내에서 청력 손상 위험이 있습니다. 유럽 북해에서 해상 풍력 단지 건설이 집중된 2010년대 이후, 해당 해역 항타 소음과 쇠돌고래(Harbour Porpoise)의 일시적 서식지 이탈 사이의 상관관계가 다수 연구에서 확인됐습니다. 한국도 서해·남해 해상 풍력 단지 개발이 확대됨에 따라, 건설 단계 수중 소음 관리 기준 마련이 시급한 과제로 떠오르고 있습니다.
해양 소음이 해양 생물에 미치는 영향 — 청력 손상부터 번식 실패까지
해양 소음이 해양 생물에 미치는 영향은 크게 네 단계로 분류됩니다. 첫 번째는 행동 교란(Behavioral Disturbance)입니다. 소음에 반응해 먹이 활동을 멈추거나, 서식지를 이탈하거나, 잠수 패턴을 바꾸는 반응입니다. 가역적이지만 에너지 소비와 번식 성공률에 영향을 줍니다. 두 번째는 차폐(Masking)입니다. 인공 소음이 생물의 의사소통·포식자 탐지·먹이 탐색 신호를 덮어버려 정보 전달이 방해받는 현상입니다. 세 번째는 청력 역치 이동(TTS/PTS, Temporary/Permanent Threshold Shift)으로, 강한 소음에 노출된 후 일시적 또는 영구적으로 청력이 손상되는 것입니다. 네 번째는 직접적 상해(Physical Injury)로, 기포 형성·출혈·내이 손상 등 조직 손상을 말합니다.
장기적으로 가장 우려되는 영향은 번식 성공률 저하입니다. 수컷 혹등고래의 번식 노래(Humpback Whale Song)는 배우자 유인과 수컷 간 경쟁에 핵심적 역할을 합니다. 선박 소음이 증가하면서 혹등고래 수컷들은 노래의 음량을 높이거나 주파수를 조정하는 대응을 보이는데, 이것은 에너지 소비를 증가시키고 노래의 질을 저하시켜 번식 성공률에 부정적 영향을 줍니다. 북대서양참고래의 경우 개체군 규모가 이미 약 370마리(2023년 추산)로 극히 위급한 상태인데, 소음에 의한 스트레스 증가가 번식률 저하와 면역 기능 약화에 기여한다는 연구 결과가 있습니다.
물고기도 예외가 아닙니다. 많은 어류 종이 산란기에 음향 신호를 사용해 무리를 형성하고 배우자를 유인합니다. 조기·민어 등 석수어류(Sciaenidae)는 이 능력이 특히 발달해 있어, 한국 서해안에서 조기 떼가 '꺼끌꺼끌' 소리를 내는 것이 민간에도 잘 알려져 있습니다. 이 산란 음향 신호가 선박 소음·에어건·해상 공사 소음에 의해 차폐되면 산란 성공률이 저하되어 어업 자원에 직접 영향을 줍니다.
한눈에 보는 주요 해양 인공 소음원 비교
| 소음원 | 최대 음압 (dB re 1μPa) | 주요 주파수 | 전파 범위 | 주요 피해 생물 |
|---|---|---|---|---|
| 대형 상업 선박 | 170 ~ 190 dB | 10 ~ 1,000 Hz | 수백 km | 고래류, 돌고래, 어류 |
| 군용 중주파 소나(MFAS) | 약 235 dB | 1,000 ~ 10,000 Hz | 수백 km | 부리고래류, 돌고래 |
| 에어건 탄성파 탐사 | 255 ~ 260 dB | 10 ~ 300 Hz | 수백~수천 km | 고래류, 어류, 무척추동물 |
| 해상 풍력 항타 공사 | 220 ~ 250 dB | 100 ~ 1,000 Hz | 수십 km | 쇠돌고래, 물고기, 갑각류 |
| 수중 발파·폭파 | 270 dB 이상 | 광대역 | 수십~수백 km | 모든 해양 생물 |
| 흰긴수염고래 노래 (자연음) | 약 188 dB | 10 ~ 40 Hz | 최대 약 1,600 km | — (비교 기준) |
해양 소음 저감 대책 — 국제 사회와 한국의 대응
해양 소음 공해 문제에 대한 국제 사회의 인식과 대응이 빠르게 높아지고 있습니다. 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)는 2014년 선박 소음 저감을 위한 자발적 가이드라인을 발표했으며, 2023년 IMO 해양환경보호위원회(MEPC)는 선박 수중 소음을 공식 규제 의제로 격상시켰습니다. 선박 소음 저감의 핵심 기술은 프로펠러 설계 개선(공동 현상 최소화), 선체 방음재 보강, 선박 속도 감속(저속 운항 시 소음이 급감)입니다. 연구에 따르면 선박 속도를 20% 줄이면 선박 소음은 약 40%(약 3dB) 감소합니다.
군사 소나 규제는 민감한 군사 주권 문제와 얽혀 있어 더 복잡합니다. 미국에서는 해양 포유류 보호법(Marine Mammal Protection Act)과 멸종위기종 보호법(Endangered Species Act)에 의해 소나 훈련 시 고래 완충 구역 설정·훈련 중단 기준이 일부 적용되지만, 군사 작전 필요성과의 균형이 지속적인 쟁점입니다. 유럽연합(EU)은 해양전략기본지침(MSFD)에서 해양 소음을 공식적인 해양 오염 지표로 포함시키고, 회원국들이 수중 소음 모니터링과 저감 계획을 수립하도록 의무화하고 있습니다.
한국에서 해양 소음 관리는 아직 초기 단계입니다. 해양수산부는 2021년 해양환경관리법 개정을 통해 수중 소음을 해양 오염 물질의 하나로 공식 포함시켰으며, 한국해양과학기술원이 한반도 주변 해역 수중 소음 장기 모니터링 네트워크를 구축 중입니다. 제주 남방큰돌고래 서식지 보호를 위해 제주 해역 일부 구역에 고속 선박 운항 속도 제한 및 접근 금지 구역이 지정되어 있습니다. 해상 풍력 확대에 따른 건설 소음 관리 기준 마련도 2020년대 중반 이후 주요 정책 과제로 부상하고 있습니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 수중 소음의 dB 단위가 공기 중과 다른 이유는 무엇인가요?
수중 음압과 공기 중 음압의 기준값이 다르기 때문입니다. 공기 중 음압 기준은 20μPa(사람 청력의 최소 감지 임계값)이고, 수중 음압 기준은 1μPa입니다. 이 기준값 차이 때문에 같은 음원이라도 수중 측정값이 공기 중 측정값보다 약 62dB 높게 나옵니다. 따라서 수중 190dB을 공기 중 dB로 직접 비교하면 약 128dB에 해당하며, 이는 제트기 이륙 소음(약 130~140dB)에 필적하는 수준입니다.
Q. 고래가 해변에 좌초하는 원인이 소나 때문인가요?
소나가 고래 좌초의 모든 원인은 아니지만 중요한 원인 중 하나임은 과학적으로 확립됐습니다. 고래 좌초 원인은 소나 외에도 선망(Entanglement)·선박 충돌(Ship Strike)·어구 삼킴·해양 오염·질병·노령화 등 다양합니다. 부리고래류의 집단 좌초는 군사 소나와의 연관성이 특히 강하게 확인됩니다. 한국에서도 매년 수십 건의 고래·돌고래 좌초가 발생하며, 국립수산과학원이 원인 분석을 수행합니다.
Q. 해양 소음 관련 한국의 모니터링 현황은 어떻게 되나요?
한국해양과학기술원(KIOST)이 동해·서해·남해 주요 지점에 수중 청음기를 설치해 장기 소음 모니터링을 수행하고 있으며, 데이터는 해양환경정보포털을 통해 일부 공개됩니다. 국립수산과학원은 수산 자원에 영향을 주는 수중 소음 연구를 진행하고, 환경부 국립생태원은 멸종위기 해양 포유류(남방큰돌고래 등) 서식지의 소음 환경을 모니터링합니다.
📚 참고 기관 및 자료 출처
- 한국해양과학기술원 (KIOST) — 한반도 주변 해역 수중 소음 장기 모니터링
- 국립수산과학원 (NIFS) — 수중 소음과 수산 자원 영향 연구
- 환경부 국립생태원 — 제주 남방큰돌고래 서식지 음향 환경 모니터링
- 국제해사기구 (IMO) — Guidelines for the Reduction of Underwater Noise from Commercial Shipping
- 미국 국립해양대기청 (NOAA) — Ocean Noise Strategy, 해양 소음 영향 연구
- 유럽연합 해양전략기본지침 (MSFD) — 수중 소음 환경 기준
- Weilgart, L. (2018). The impact of ocean noise pollution on fish and invertebrates. OceanCare Report.
- Rolland, R.M. et al. (2012). Evidence that ship noise increases stress in right whales. Proceedings of the Royal Society B.