대체 불가능하고 생명 순환의 완성을 연결하는 원소
인은 식물 성장에 매우 중요하고 우리에게도 필수적이지만, 비료의 역할보다 더 중요한 게 있다. 즉 우리가 먹은 음식을 근육을 움직이는 데 필요한 화학 에너지로 변환하는 데 도움을 준다. 또 우리 뼈와 치아의 주요 구성 성분이며, DNA에도 포함되어 있다. DNA 자체라고 해도 무방한데, 지구상 모든 세포에 생명을 불어넣는 유전자의 이중나선 골격이 인으로 만들어져 있으니 말이다. 옥수수부터 그것을 먹는 가축, 나아가 그 가축을 먹는 사람에게 인은 생명의 매 단계에서 매우 중요한 역할을 한다.
인이 없으면 지구에 생명도 없다. 물론 현대 비료의 다른 두 주요 구성 요소인 질소와 포타슘을 비롯한 생명에 필수적인 여러 원소도 마찬가지다.
하지만 인은 이 원소들과 큰 차이점이 있다. 포타슘은 과거 바다였던 바짝 마른 고대의 해저 퇴적층에 엄청나게 많은 양이 매장되어 있고, 따라서 지구에서 포타슘이 고갈될 위험은 없다. 질소는 대기 중에 가장 풍부한 기체이고, 이미 1900년대 초반부터 대기에서 질소를 뽑아내 농지에 살포하는 데 적합한 형태로 만드는 기술이 있었다. 이는 계속 증가하는 지구의 인구를 먹일 수 있을 만큼 충분히 크고 빠르게 농작물을 키워낼 비료를 만드는 데 이 두 원소가 부족해질 걱정은 없다는 의미다.
반면 생명 순환의 완성을 연결하는 원소인 인은 유한하고 대체할 원소가 없다.
1959년 유명한 과학자이자 작가 아이작 아시모프는 “우리는 석탄을 원자력으로, 나무를 플라스틱으로, 고기를 효모로, 외로움을 친절함으로 대체할 수 있을지 모르지만, 인은 다른 무엇으로도 대체할 수 없다”고 말했다.
악마의 원소, 인의 발견
순수한 인은 17세기에 연금술사가 소변을 강열(強熱)하다 우연히 발견했는데, 마늘 냄새가 희미하게 나고 매혹적인 빛을 발하는 밀랍 같은 흰색 덩어리였다. 사람의 배설물에는 세포들이 포함되어 있는데, 그 세포에 들어 있던 인을 추출해낸 것이다. 연금술사는 이 물질에 포스포루스(phosphorus, ‘금성’을 뜻하는 그리스어로 대략 ‘빛을 가져오는 자’라는 뜻)라는 이름을 붙였다.
하지만 연금술사는 이 원소의 성질을 제대로 알지 못한 채 이 이름을 지은 듯하다. 이 의문의 덩어리가 자연 발화하면, 지옥 불처럼 사납게 타는 경향이 있다는 걸 이름을 붙일 때는 몰랐기 때문이다.
인을 ‘악마의 원소’라고 부르기 시작한 것은 그리 오래되지 않았다. 이런 악명은 지독한 독성(쥐약의 활성 성분)과 폭발성(러시아가 우크라이나에서 사용한 것으로 알려진 백린탄 등) 때문에 붙었다.
인이 악마의 원소라는 생각은 오늘날 훨씬 더 적절해 보인다. 지난 세기 동안 우리는 채굴한 인 비료의 힘에 눈을 뜨고, 그것이 맺어준 모든 열매를 만끽했다. 그러나 지구가 유지할 수 있는 인구수를 제한하는 자연적 조절 장치를 깨는 대가로 우리는 깨끗한 물을 인 비료로 오염시켰고, 그 물은 이제 마시기는커녕 수영과 낚시도 못할 정도로 더럽혀졌다.
이러한 물을 보호하고 되살리는 동시에 다음 세대가 사용할 수 있는 충분한 인, 즉 충분한 식량을 보장하도록 지금 우리가 할 수 있는 유일한 일은 우리가 깨뜨린 고결한 생명의 순환을 되찾기 위해 이 근대의 악마가 제 꼬리를 쫓도록 훈련시키는 것이다.
이는 우리가 사용하는 화학 비료의 양과 사용 방법에 대한 극적인 변화를 요구할 것이고, 인간의 배설물을 비롯해 문명의 폐기물 흐름을 관리하는 방식에 혁명을 일으킬 것이다.
인의 균형
인간이 자연 속 원소의 흐름을 파괴하기 전까지 인 교환은 수십억 년 동안 절묘하게 균형을 유지해왔다. 초기의 인 원자는 굳어버린 지구의 마그마에서 생명의 세계로 흘러나옴으로써 바다에 정착한 최초 단세포 유기체의 구성 요소가 되었다. 그리고 화성암 석판에서 인이 빠져나가면 빠져나갈수록 더 많은 생명체, 더 복잡한 형태의 인이 전 지구적으로 퍼져나갔다. 처음에는 바다에서 이런 사건이 일어났지만, 결국에는 육지에서도 암석이 침식해 모든 생명체에 필요한 귀중한 원소의 흔적을 남기기에 이르렀다.
세상에 방출된 인 원자는 물속이든, 육지든, 또는 그 두 곳을 오가든 생물과 무생물 사이에서 시간을 초월해 존재했다. 미항공우주국(NASA)이 지원한 한 연구에서, 인간이 인을 중간에 가로채기 전까지 지구의 자연적 흐름이 얼마나 우아하게 조절되었는지 밝혀졌다. 위성 데이터를 활용해 연구자들은 사하라사막에서 솟아올라 대서양을 건너 서쪽으로 표류하며 아마존 정글까지 이동하는 먼지구름 속 인의 양을 분석했다. 제트 기류가 지구에서 가장 건조한 지역과 가장 푸른 지역을 잇는데, 놀랍게도 그토록 푸른 아마존 정글은 인이 부족했다.
지난 200년 동안 인간은 인으로 잘 연결되어 있던 생명의 순환 고리를 끊고, 광산에서 농장과 바다로 곧장 이어지게끔 경로를 바꿔버렸다. 그 결과 독성 조류로 인한 오염이 점점 더 증가하고 있다.
하지만 우리는 골칫덩어리 인의 일부를 농경과 관련한 생태계의 순환 과정으로 다시 끌어들이는 조치를 취할 수 있다. 이를 통해 급증하는 녹조 발생을 억제하고, 지구에 묻혀 있는 인 매장량의 수명을 연장할 수 있다.
신들러의 실험
35밀리 카메라를 들고 버블 캐노피 헬리콥터에 올라 캐나다의 황야로 날아간 선구적인 생태학자 데이비드 신들러가 인위적으로 인 비료를 과다 투여해 초록색으로 변해버린 외딴 호수를 찍은 사진은 상징적이다.
무시무시한 녹색 호수 사진은 인으로 가득한 세제가 20세기 중반 이리호와 대륙 전역의 담수를 황폐화한 녹조 창궐의 배후라는 신들러의 최종 결론을 뒷받침하는 데 쓰였다. 이 사진보다 더 설득력 있는 주장은 있을 수 없었고, 대중의 판단은 즉각적이었다.
227번 호수 탄소 실험
세제 업계는 이리호의 조류 문제가 그들 제품으로 인해 발생하는 (인이 풍부한) 폐수가 아니라 (탄소가 풍부한) 가정의 하수가 원인이라고 주장했다. 신들러는 정말 탄소 때문인지 시험해보기로 결정했다.
1969년 봄, 약 5만 제곱미터 면적의 호수에서 실험을 진행했다. 그들은 10마력의 엔진이 달린 보트에 시동을 걸고 호수 한가운데로 나아간 뒤 엔진을 끄고 보트 뒤쪽에 있는 배수 플러그를 뽑았다. 시동을 끈 채 배수 플러그를 뽑으면 그 구멍으로 물이 밀려 들어온다.
보트에 호숫물이 차오르면 배수 플러그를 다시 꽂고 인과 질소 기반 비료 두 봉지를 부은 뒤 휘저어 혼합한다. 그러고는 다시 시동을 걸고 출발하면서 배수 플러그를 다시 뽑은 다음 호수를 돌며 보트에 있는 비료 혼합물이 호수로 흘러 들어가도록 했다. 그리고 2주 뒤, 녹조류가 호수에 창궐했다.
과학자들이 물에 탄소를 뿌리지 않았기 때문에 인간이 방출한 탄소가 녹조 창궐의 원인일 수는 없었다. 그렇더라도 생태학자들의 계산 결과, 물속에 자연적으로 존재할 수 있는 탄소의 양은 그들이 질소와 인을 첨가한 후 발생한 규모만큼 큰 녹조를 발생시킬 수준이 아니었다.
신들러는 227번 호수 실험 결과에 대해 “우리가 가장 깊게 관심을 기울인 점은 대체 조류가 충분한 탄소를 어디서 얻었는지 알아내는 것이었다”고 말했다. 연구원들은 24시간 탄소 측정을 통해 결국 조류가 광합성을 하고 성장하며 낮 동안에 호수의 이용 가능한 탄소를 소비한다는 결론을 내렸다.
226번 호수 질소 실험
신들러는 다음 실험에서 질소를 시험해보기로 결정했다. 그는 땅콩 모양의 226번 호수를 반으로 잘라 표면에서 바닥까지 이어지는 폴리우레탄 칸막이를 설치했다. 칸막이로 가로막자 하나의 호수가 둘로 나뉘었다. 연구원들은 양쪽 모두에 탄소와 질소를 투여하고 한쪽에만 인을 추가로 공급했다. 영양 공급을 시작하고 몇 주 만에 한쪽 호수가 확연히 밝은 녹색으로 변했다. 인을 공급한 쪽이었다.
칸막이로 나뉜 호수 한쪽의 깨끗하고 짙푸른 물과 다른 쪽의 골프장 잔디 같은 녹색 물은 인이 조류 문제를 일으키지 않는다는 세제 업계의 주장에 큰 타격을 입혔다.
물론 인이 호수에서 조류를 증식시키는 유일한 영양소는 아니지만, 신들러 팀은 226번 호수 실험과 후속 실험을 통해 이것이 대부분의 담수에서 조류 성장의 제한 요인이라는 것을 확신했다.
실험의 파장: 인 사용 제한
“이리호는 재앙이 되어버렸고, 타호호는 위험에 빠졌다. 퓨젓사운드는 생태학적 악몽이 되어버렸고, 찰스강은 명성을 잃었다. ……더 이상 시간이 없다. 우리는 당장 오염 문제를 해결해야 한다. 그렇지 않으면 결코 해결하지 못할 수도 있다.” 1970년 신문에 실린 광고 문구다.
이 광고는 세제에 포함된 인을 문제의 근원으로 지목했다. 시에라 클럽 등 환경 단체에서 낸 광고가 아니다. 타이드의 경쟁사가 환경적으로 책임 있는 선택을 한다면서, 자사의 세제를 홍보하기 위한 광고였다. 이 광고는 인 함량이 가장 높은 브랜드의 이름뿐만 아니라, 경쟁 브랜드의 인산염 비율도 제시했다.
그해 말, 미국 세제 업계는 제품의 인 함량을 중량 기준 8.7퍼센트 이하로 제한하기로 합의했다. 비슷한 시기에 인 세제에 대한 전면적 금지 명령을 내린 시카고의 경우에는 이런 제한으로 충분하지 않았다. P&G는 연방 법원을 통해 조율을 시도했지만 실패했다. 인디애나주는 미국 최초로 주 전역에서 인 세제를 금지했다. 세제 업계는 인을 금지한 디트로이트와 애크런, 오하이오에서도 소송에 패했다.
1973년 이후 많은 주에서 인디애나주를 따랐고, 1990년대 중반부터는 세제 업계가 자발적으로 가정용 세제에서 인을 제외했다.
지구상의 물은 현존하는 게 전부다. 물은 한동안 뭔가에 오염될 수도 있고, 영겁의 세월 동안 빙하에 갇혀 있을 수도 있고, 전 지역이 수십 년 동안 가뭄을 겪을 수도 있다. 하지만 지구의 전체적인 물 균형은 변동하지 않는다. 따라서 물이 부족해질 일은 없다. 그렇다고 오염, 가뭄, 물길 전환 프로젝트로 인한 공급 부족이나 기후 변화로 인한 공급 과잉 등을 걱정할 필요가 없다는 의미는 아니다. 예를 들어 모든 빙하가 단 몇십 년 만에 녹는다면 해수면이 약 70미터 상승해 지구상의 모든 해안 도시가 물에 잠길 수 있다.
인의 순환도 이와 비슷하다. 즉 지구상의 인 원자는 현존하는 게 전부다. 인은 수십억 년 동안 마치 빙하에서 떨어지는 물방울처럼 모암(母巖)이 침식하면서 생명의 세계로 스며들었다. 이제 우리는 죽은 해양 생물이 해저에 가라앉아 생긴 퇴적암을 채굴해 이러한 물방울을 분출구로 뿜어내는 방법을 알아냈고, 때로는 재앙적 결과를 가져올 만큼 세상을 인으로 가득 채우기도 한다. 물과 마찬가지로, 우리는 인 없이 살 수 없지만 한편 너무 많으면 심각한 문제가 발생한다.
우리가 촉발한 급류를 늦추려면 화학 비료를 채굴하고, 처리하고, 적용하는 방법을 더욱 효율적으로 만드는 것 이상으로 이 원소와의 관계를 변화시킬 필요가 있다.
“우리가 해야 할 더 나은 대비책은 인의 사용과 유출을 촉진하는 토지 이용에 매우 엄격한 제약을 가하는 것입니다. 하지만 동시에 인내심도 필요하죠. 변화는 몇 년 안에 일어나지 않을 겁니다. 일을 방해하는 것은 언제나 인내심이죠. 어떤 이유인지 사람들은 50년 동안이나 호수를 망가뜨렸으면서 단지 몇 년 안에 그걸 회복시킬 수 있을 거라고 기대합니다. 하지만 그렇게 빨리 해결될 일은 아닙니다.”〔데이비드 신들러(David Schindler), 선구적 생태학자〕－본문 중에서
“2050년까지 90억~100억 명이 식량을 공급받아야 하고, 그렇게 되면 그들은 더 나은 삶을 살 수 있을 것이다. 물론 이는 좋은 일이다. 하지만 이것은 또한 더 많은 육류를 생산해야 한다는 걸 의미하고, 결국 인 시스템에 더 큰 부담을 주는 것과 직결된다. 동시에 우리는 사람들이 물을 마셔야 한다는 사실을 잊지 말아야 하고, 그렇게 할 수 있도록 해야 한다. ……우리는 이 두 가지를 동시에 달성해야 하는데, 결코 쉬운 일은 아니다.”〔제임스 엘저(James Elser), 몬태나 대학의 생태학자〕－본문 중에서
