물질 순환(탄소 순환 및 질소 순환)편집자 확인

광합성은 녹색 식물, 조류, 일부 세균이 태양 에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로 포도당과 같은 유기물을 합성하고 산소를 방출하는 과정이다. 이 과정은 생태계에서 생산자가 태양 에너지를 화학 에너지로 전환하여 고정하는 핵심적인 역할을 담당한다. 광합성의 일반적인 화학식은 6CO₂ + 6H₂O + 빛 에너지 → C₆H₁₂O₆ + 6O₂로 표현된다.

반면, 호흡은 생산자, 소비자, 분해자를 포함한 거의 모든 생물이 유기물을 분해하여 생명 활동에 필요한 에너지를 얻는 과정이다. 호흡은 광합성으로 합성된 유기물을 다시 이산화탄소와 물로 분해하며, 에너지(ATP)를 방출한다. 호흡의 일반적인 화학식은 C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 에너지(ATP)이다.

이 두 과정은 탄소 순환의 핵심적인 양대 축을 형성한다. 광합성은 대기 중의 이산화탄소를 생물체 내 유기 탄소 형태로 고정하고, 호흡은 그 유기 탄소를 다시 이산화탄소로 방출하여 대기로 되돌린다. 이들의 균형은 대기 중 이산화탄소 농도에 직접적인 영향을 미친다.

이러한 상호작용은 생태계 내 에너지 흐름의 기초가 되며, 지구의 산소 대기와 생명 유지에 필수적이다.

탄소는 지구 시스템 내 여러 주요 저장소, 즉 탄소 저장고 사이를 이동하며 순환한다. 각 저장소는 탄소를 포함하는 형태와 체류 시간에 있어서 큰 차이를 보인다.

가장 활동적인 저장소는 대기권이다. 대기 중 탄소는 주로 이산화 탄소 형태로 존재하며, 그 양은 상대적으로 적지만 광합성과 호흡, 대기-해양 교환 등을 통해 생물권 및 수권과 빠르게 교환된다. 해양은 대기보다 훨씬 큰 탄소 저장고 역할을 한다. 표층 해수는 대기와 직접 이산화 탄소를 교환하며, 해양 순환을 통해 심해로 탄소가 운반된다. 또한, 탄산염 광물의 침전과 해양 생물의 탄산칼슘 껍질 형성을 통해 장기간 저장되기도 한다.

생물권 저장소는 주로 육상 및 해양 생물체 내에 유기물 형태로 탄소가 고정되어 있는 것을 의미한다. 특히 육상 생태계에서 산림은 중요한 탄소 저장고이다. 마지막으로 지각은 석탄, 석유, 천연가스 같은 화석 연료와 석회암 등의 퇴적암 형태로 가장 거대한 양의 탄소를 보유하고 있다. 이 저장소의 탄소는 지질학적 시간 규모로 순환에 참여하며, 인간의 화석 연료 채굴과 연소 활동을 통해 빠르게 대기 중으로 방출되고 있다.

인간의 산업 활동, 특히 화석 연료의 대규모 연소는 탄소 순환에 가장 큰 교란 요인으로 작용한다. 석탄, 석유, 천연가스의 연소는 지질 시대에 걸쳐 지각에 저장되어 있던 유기 탄소를 빠르게 대기 중 이산화탄소로 방출한다. 이 과정은 자연적인 순환 속도를 크게 초과하여 대기 중 이산화탄소 농도를 급격히 증가시키는 주요 원인이 된다.

토지 이용 변화 또한 중요한 영향을 미친다. 대규모 산림 벌채와 토양 개발은 식물과 토양이라는 중요한 탄소 저장소를 파괴한다. 나무가 벌채되면 광합성을 통한 이산화탄소 흡수 기능이 사라지고, 나무에 저장된 탄소는 분해되거나 연소되어 다시 대기 중으로 방출된다. 이는 자연적인 탄소 흡수원을 감소시키는 동시에 새로운 탄소 배출원을 만드는 결과를 초래한다.

이러한 인간 활동의 영향은 다음과 같은 표를 통해 요약할 수 있다.

이러한 교란의 누적 효과는 지구 시스템의 균형을 변화시켜 지구 온난화와 해양 산성화와 같은 전 지구적 환경 변화를 촉진한다. 대기 중 증가한 이산화탄소는 온실 효과를 강화하고, 해양에 흡수되면 탄산을 형성하여 해수의 pH를 낮춘다. 이는 자연적인 탄소 순환 경로만으로는 단기간에 상쇄되기 어려운 구조적 변화를 의미한다.

질소 고정은 대기 중의 불활성 기체 상태인 분자 질소(N₂)를 생물이 이용 가능한 형태의 암모늄 이온(NH₄⁺)이나 질산염(NO₃⁻)으로 전환하는 과정이다. 이 과정은 크게 생물학적 고정, 산업적 고정, 자연적 고정으로 구분된다.

생물학적 질소 고정은 질소고정균에 의해 수행된다. 가장 잘 알려진 예는 콩과식물의 뿌리혹에 공생하는 리조비움 속 세균이다. 이 세균은 질소분해효소라는 효소를 이용하여 N₂를 NH₃로 환원시킨다. 그 외에도 시아노박테리아(남조류)와 같은 자유 생활형 미생물도 중요한 생물학적 고정자 역할을 한다. 이 과정에서 생성된 암모니아는 식물이 흡수하여 아미노산과 단백질 합성에 사용된다.

산업적 질소 고정은 하버-보슈법을 통해 이루어진다. 이 공정은 고온 고압의 조건과 철 촉매를 사용하여 대기 중 질소(N₂)와 수소(H₂)를 반응시켜 암모니아(NH₃)를 대량 생산한다. 생산된 암모니아는 주로 화학 비료의 원료로 사용되어 농업 생산성을 크게 높였다. 20세기 이후 이 과정은 질소 순환에 인간이 개입하는 가장 큰 요인으로 작용해 왔다.

자연적 질소 고정은 번개와 같은 자연 현상에 의해 일어난다. 번개 시 발생하는 강력한 에너지는 대기 중의 질소와 산소 분자를 분리시켜 질소 산화물(NOx)을 생성한다. 이 산화물은 비를 통해 지표로 떨어져 질산으로 전환되어 식물에 의해 이용된다. 그러나 이 경로를 통해 고정되는 질소의 양은 생물학적 또는 산업적 고정에 비해 상대적으로 적다.

질화는 암모늄 이온(NH4+)이 아질산염(NO2-)과 질산염(NO3-)으로 산화되는 일련의 과정이다. 이 과정은 주로 질산화 세균에 의해 수행된다. 질화는 두 단계로 나뉘며, 첫 단계는 암모늄이 아질산염으로 전환되고, 두 번째 단계는 아질산염이 질산염으로 전환된다. 이렇게 생성된 질산염은 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 형태의 질소가 되어 생태계 내 생물 이용 가능성을 높인다.

탈질은 질산염(NO3-)이 일련의 환원 반응을 거쳐 기체 상태의 질소 분자(N2) 또는 아산화 질소(N2O)로 대기 중으로 환원되어 돌아가는 과정이다. 이 과정은 탈질 세균에 의해 산소가 부족한 조건(예: 습지, 포화된 토양)에서 일어난다. 탈질은 생태계에서 질소를 제거하는 주요 경로로 작용하여, 질소의 생물 이용 가능성을 낮춘다.

질화와 탈질 과정은 서로 밀접하게 연결되어 생태계의 질소 균형을 조절한다. 질화는 식물이 이용 가능한 질소 형태를 공급하는 반면, 탈질은 질소를 대기 중으로 되돌려 보내 순환을 완성한다. 이 두 과정의 균형은 토양의 산소 농도, 수분, 온도, pH 및 미생물 군집에 크게 의존한다.

인간 활동은 이 자연적 균형에 영향을 미친다. 농업에서의 과도한 질소 비료 사용은 토양 내 질산염 농도를 급격히 증가시켜, 탈질 과정을 촉진하고 온실 가스인 아산화 질소의 배출을 증가시킬 수 있다[1]. 반대로, 산소가 풍부한 하천이나 호수에서 과잉 영양염이 유입되면 부영양화가 발생하여 수중 산소가 고갈되고, 이는 결국 탈질을 촉진하는 조건을 만들기도 한다.

인간의 농업 활동, 특히 질소 비료의 대규모 생산 및 사용은 질소 순환에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 하버-보슈법을 통해 대기 중의 질소를 암모니아로 전환하는 산업적 질소 고정은 20세기 이후 식량 생산을 급격히 증가시켰지만, 이는 자연적인 질소 고정 속도를 크게 초과하는 양의 반응성 질소를 생태계에 유입시키는 결과를 낳았다.

과도한 비료 사용과 가축 분뇨는 토양과 수계로의 질소 유출을 증가시킨다. 이로 인해 부영양화가 발생하여 담수 및 해양 생태계에서 적조나 녹조가 빈번하게 일어난다. 이러한 현상은 수중의 용존산소를 고갈시켜 어류를 포함한 수생 생물의 대량 폐사를 유발한다. 또한, 탈질 과정을 통해 발생하는 아산화질소(N₂O)는 이산화탄소보다 약 300배 강력한 온실 기체로, 기후 변화를 악화시키는 요인으로 작용한다.

질소 순환의 불균형은 생물 다양성에도 영향을 미친다. 질소에 민감한 식물 종은 경쟁에서 밀려나고, 질소를 선호하는 몇몇 종이 우점하게 되어 생태계의 종 구성이 단순화되는 경향이 나타난다. 이는 궁극적으로 생태계의 회복력과 기능을 저하시킨다.

생산자는 광합성 또는 화학 합성을 통해 무기물로부터 유기물을 합성하는 생물군이다. 대표적으로 식물, 조류, 일부 세균이 이에 해당한다. 이들은 대기 중의 이산화탄소를 고정하거나, 수중의 탄산염 이온을 이용하여 포도당 같은 유기 화합물을 만들어낸다. 이 과정은 탄소 순환의 출발점으로, 태양 에너지를 화학 에너지로 전환하여 생태계 전체에 에너지와 물질을 공급하는 기초 역할을 한다.

소비자는 생산자가 만든 유기물을 섭취하여 에너지와 생체 물질을 얻는 생물이다. 초식동물, 육식동물, 잡식동물 등이 포함된다. 소비자는 생산자를 먹이로 삼아 그 몸속에 고정된 탄소와 질소를 자신의 생체 구성 성분으로 전환한다. 이때 소비자는 세포 호흡을 통해 유기물을 분해하며 에너지를 얻고, 이산화탄소를 대기 중으로 다시 방출한다. 이를 통해 탄소는 생물권 내에서 빠르게 순환한다.

분해자는 세균, 곰팡이, 균류 등 죽은 생물의 유기물이나 배설물을 분해하는 생물이다. 이들은 복잡한 유기물을 단순한 무기물(이산화탄소, 암모늄 이온 등)로 분해하여 생산자가 다시 이용할 수 있는 형태로 되돌린다. 특히 질소 순환에서 분해자의 역할은 매우 중요하다. 분해자는 단백질과 같은 질소 화합물을 암모니아로 분해(암모니아화)하며, 이는 이후 질화 과정의 기질이 된다. 분해자가 없으면 영양염이 생물체 내에 갇혀 순환이 멈추게 된다.

이 세 기능군의 상호작용은 물질 순환의 핵심 동력을 형성한다. 생산자는 무기물을 유기물로 전환하고, 소비자는 이를 전달하며, 분해자는 최종적으로 유기물을 무기물로 환원시킨다. 이 폐쇄된 고리는 탄소, 질소, 인과 같은 필수 원소가 생태계 내에서 끊임없이 재활용될 수 있도록 보장한다.

생물 다양성은 생태계의 건강과 안정성을 결정하는 핵심 요소이며, 탄소 순환과 질소 순환을 포함한 물질 순환과 깊은 상호의존 관계를 맺고 있다. 다양한 생물 종은 각기 고유한 생리적 과정과 생태적 지위를 통해 물질 순환의 특정 단계를 담당하거나 촉진한다. 예를 들어, 질소 고정은 콩과식물과 공생하는 리조비움 속 세균, 시아노박테리아 등 특정 미생물에 크게 의존한다. 이들의 활동 없이는 대기의 불활성 질소가 생물이 이용 가능한 형태로 전환되는 양이 극히 제한적이 되어, 전체 생태계의 생산성이 낮아질 수 있다.

물질 순환의 효율성과 복원력은 종 다양성에 의해 강화된다. 한 종의 개체군이 환경 변화로 쇠퇴하더라도, 유사한 기능을 수행하는 다른 종이 그 역할을 부분적으로 대체할 수 있는 경우, 순환 과정의 중단을 방지할 수 있다. 이는 생태계의 기능적 중복성으로 알려져 있다. 또한, 복잡한 먹이 그물은 영양소의 이동 경로를 다양화하여, 특정 경로가 차단되더라도 순환이 계속될 수 있도록 한다. 따라서 생물 다양성이 높을수록 물질 순환은 외부 충격에 더욱 견고해진다.

반대로, 물질 순환의 변화는 생물 다양성에 직접적인 영향을 미친다. 질소 과부하와 같은 인간에 의한 순환 교란은 생태계에 과도한 영양분을 공급하여, 일부 적응력이 뛰어난 종(예: 일부 조류나 침입 외래종)의 급격한 번성을 유발하고 다른 종을 밀어낼 수 있다. 이 과정을 부영양화라고 한다. 마찬가지로, 대기 중 이산화탄소 농도 증가와 같은 탄소 순환의 변화는 식물의 생장 패턴을 바꾸고, 해양 산성화를 초래하여 산호와 같은 석회질 생물의 생존을 위협함으로써 생물 다양성을 감소시킨다. 따라서 생물 다양성 유지와 건강한 물질 순환은 서로를 지탱하는 선순환 관계에 있다.

탄소 순환은 지구 온난화와 기후 변화에 직접적인 영향을 미치는 핵심 과정이다. 대기 중 이산화탄소 농도는 온실 효과를 조절하는 주요 인자로 작용한다. 산업 혁명 이후 화석 연료 연소와 산림 벌채로 인해 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 증가하면서, 자연적인 탄소 순환 균형이 깨졌다. 이로 인해 지구 시스템이 흡수할 수 있는 양을 초과하는 탄소가 대기에 축적되어 지구 평균 기온 상승을 초래하고 있다[3].

해양은 대기 중 과잉 이산화탄소의 중요한 흡수원이지만, 이 과정은 해양 산성화를 유발한다. 해수가 이산화탄소를 흡수하면 탄산이 생성되어 해수의 pH를 낮추는데, 이는 산호초와 패류 등 탄산칼슘으로 껍질이나 골격을 만드는 해양 생물의 생존에 심각한 위협이 된다. 한편, 북극과 같은 고위도 지역의 영구 동토층이 해빙되면 그동안 동결되어 있던 유기물이 분해되며 대량의 메테인이 방출될 수 있다. 메테인은 이산화탄소보다 훨씬 강력한 온실 기체이므로, 이는 추가적인 기후 변화를 촉진하는 되먹임 고리를 형성한다.

질소 순환 또한 기후 시스템과 복잡하게 연결되어 있다. 농업에서의 과도한 질소 비료 사용은 아산화질소 배출을 증가시킨다. 아산화질소는 이산화탄소보다 약 300배 강력한 온실 기체이며, 오존층 파괴에도 기여한다. 또한, 육상 및 수생 생태계에 유입된 과잉 질소는 부영양화를 일으키고, 이 과정에서 발생하는 무산소 수괴는 또 다른 온실 기체를 배출할 수 있다.

이러한 물질 순환과 기후 변화의 상호작용은 종종 가속화되는 되먹임 메커니즘을 보인다. 예를 들어, 기온 상승은 토양 호흡을 촉진하여 더 많은 이산화탄소를 배출하고, 이는 다시 기온 상승을 부추기는 식이다. 따라서 기후 변화를 완화하기 위해서는 탄소와 질소 순환을 포함한 지구 생지화학적 순환의 균형을 이해하고 관리하는 것이 필수적이다.

수문 순환은 물이 지구의 대기, 지표, 지하를 순환하는 과정으로, 물질 순환과 밀접하게 연결되어 있다. 특히 탄소 순환과 질소 순환은 물의 이동 경로를 따라 이루어지는 경우가 많아, 두 순환 체계는 서로 분리하여 고찰할 수 없다.

물은 탄소와 질소를 포함한 다양한 물질의 주요 운반 매체 역할을 한다. 예를 들어, 강수와 지표 유출수는 토양에서의 질화 과정을 촉진하고, 용해된 질산염을 하천과 지하수로 이동시킨다. 또한, 해양은 대기 중 이산화탄소의 중요한 저장고로 작용하며, 해수의 온도와 순환 패턴은 대기와 해양 간의 탄소 교환 속도를 결정하는 핵심 요인이다. 증발과 응결 과정은 대기 중 물질의 장거리 수평 이동을 가능하게 한다.

수문 순환의 변화는 물질 순환에 직접적인 영향을 미친다. 가뭄은 토양의 분해 활동을 감소시켜 탄소 방출을 늦추고, 홍수는 육상의 유기물과 영양염류를 대량으로 연안 생태계로 유입시켜 부영양화를 초래할 수 있다. 기후 변화로 인한 강수 패턴의 변동, 빙하 용해, 해수면 상승은 전 지구적 탄소 및 질소 저장고의 분포와 순환 속도를 변화시키는 주요 동인으로 작용한다.

질소 과부하는 인간 활동, 특히 농업에서의 화학 비료 과다 사용으로 인해 질소 순환이 자연적 균형을 벗어난 상태를 가리킨다. 이는 질소 고정 과정을 통한 질소 유입량이 생태계의 처리 능력을 크게 초과할 때 발생한다. 주요 원인은 하버-보슈법으로 생산된 합성 질소 비료의 대량 사용이며, 가축 분뇨와 화석 연료 연소로 인한 대기 중 질소 화합물 증가도 기여한다.

이 현상은 여러 부정적 영향을 초래한다. 첫째, 농경지에서 유출된 과잉 질소는 수계로 흘러들어 부영양화를 유발한다. 이는 적조나 녹조와 같은 현상을 일으켜 수생 생태계를 파괴하고 식수원을 오염시킨다. 둘째, 대기 중으로 방출된 질소 산화물은 산성비의 원인이 되고, 강력한 온실 가스인 아산화질소를 증가시켜 기후 변화를 악화시킨다. 셋째, 생물 다양성에 타격을 준다. 질소에 민감한 지의류나 야생화 같은 종은 사라지고, 질소를 선호하는 일부 초본 식물만이 우점하게 되어 생태계가 단순화된다.

질소 과부하 외에도 탄소 순환에서의 이상 현상이 두드러진다. 대기 중 이산화탄소 농도의 급격한 증가는 주로 화석 연료 연소와 산림 벌채 때문이다. 이는 해양 산성화를 촉진하여 산호초와 패류 등 석회화 생물에 심각한 위협이 되고 있다. 또한, 영구 동토층의 해빙으로 장기간 저장되어 있던 유기 탄소가 분해되면서 추가적인 온실 가스가 방출되는 피드백 과정도 우려된다.

이상 순환 현상은 각 순환이 고립되어 발생하지 않으며 서로 복잡하게 연결되어 있음을 보여준다. 예를 들어, 질소 과부하는 식물의 성장을 촉진해 일부 지역의 탄소 흡수를 증가시킬 수 있지만, 동시에 발생하는 아산화질소는 온실 효과를 강화한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 단일 순환의 관리가 아닌, 지구 시스템 차원의 통합적 접근이 필요하다.

탄소 순환과 질소 순환의 균형을 회복하고 유지하기 위한 지속 가능한 관리 방안은 기술적 접근, 정책적 개입, 사회경제적 변화를 포괄하는 다각적인 전략을 필요로 한다.

탄소 순환 측면에서는 화석 연료 의존도를 낮추는 것이 핵심이다. 재생 가능 에너지원(태양광, 풍력 등)으로의 전환을 가속화하고, 에너지 효율을 극대화하는 기술을 보급해야 한다. 또한, 탄소 포집 및 저장 기술의 개발과 함께, 산림 훼손을 방지하고 조림 및 재조림을 통해 생물권의 탄소 저장 능력을 강화하는 것이 중요하다. 농업 분야에서는 탄소 농업과 같은 토양 내 유기탄소 함량을 증가시키는 관리 기법이 주목받고 있다.

질소 순환의 지속 가능한 관리는 주로 농업 부문에서의 효율적인 질소 사용에 초점을 맞춘다. 정밀 농업 기술을 활용하여 작물의 필요에 맞춰 정확하게 비료를 공급하면 과잉 시비를 줄일 수 있다. 질소 고정 작용을 하는 콩과식물을 윤작에 포함시키고, 유기농법을 확대하여 화학 비료 사용량을 감소시켜야 한다. 가축 분뇨와 같은 유기성 자원의 순환적 활용도 질소 유출을 줄이는 데 기여한다. 도시에서는 하수 처리 과정에서의 탈질 효율을 높이는 기술이 적용된다.

궁극적으로는 국제적 협력을 통한 규제와 경제적 유인책이 필수적이다. 탄소 배출권 거래제나 탄소세와 같은 제도는 탄소 순환 교란을 줄이는 데 기여한다. 질소 사용에 대한 효율 기준을 설정하고, 지속 가능한 농업 관행을 장려하는 보조금 정책도 효과적이다. 소비자 인식 제고와 지속 가능한 소비 선택은 이러한 시스템적 변화를 뒷받침하는 사회적 기반이 된다.

추적자 연구는 물질 순환 경로와 속도를 규명하는 핵심적인 방법이다. 특히 안정 동위원소의 자연적인 비율 변동을 측정하는 것은 생지화학적 과정을 이해하는 데 매우 유용하다. 예를 들어, 탄소 순환 연구에서는 탄소-13 대 탄소-12의 동위원소 비율(δ13C)을 분석한다. 광합성 경로(C3, C4, CAM)에 따라 식물이 대기 중 이산화 탄소를 흡수할 때 동위원소를 선별적으로 취하므로, 이 비율은 유기물의 기원과 이동 경로를 추적하는 지표가 된다[6].

질소 순환 연구에서는 질소-15 동위원소가 널리 활용된다. 대기 중 질소의 δ15N 값은 기준이 되며, 질소 고정, 질화, 탈질 과정을 거치면서 각각 특정한 방향으로 동위원소 비율이 변화한다. 따라서 토양, 식물, 수계 샘플의 δ15N 값을 분석하면, 해당 환경에서 어떤 질소 변환 과정이 우세한지, 그리고 인간 활동으로 인한 비료 유래 질소가 어떻게 확산되는지를 추적할 수 있다.

이러한 동위원소 추적자 연구는 현장 관측 데이터와 결합되어, 전 지구적 물질 순환 모델의 정확도를 높이는 데 기여한다. 최근에는 레이저 광분광법과 같은 고감도 분석 기술의 발전으로 미량 시료에서도 정밀한 동위원소 측정이 가능해지면서, 더욱 정교한 순환 경로의 규명이 이루어지고 있다.

물질 순환 연구에서 원격 탐사는 위성, 항공기, 드론 등을 이용해 넓은 지역의 지표 및 대기 특성을 비접촉 방식으로 관측하는 기술을 말한다. 이 기술은 식생의 건강 상태(예: 엽록소 함량), 지표 온도, 이산화탄소 및 메탄 등의 온실가스 농도 분포, 해양 색채 등을 광범위하게 측정하여 탄소 및 질소 순환의 공간적 패턴과 시간적 변화를 파악하는 데 핵심적인 역할을 한다. 예를 들어, 광합성 활동을 나타내는 식생지수(NDVI) 데이터는 전 지구적 1차 생산력을 추정하는 데 활용된다.

모델링은 이러한 관측 데이터와 이론적 지식을 결합하여 물질 순환 과정을 수학적으로 표현하고 미래를 예측하는 도구이다. 모델은 기후 모델, 생지화학적 순환 모델, 생태계 모델 등 다양한 범위와 복잡도를 가진다. 이들은 대기 순환, 해양 순환, 생물지구화학적 순환을 연결하여 탄소 순환이 기후 변화에 어떻게 영향을 미치고 반응하는지, 또는 질소 비료의 과도한 사용이 수계의 부영양화와 탈질 과정에 미치는 영향을 시뮬레이션한다.

원격 탐사와 모델링은 상호 보완적으로 발전해 왔다. 원격 탐사는 모델에 필요한 초기 조건과 경계 조건, 검증 데이터를 제공하며, 모델은 원격 탐사로 직접 관측하기 어려운 과정(예: 토양 호흡, 질소 고정)을 정량화하고 그 메커니즘을 해석하는 틀을 마련한다. 최근에는 인공지능과 머신러닝 기법이 대용량 원격 탐사 데이터와 복잡한 모델 결과를 통합 분석하는 데 활발히 적용되고 있다[7].