Reconstructing LCDW Variations during Glacial–Interglacial Periods: Ferromanganese-Coated IRDs from the Drake Passage = 드레이크 해협에서 획득한 망가니즈 코팅 IRD를 활용하여 빙하기-간빙기에 따른 LCDW 변동 복원

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Drake Passage is a key pathway of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) that connects the Atlantic, Pacific, and Indian Oceans, serving as a major gateway for Circumpolar Deep Water (CDW). Deep-water circulation in this region has changed significantly over glacial–interglacial cycles, influencing the inflow of oxygen-rich deep waters and the strength of bottom-water oxidation. These variations play an important role in regulating the marine environment and have therefore been the focus of many studies.
This study analyzed ferromanganese-coated ice-rafted debris (Fe–Mn coated IRD) recovered from a 591 cm-long sediment core (GC06-DP04) collected from the Drake Passage (58°56.9212′S, 62°39.3129′W; water depth 3,851 m) during the 2005 expedition of the Russian icebreaker Yuzhmorgeologiya, conducted by the Korea Polar Research Institute (KOPRI). Thirteen IRD samples were examined using micro-computed tomography (μ-CT), micro–X-ray fluorescence (μ-XRF), and Raman spectroscopy. Although the coatings are generally thin, they reach up to ~980 μm, and vernadite was identified in all samples. The average Mn/Fe ratio of 0.54 indicates a hydrogenetic origin formed under oxic seawater conditions.
Intervals showing thicker coatings and lower Mn/Fe ratios coincide with decreases in mean grain size and sand + gravel content, and increases in Fe and Mn concentrations—indicating more oxidizing conditions during interglacial periods. These results suggest that a strengthened Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) enhanced the southward transport of North Atlantic Deep Water (NADW), which increased the inflow of oxygen-rich Lower Circumpolar Deep Water (LCDW) into the Drake Passage. Consequently, seafloor oxygenation intensified, promoting Fe–Mn oxide precipitation on IRDs. The mineralogical and geochemical characteristics of Fe–Mn coated IRDs therefore provide information beyond conventional sediment-based proxies and represent a promising indicator for reconstructing deep-water circulation and paleoclimate variability in the Antarctic Drake Passage.

국문 초록 (Abstract)

드레이크 해협(Drake Passage)은 대서양, 태평양, 인도양을 연결하는 남 극순환해류(Antarctic Circumpolar Current, ACC)의 핵심 경로로, 환남극심층수 (Circumpolar Deep Water, CDW)의 주요 유입 지점이다. 이 지역의 심층 해류 구조는 빙하기–간빙기 주기 동안 크게 변화하며, 이는 산소가 풍부한 심층수의 유입과 그에 따른 산화 환경의 강화에 영향을 주어 해양 환경 전반에 중요한 역 할을 하기에 많은 연구들이 이루어져 왔다. 본 연구에서는 2005년 극지연구소 (Korea Polar Research Institute, KOPRI)의 러시아 내빙선 Yuzhmorgeologiya 호 탐사를 통해 드레이크 해협(58°56.9212′S, 62°39.3129′W; 수심 3,851 m)에서 채취된 591 cm 길이의 GC06-DP04 퇴적물 코어에서 발견된 망가니즈 코팅 빙하 기원 쇄설물(Fe-Mn coated IRD)을 분석 대상으로 선정하였다. 해당 코어의 13 개 깊이에서 획득한 IRD를 μ-CT, μ-XRF, 그리고 Raman Spectroscopy를 통해 분 석하였다. 코팅층은 대체로 얇지만 최대 약 980 μm까지 발달했으며, 모든 시료에 서 vernadite가 확인되었다. 코팅층의 두께 증가와 Mn/Fe 비 감소가 나타난 구간은 평균 입도와 Sand+Gravel 함량의 감소, Fe와 Mn 증가 등 퇴적물 지표의 변화가 확인되었다. 이는 곧 간빙기 동안 산화 환경이 강화되었음을 보여주며, 더 나아가 당시 강화된 대서양 열염순환(Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)에 의해 북대서양 심층수(North Atlantic Deep Water, NADW) 가 남반구로 확산되고 산소가 풍부한 하부 환남극심층수(LCDW)의 드레이크 해협 유입이 증가했음을 시사한다. 따라서 망가니즈 코팅 IRD의 광물학적·지화학적 특 성은 기존 퇴적물 기반 프록시와 차별화된 정보를 제공하며, 남극 드레이크 해협 의 심층 해류 변화와 고기후 변동을 복원할 수 있는 새로운 지표로 활용될 수 있 다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials 6
• 2.1. Sample 6
• 2.2. Sediment Core Data 7
• 3. Method 12
• 3.1. Micro Computed Tomography (-CT) 12
• 3.2. Micro X-ray Fluorescence (-XRF) 13
• 3.3. Raman Spectroscopy 14
• 4. Results 15
• 4.1. Structural characteristics of Fe-Mn-coated IRDs revealed by -CT 15
• 4.2. Geochemical characteristics of Fe-Mn-coated IRDs revealed by -XRF 19
• 4.3. Mineralogical characteristics of Fe-Mn coatings determined by Raman spectroscopy 23
• 5. Discussion 25
• 5.1. Paleoenvironmental conditions of the GC06-DP04 core in the Drake Passage 25
• 5.2. Changes in deep-water circulation structure in the Drake Passage 26
• 5.3. Potential Fe Input to GC06-DP04 in the Drake Passage 28
• 5.3.1. Potential Fe Input to GC06-DP04 in the Drake Passage 29
• 5.3.2. Contribution of WSDW and Bottom Sediment Resuspension 30
• 5.3.3. Transform Faults as a Potential Fe Source 31
• 6. Conclusion 33
• References 35
• 요약 41