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서북극 척치해 대륙붕 코어 퇴적물 내 황철석의 황 동위원소를 이용한 고환경 복원 연구
문종한(Jonghan Moon),정진기(Jingi Jung),주영지(Young Ji Joo),심민섭(Min Sub Sim),김지훈(Ji-Hoon Kim),남승일(Seung-Il Nam) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
대륙붕의 천해 환경은 생지구화학적 물질 순환에 중요한 역할을 담당하며, 육상과 해양환경의 전이지대로서 해수면과 대륙 기원 물질 유입의 변화에 큰 영향을 받는다. 마지막 빙하기 이후 북미 및 유라시아 대륙에 분포하였던 빙상의 후퇴는 전 지구적으로 약 100 m 이상의 급격한 해수면 상승을 초래하여 천해 환경의 급격한 변화를 유발하였다. 본 연구에서는 이 시기에 육상, 혹은 해안 환경에서 대륙붕으로의 전환이 일어난 것으로 여겨지는 북극 척치해 대륙붕 지역의 환경변화를 미생물에 의한 황 순환을 중심으로 알아보고자 하였다. 이를 위하여 2015년도 아라온 서북극 척치해-동시베리아 탐사를 통해 획득한 약 10.4 m 연장의 코어 퇴적물 내 황철석, 총 유기 탄소, 총질소 그리고 공극수 내 황산 이온의 함량 및 황과 탄소의 동위원소비를 측정하였다. 연구 코어의 퇴적 시기는 기존의 척치해 기록과의 암상 대비를 통하여 플라이스토세 최후기부터 홀로세 전체를 포함하는 것으로 해석되며, 코어 퇴적물은 연구에 이용한 다중 지시자 분석 결과에 기반해 깊이 200 cm와 700 cm를 기점으로 세 구간으로 구분된다. 200 cm까지부터 최상부층을 제외한 깊이 50 cm까지의 퇴적물은 상부로 갈수록 감소하는 황철석 함량과 가벼워지는 황 동위원소 값을 나타내고, 총 유기 탄소 함량 및 탄소 동위원소의 조성은 꾸준히 감소하고 무거워진다. 700 cm부터 200 cm까지에서는 상부로 갈수록 큰 범위에서 변동하며 증가하는 황철석 함량과 -40‰에서 10‰로 변동하며 가벼워지는 황 동위원소 값을 보이며, 총 유기 탄소 함량 및 탄소 동위원소의 조성의 감소하고 무거워진다. 700 cm부터 최하부 구간의 퇴적물은 낮은 황철석 함량과 약 -25‰부터 상부로 갈수록 점차 증가하는 황철석의 황 동위원소 조성을 나타내는 반면, 총 유기 탄소 함량 및 탄소 동위원소의 조성은 큰 변화 없이 일정한 값을 보인다. 공극수의 황산 이온 함량은 최상부에서 깊이 400 cm까지 감소하며, 그 황 동위원소비는 약 20‰에서 약 80‰까지 무거워진다 첫 번째 구간은 코어 최상부에서 깊이 200 cm 지점까지로 구간 내 공극수의 함량과 황 동위원소 값은 퇴적물 내 황철석의 함량 및 황 동위원소 조성 변화 양상과 함께 현재 진행형인 황산염 환원 미생물의 활동을 지시한다. 두 번째와 세 번째 구간의 경계인 깊이 700 cm 지점은 플라이스토세-홀로세 전환기와 대비되는데, 이 시기 동안 연구 지역의 수심이 증가하고 해안선에서 멀어지며 육상환경의 영향이 줄었을 것으로 추측된다. 700 cm의 상부에서 증가하는 유기탄소 함량 및 탄소 동위원소 값은 육상 기원의 유기물에서 해양 기원의 유기물로 그 성질이 변화했음을 지시하며, 이와 함께 확인되는 황철석 함량의 급격한 증가는, 해수면 상승으로 인한 연구 지역의 환경 변화의 결과로 (1) 황산염 환원에 이용되는 유기물의 양이나 반응성이 증가하였거나, (2) 산화된 철과 같이 황산이온보다 미생물이 선호하는 호흡 기질의 공급이 감소하여 황산염 환원을 통한 황화철 형성이 더욱 촉진되었을 가능성이 시사한다. 이러한 가설을 검증하기 위해서는 유기물의 성격이나 철의 분포에 관한 추가적인 연구가 필요하며, 이를 통하여 극지 퇴적물을 이용한 고환경 해석 및 기후 변화 시기의 물질 순환에 새로운 관점을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.