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한국심해환경연구(KODES) 지역 표층 퇴적물 중 속성작용에 의한 금속의 분화
박숭현,정회수,박찬영,이경용,김기현,Park, Sung-Hyun,Jung, Hoi-Soo,Park, Chan-Young,Lee, Kyeong-Yong,Kim, Ki-Hyun 한국해양학회 1999 바다 Vol.4 No.3
심해저 표층 퇴적물 중 주원소, 미량원소, 희토류 원소의 수직 함량분포 및 변화의 원인을 구명하기 위해 북동 태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Cliperton fracture zone, C-C 지역) 중남부에 위치한 한국심해환경연구(Korea Deep-sea Environmental Study, KODES) 지역에서 다중 주상 및 상자형 퇴적물 채취기를 이용해 주상시료 6개를 채취 분석했다. KODES 지역 주상 시료는 갈색인 Unit I과 연갈색인 Unit II로 구분되며, Unit I은 함수량이 높은 준액상층(peneliquid layer)인 반면 Unit II는 상대적으로 고화가 진행된 층이다. 두 Unit 간 주원소, 희토류 원소 그리고 Cu, Sr, Rb 등 원소는 함량 차이는 적으나 Mn, Ni, Co 등 원소는 Unit II에 비해 Unit I에서 함량이 2~3배 높다. R-형 요인 분석결과 연구지역 퇴적물은 Al-Ti-K-Mg-Fe-Rb-Ce 등으로 구성된 규산염 상, Ca-P-Cu-Sr-3+REEs(Trivalent Rare Earth Elements)로 구성된 인회석 상, 그리고 Mn-Ni-Co로 구성된 망간산화물 상으로 구분되는데, 규산염 상과 인회석 상은 두 Unit 간 요인점수가 큰 차이를 보이지 않는 반면 망간산화물 상은 Unit I에서 요인점수가 높다. 한편, 두 Unit는 Ni/Cu 비에 의해 구분되는데, Unit I의 Ni/Cu 비가 Unit II보다 2배 높다. 이것은 미세환원환경에서 재동된 후 준액상층인 Unit I에 산화물로 재침전된 Ni, 그라고 유기물과 함께 해저면으로 공급된 후 Unit I에서 유기물이 분해되면서 재동되어 인회석에 포함된 Cu 의 지화학적 거동 차이에 기인한 것으로 해석된다. To study the vertical variations of major elements, trace elements and rare earth elements(REEs) contents in deep-sea sediments, six cores from Korea Deep-sea Environmental Study area(KODES) were analyzed. Topmost sediment layers of KODES area are divided into two Units; brown-colored and peneliquid Unit I and pale brown-colored and relatively solidified Unit II. Contents of major elements, REEs, Cu, Sr and Rb in each Unit are almost same, while contents of Mn, Ni and Co in Unit I are two or three times higher than those in Unit II. R-mode factor analysis represents that surface sediments are composed of alumino-silicate phase (AI-Ti-K-Mg-Fe-Rb-Ce), apatite phase (Ca-P-Cu-Sr-Trivalent Rare Earth Elements) and Mn-oxide phase(Mn-Ni-Co). Factor scores in silicate and apatite phases in each Unit are nearly same, whereas those in Mn-oxide phase in Unit I is higher than those in Unit II. While NilCu ratio in Unit I is two times higher than that in Unit II. We interprete the geochemical fractionation of Ni and Cu as a result that Ni can be remobilized in oxygen-depleted micro-environment in Units I and II and then easily reprecipitated in Unit I, while most of Cu supplied together with organic material is decomposed mostly in Unit I and sorbed into apatite.
한국심해환경연구(KODES) 지역 주상 퇴적물중 금속 및 희토류원소의 지구화학적 특성
정회수,박숭현,김동선,최만식,이경용,Jung, Hoi-Soo,Park, Sung-Hyun,Kim, Dong-Seon,Choi, Man-Sik,Lee, Kyeong-Young 한국해양학회 1997 바다 Vol.2 No.2
심해저 퇴적물중 금속과 희토류 원소의 수직 함량변화 및 변화의 원인을 구명하기 위해 북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton fracture zone) 중남부에 위치한 한국심해환경연구(Korea Deep-sea Environmental Study, KODES) 지역에서 박스코어러(box corer)를 이용해 18개의 주상시료를 채취했다. KODES 지역 퇴적층은 색상변화에 따라 갈색의 Unit I, 연갈색의 Unit II, 흑(갈)색의 Unit III로 분류된다. Unit I은 Unit II에 비해 높은 Ni/Cu비를 가지고, Unit III는 Unit I, II에 비해 현저히 높은 금속함량을 보인다. Unit II는 지화학적 자료에 근거하여 상부의 Unit IIa 층과 하부의 Unit IIb 층으로 세분될 수 있는데, Unit IIb 층은 Unit IIa 층에 비해 높은 구리 및 3+REEs/NASC 비(또는 큰 음의 Ce 이상치) 등의 특징을 보인다. Unit III는 흑갈색의 상부 Unit IIIa 층과 흑색의 하부 Unit IIIb 층으로 세분되는데, Unit IIIb 층은 Unit IIIa 층에 비해 망간, 철 함량이 높다. 연구지역이 속한 태평양 지판의 확장속도와 방향 그리고 약 11-30 Ma 인 Unit III의 연령을 고려할 때 Unit IIIb 층은 동태평양 균열대(East Pacific Rise, EPR) 그리고 적도와 근접한 위치에서 퇴적된 것으로 계산된다. 흑색인 Unit IIIb 층의 높은 망간, 철 함량은 EPR에서 기원한 화산기원의 철, 망간 등을 공급받아 나타난 결과로 보인다. 한편, Unit III는 물론이고 Unit IIb 역시 적도 고생산대의 영향권에 있었고, 따라서 해수중 풍부한 유기체들과 함께 구리, 희토류 원소 등도 Unit IIb, III 층으로 많이 공급되었을 것이다. 퇴적물로 공급된 이들 구리 및 희토류 원소들은 유기물이 분해됨에 따라 스멕타이트 그리고 어류 잔해물(fish bone debris) 등에 잔류한 것으로 보인다. 즉 KODES 지역 주상 퇴적물에서 나타나는 구리 및 희토류 원소의 수직 함량변화는 연구지역이 제3기 말 시기에 적도 고생산대를 지나는 동안 많은 유기물을 공급받아서 초래된 결과로 사료된다. To study the vertical variation of heavy metal and Rare Earth Element (REE) contents in deep-sea sediments, eighteen cores were sampled from the Korea Deep-sea Environmental Study (KODES)-96 area in the C-C zone (Clarion-Clipperton fracture zone), northeast equatorial Pacific. Sediment columns can be divided into three units based on sediment colors and geochemical characters; uppermost Unit I with brown color, middle Unit II with pale brown color and smaller Ni/Cu ratio than the ratio in Unit I, and lowermost Unit III with dark (brown) colors and higher contents of Mn, Ni, Cu, and REEs than those in Unit I and II. Unit II can be divided more into two layers of upper Unit IIa and lower Unit IIb. Unit IIb is characterized by high contents of Cu, 3+REEs (REEs except Ce), smectite, and severely deteriorated fossil tests. Unit III can also be divided into two units; upper Unit IIIa with dark brown color, and lower Unit IIIb with black color and enriched Mn and Fe. The KODES area was located near from the East Pacific Rise (EPR) When Unit III Sediments were deposited, considering the hiatus between Unit II and III (Quaternary-Tertiary boundary) and the spreading rate (10 cm/yr) and direction (north southern west) of the Pacific plate from the EPR. High contents of Mn and Fe in Unit IIIb may be related with hydrothermal influence from the EPR. Meanwhile, Unit IIb (about 2~3 Ma) and Unit III (11~30 Ma) layers were probably formed near (or under) the equatorial high productivity zone, and accordingly received a lot of organic materials. As a result, Cu and 3+REEs, closely associated with organic materials, are enriched in smectite and/or Ca-P composites (fish bone debrise, biogenic apatite) after decomposition and reprecipitation on the sea floor. Higher contents of Cu and 3+REEs in Unit IIb and III are suggested to be the result of abundant supply of organic substances in the equatorial high productivity zone.
서태평양 마샬제도 Lomilik와 Litakpooki 해저산 망간각의 조직 및 지화학적 특성
우경식,박숭현,정회수,문재운,이경용,최윤지,Woo, Kyeong-Sik,Park, Sung-Hyun,Jung, Hoi-Soo,Moon, Jai-Yoon,Lee, Kyeong-Yong,Choi, Youn-Ji 한국해양학회 2001 바다 Vol.6 No.1
망간각의 조직 및 지화학적 특성과 코발트 연대측정법(Co-chronometry)을 이용하여, 망간각 형성 이후의 서태평양 지역 고해양환경 변화를 파악하기 위하여 마샬제도 배타적 경제수역 내 Lomilik과 Litakpooki 해저산에서 채취된 6개의 망간각을 분석하였다. 망간각은 조직과 지화학적 성분 차이에 의해, 치밀한 조직(층 1), 퇴적물이나 철산화물이 충진되어 있는 다공성 조직(층 2),그리고 탄산염불화 인회석(Carbonate Fluoapatite)이 충진 또는 치환하고 있는 흑색의 균질한 조직(층 3)의 3개 층으로 구분된다. 층 1은 층 2에 비해 Mn, Co, Ni, Mg의 함량이 높고, 층 2는 Fe, Al, Ti, Ba, Cu, Zn의 함량이 높다. 층 3은 Ca, p의 함량이 층 1과 층 2에 비해 현저히 높으며, Mn, Fe, Co, Ni등의 함량은 층 1과 층 2에 비해 낮다. 코발트 연대측정법 결과에 근거할 때, 연구지역의 망간각은 최소 56~31 Ma(초기 에오세${\sim}$올리고세)전에 형성되기 시작한 것으로 추정된다. 층 1과 층 2, 층 2와 층 3의 경계면은 7${\sim}$3 Ma, 26${\sim}$14 Ma정도이다. 층 3은 층 2가 형성되기 이전의 인산화 작용으로 Ca와 P의 함량이 높으며, 미세조직들이 잘 보존되어 있는 것으로 보아 층 3의 철${\cdot}$망간산화물들이 아산화(suboxic)환경에서 재결정되었다고 보기는 힘들다. 또한 층 3에서 Mn에 비해 상대적으로 더 낮은 Co 함량 등을 고려할 때 과거 지질시대동안 Co 공급량이 일정치 않았을 가능성도 있다. 다공성 조직의 층 2는 약 26${\sim}$9 Ma 동안 형성되었다. 공극사이에 유공충을 포함한 생물기원퇴적물이 포함되어 있으며, Ba, Cu, Zn 등 수층 생물과 관련된 원소의 함량이 높은 것으로 보아 층 2는 고에너지환경에서 형성되었음을 시사한다. 또한 층 2에서 Al의 증가는 쇄설기원 물질의 유입에 의한 것으로 추정된다. 플라이오세 이후에 형성된 층 1은 치밀한 조직을 보이며, 형성 이후 속성작용을 받지 않았다. Six ferromanganese crusts from the Lomilik and Litatfooki seamounts in the Marshall Islands were analyzed for texture, geochemistry and stratigraphy to delineate the paleoceanographic conditions. The crusts can be divided into three layers; 1) outermost massive layer (Layer 1), 2) middle porous Fe-oxides rich layer infllled with biointemal clasts (Layer 2), and 3) innermost massive layer cemented and/or replaced by carbonate fluoapatite (CFA) (Layer 3). The Layer 1 contains higher Mn, Co, Ni, and Mg than other two layers, and the Layer 2 was relatively more enriched in Fe, Al, Ti, Ba, Cu, and Zn. However, the Layer 3 shows higher Ca and P and lower Mn, Fe, Co, and Ni contents than overlying two layers. Based on the Co-chronometry, the crusts are postulated to have begun to grow from 56-31 Ma (early Eocene to Oligocene). The boundaries between layers 1 and 2, and layers 2 and 3 are dated to be 7-3 Ma and 26-14 Ma, respectively. High contents of Ca and P in Layer 3 clearly indicate that the layer had been phosphatized prior to the formation of Layer 2. Considering the well-preserved mjcrostructures in Layer 3, it is unlike that the crusts themselves were recrystallized in suboxic condition. Also, the lower Co concentrations in Layer 3 may imply that the Co supply was not constant during the formation of Layer 3. Layer 2, characterized by the porous texture, grew over Layer 3 during 26-9 Ma. Internal biogenic sediments including foraminifera within the original cavities and the enrichment of organophillic elements such as Ba, Cu, and Zn, suggest that Layer 2 have below high production regions. Also, high content of allumino silicate components may indicate increased terrigeneous input during the formation of Layer 2. The Layer 2. The Layer 1 has been subjected to little diagenetic influence since the Pliocene.