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붕소 동위원소를 이용한 북서태평양 쿠로시오 확장역의 post-LGM pCO₂ 변동 기록 복원
방선화(Sunhwa Bang),허영숙(Youngsook Huh) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
해양 탄산염 퇴적물에서의 붕소 동위원소 비(δ<SUP>11</SUP>B)는 과거 해수의 산성도(pH)를 복원할 수 있으므로 고기후, 고해양 연구에 폭넓게 활용되고 있다. 해수에 저장되는 이산화탄소의 분압(pCO₂ of seawater)은 탄산 평형에 의해 결정되며, 평형의 주요 변수에는 pH, 알칼리도, 대기의 CO₂ 분압(atmospheric pCO₂)이 있다. 이 중에서도 특히 pH를 추정할 수 있다면 가장 간단하고 오차가 적은 방법으로 과거 해수의 pCO₂ 값을 계산할 수 있다. 또한 부유성 유공충과 저서성 유공충에서 δ<SUP>11</SUP>B를 통해 pH 차이를 파악한다면 표층과 심층 해수의 pH 차이에 따른 해수의 CO₂ 저장 구조를 해석할 수 있는 지표가 된다. 본 연구에서는 위와 같은 비교를 위하여 post-LGM 시기(마지막 최대 빙하기 이후)에 해당하는 북서태 평양 퇴적물 코어(NPGM/P1302-1B; 32° 16′N, 158° 13′ E; 2514 m 수심)에서 유공충 시료를 채취, δ<SUP>11</SUP>B를 분석하였다. 연구 결과는 부유성 유공충 5종(G. ruber, G. sacculifer, G. bulloides, O. universa, N. pachyderma )과 저서성 유공충 1종(C. wuellerstorfi )의 δ<SUP>11</SUP>B 값으로부터 복원한 pH, pCO₂ 기록을 포함하고 있다. 이 결과들을 북태평양, 동태평양, 그리고 남빙양의 붕소 동위원소 비 연구 결과와 대비하여, 선행 연구에서 기후가 급변한 것으로 보고된 시기에 각각의 해역이 어떻게 반응하였는지 해석하였다. 연구결과에서 나타난 북서태평양의 CO₂ 용해 기록은 전반적으로 대기를 향해 CO₂를 방출하는 해수(CO₂ source)의 특징을 가지며 북태평양과 비슷한 패턴을 보였다. 그러나 종합적인 비교 결과에서는 해수면 변동이 있었던 일부 시기(Heinrich Stadial-1, Holocene)에 특히 강하게 CO₂를 흡수하는 해수(CO₂ sink)로 기능했던 것으로 파악되었다. 이에 따라 다른 고해양 지표 및 주변 대륙의 기후적 사건과 시기를 대비하여 이러한 시기들에 대한 가설을 제시하고자 한다.
한반도 하부 고생대 퇴적암에서의 리튬과 붕소 분리 및 동위원소 분석법 개발
정제나(Jena Jeong),이승수(Seungsoo Lee),방선화(Sunhwa Bang),허영숙(Youngsook Huh) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
리튬과 붕소 동위원소는 고기후/고환경 연구에서 활용되고 있는 비전통 안정 동위원소 지시자이다. 리튬 동위원소 비는 과거 대륙 풍화 작용의 변화를 나타내며, 붕소 동위원소 비는 과거 해양의 pH 변화를 복원하는데 이용할 수 있다. 이러한 연구들은 주로 신생대 퇴적물을 대상으로 이루어져왔으나, 최근에는 이러한 연구방법론을 중생대와 고생대, 원생대 퇴적물 분석에 적용해보는 연구들이 시도되고 있다(Pogge von Strandmann et al ., 2013; Clarkson et al ., 2015). 따라서 본 연구에서도 이러한 시도의 연장선에서 한반도 하부 고생대 퇴적암을 대상으로 리튬과 붕소 동위원소 분석법을 적용해보고자 한다. 또한 연구 과정에서 시료의 주원소 및 동위원소 분석을 위한 적절한 시료 전처리의 필요성이 제기되어 이를 개발하고 검증하는 과정을 거쳤다. 연구 대상 시료는 전처리후 화학 조성을 분석하여 변질 과정이 진행된 것으로 보이는 시료를 선별했다. 주원소 분석은 ICP-AES와 ICP-MS를 활용하였고, MC-ICP-MS를 이용해 동위원소 분석을 진행했다. 리튬의 경우, 퇴적암으로부터 과거 해수의 리튬 동위원소 비를 복원하기 위해서는 상이한 동위원소 조성을 가지는 규산염질 광물을 제외하고 당시 해수의 조성을 반영하는 탄산염질 퇴적물만을 선택적으로 용해시켜야 한다. 효과적으로 시료 용해법을 시험하기 위해 석회암 시료 분쇄물과 다양한 농도의 산(0.05–0.1 M)을 서로 다른 시간 동안(1-3 시간) 반응시킨 후 그 분석 결과를 정리했다. 이후 동위원소 분석을 위해 단일 컬럼법(Choi et al ., 2013)을 이용하였고, 탄산염질 매질로부터 리튬을 99% 이상의 회수율로 분리했다. 붕소 동위원소 실험법 개발에서는 탄산염 외 물질(insoluble residue)을 제거하기 위한 전처리와 탄산염 용해 방법을 시험하며, 매질과 실험환경에 의한 붕소 오염을 통제하는데 특히 중점을 두었다. 석회암 시료에 적용할만한 붕소 분리 컬럼법을 개발하기 위해 McCulloch et al . (2014)의 방법에서 전반적인 부피를 수정하여 재설계 및 검증과정을 거쳤다. 수정 설계된 컬럼법을 이용하여 표준 물질과 대상 시료에 대해 95-100% 수율에 해당하는 최적의 용리액 수집 구간을 확보했다.