북동 적도태평양해역 퇴적물의 탄소 및 질소함량 분포특성

김경홍,현정호,손주원,손승규,Kim, Kyeong-Hong,Hyun, Jung-Ho,Son, Ju-Won,Son, Seung-Jyu 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

저층 퇴적물내 탄소와 질소성분의 조절인자를 파악하기 위한 광역적 환경조사가 1997년부터 2002년까지 서경 131.5도를 중심으로 북위 5도에서 17도 사이에서 수행되었다. 위도에 따라 지역적인 분포를 보이는 연구지역의 퇴적물은 네 가지로 분류할 수 있다; 석회질 연니($5{\sim}6^{\circ}N$), 규질 퇴적물($8{\sim}12^{\circ}N$), 원양성 적점토($16{\sim}17^{\circ}N$), 석회질과 규질이 섞여 있는 혼합 퇴적물($7^{\circ}N$). 무기탄소함량은 탄산염보상심도(CCD)와 수심에 의해 변하고 있었다. 수심이 CCD보다 얕은 저위도 지역에서는 석회질 물질이 잘 보존되고 있었다. 반면 규질 퇴적물과 적점토가 우세한 고위도 지역은 수심이 CCD보다 깊을 뿐만이 아니라 낮은 수층 생산성을 가지고 있다. 따라서 대부분의 석회질 물질들은 용해되고 그 결과 퇴적층내 무기탄소함량은 0.05%이하의 낮은 값을 나타내었다. 유기탄소와 총질소함량은 수층의 생산력이 상대적으로 높은 규질 퇴적물지역이 적점토지역보다 함량이 높게 나타났다. 석회질 연니내 유기탄소와 총질소 함량은 규질 퇴적물보다 낮게 나타났다. 이는 상대적으로 낮은 수심에 기인된 저층으로 유입되는 석회질 물질의 높은 유입율이 퇴적층내 유기물 함량을 희석하기 때문인 것으로 추정된다. 전체적인 결과들은 CCD와 연관된 수심, 수층의 생산력, 그리고 퇴적율이 연구지역내 탄소와 질소함량의 광역적 분포를 조절하고 있음을 지시한다. The mesoscale environmental surveys were conducted between $5^{\circ}N\;and\;17^{\circ}N$ mainly along the $131.5^{\circ}W$ meridian from 1997 to 2002 to investigate controlling factors of carbon and nitrogen contents in bottom sediments. Sediments of the study area showed zonal distribution pattern depending on latitudinal position and can be classified into four types; calcareous ooze($5{\sim}6^{\circ}N$), siliceous sediments($8{\sim}12^{\circ}N$), pelagic red clay($16{\sim}17^{\circ}N$), and mixed sediments($7^{\circ}N$). Inorganic carbon(IC) contents varied depending on water depth and carbonate compensation depth(CCD). Carbonate materials were well preserved in the low latitude region, where water depths are shallower than CCD. In contrast, the higher latitude region dominated by siliceous sediment and pelagic red clays has low productivity in water column as well as the water depths deeper than CCD. Thus, most of carbonate materials were dissolved, which resulted in IC contents of less than 0.05% in the sediments. Organic carbon(OC) and total nitrogen contents(TN) in siliceous sediments were higher than in pelagic red clay sediments simply because of higher primary productivity in the siliceous sediment dominated area. The contents of OC and TN were lower in the calcareous ooze than in the siliceous sediments. It is attributed to the high input of calcareous material to the bottom due to relatively shallow water depth of the area, which diluted organic matter contents in the sediment. Overall results indicated that water depth relative to CCD, primary production in water column, and sedimentation rate largely controls the large-scale distribution of carbon and nitrogen contents in the study area.

수괴특성에 따른 춘계 황해의 영양염 분포 특성

김경홍,이재학,신경순,배세진,유신재,정창수,현정호,Kim, Kyeong-Hong,Lee, Jae-Hak,Shin, Kyung-Soon,Pae, Se-Jin,Yoo, Sin-Jae,Chung, Chang-Soo,Hyun, Jung-Ho 한국해양학회 2000 바다 Vol.5 No.3

춘계 황해에서 해수의 물리적 특성과 연관된 영양염 분포양상을 파악하기 위해 1996년 4월에 한국과 중국연안을 포함하는 황해내 약 40정점에서 수온, 염분, 무기영양염류 및 엽록소-${\alpha}$(Chl-${\alpha}$)의 분포양상을 조사하였다. 춘계의 조사해역내 수괴는 연안수, 황해난류수, 양자강희석수로 분류되었으며 수괴들은 수직적인 혼합이 잘 이루어진 동계의 특성을 나타내 저층에서 표층으로의 영양염 공급이 원활히 일어나는 것으로 나타났다. 표층으로의 영양염 공급과 호전된 광조건으로 야기된 식물플랑크톤 대증식은 표층수에서 영양염을 고갈시켜 영양염의 수직적인 농도구매를 형성하였다. 춘계에는 양자강희석수의 세력약화로 고온,고염의 황해난류수가 황해 중앙해역으로 유입되어 황해 중앙해역의 저층에 존재하는 낮은 영양염 농도(정점 D9, 질산염: <2 ${\mu}$M, 인산염: <0.3 ${\mu}$M)에 영향을 미치고 있었으며, 중국 및 한국연안의 높은 영양염농도는 하천의 유입과 조석에 의한 수직혼합의 영향으로 높은 영양염 농도를 나타내는 연안수의 분포와 연관되어 있었다. 지역적인 조석전선의 형성(정점 D6)은 영양염의 이동을 제한하여 수평적인 영양염 분포에 영향을 미치는 한편, 전선수역의 높은 식물플랑크톤의 생체량(Chl-${\alpha}$=12.38 ${\mu}$gL$^{-1}$)은 표층수에서 영양염을 고갈시켰다. 결론적으로 춘계 황해는: (1)광역적으로는 영양염의 농도가 낮은 황해난류수의 유입과 영양염 농도가 높은 한국 및 중국연안의 연안수의 분포에 의해 영향을 받으며 (2) 지역적으로는 수직적인 수괴의 혼합, 식물플랑크톤의 서식분포, 그리고 조석전선이 영양염 분포에 영향을 미치고 있었다.$^{-1}$ Sv$^{-1}$)는 대한해협 (9.72${\times}$10$^{10}$ mol yr$^{-1}$ Sv$^{-1}$)보다 약 1.2배, 동중국해에서 쿠로시오에 의한 수송량(18.55${\times}$10$^{10}$ ton yr$^{-1}$ Sv$^{-1}$)에 비해서는 2/3 수준으로 높다. 결론적으로 풍부한 화학물질들을 함유한 제주해류는 남해 및 동해의 생지화학적 과정들에 있어 상당히 중요함을 시사한다.다. 수조 상층수 중 Cu, Cd, As 농도는 모든 FW, SW수조에서 시간이 지남에 따라 일관성 있게 감소하였고, 제거속도는 Cu가 다른 원소에 비해 빨랐다. 제거속도는 FW 3개 수조 중 FW5&6에서 세 원소 모두 가장 느렸고, SW 3개 수조 중에서는 SW1&2에서 가장 빨랐다. SW와 FW간 제거속도 차이는 세 원소 모두 명확치 않았다 Cr은 FW에서 전반적으로 감소하는 경향을 보였지만 SW에서는 실험 초기에 감소하다 24시간 이후에는 증가 후 일정한 양상을 보였다. Pb은 FW에서 전반적으로 감소했지만 SW에서는 초기에 급격히 증가 후 다시 급격히 감소하는 양상을 보였다 Pb 또한 Cu, Cd, As와 마찬가지로 SW1&2에서 제거속도가 가장 빠르게 나타났다. FW 상층수 중 Hg는 시간에 따라 급격히 감소했고, 제거속도는 Fw5&6에서 가장 느렸다. 이러한 결과에 근거할 때 벼가 자라고 있고 이분해성 유기물이 풍부한 FW1&2, FW3&4 토양과 상층수에서는 유기물의 분해 활동이 활발하였지만, 벼가 경작되지 않는 FW5&6과 SW 에서는 유기물이 상대적으로 결핍되어 유기물의 분해활동이 적었을 것으로 판단된다. 한편, Inorganic nutrient concentrations in relation to springtime physical parameters of the Yellow Sea were investigated during April 1996. Three major water masses, i.e., the Yellow Sea Warm Current Water (YSWC), Coastal Current Water (CCW) and Changjiang River Diluted Water (CRDW), prevailed in the study area. Water masses were vertically wel1 mixed throughout the study area, and nutrients were supplied adequately from bottom to surface layer. As result of ample nutrients supplied by vertical mixing together with progressed daylight condition, springtime phytoplankton blooms were observed, which was responsible for the depletion of inorganic nutrients in surface water column. Low nutrients concentration in bottom water of the central Yellow Sea (Stn. D9; nitrate: <2 ${\mu}$M, phosphate: <0.3 ${\mu}$) was associated with the entrance of YSWC which is characterized by high temperature and salinity. Influenced by runoff and vertical tidal mixing, CCW with high nutrient concentrations probably associated with China and Korea coastal waters with high nutrients concentration. For the local scale of inorganic nutrient distribution, nutrient transfers from coast to central areas were limited due to restriction imposed by tidal fronts (Stn. D6) and thus affected the horizontal nutrient profiles. Relatively high phytoplankton biomass was observed in the tidal front (Chl-${\alpha}$=12.38 ${\mu}$gL$^{-1}$) during the study period. Overall, the springtime nutrient distribution patterns in the Yellow Sea appeared to be affected by: (1) Large-scale influx of YSWC with low nutrient concentrations and CCW with high nutrient concentrations influenced by Korea and China coastal waters; (2) vertical mixing of water mass and phytoplankton distribution; and (3) local-scale tidal front as well as phytoplankton blooms alongthe tidal front.

해양 퇴적물내 총탄소 및 유기탄소의 분석기법 고찰

김경홍(Kyeong-Hong Kim),손승규(Seung-Kyu Son),손주원(Ju-Won Son),주세종(Se-Jong Ju) 한국해양환경·에너지학회 2006 한국해양환경·에너지학회지 Vol.9 No.4

북동태평양 발산대 해역($7^{\circ}{\sim}10.5^{\circ}N$)의 무기영양염 분포와 재무기질화 비율

손주원,김경홍,김미진,손승규,지상범,황근춘,박용철,Son, Ju-Won,Kim, Kyeong-Hong,Kim, Mi-Jin,Son, Seung-Kyu,Chi, Sang-Bum,Hwang, Keun-Choon,Park, Yong-Chul 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

2003년 7월, 2005년 8월 그리고 2007년 7월에 북동태평양의 발산대 해역($7^{\circ}{\sim}10.5^{\circ}N$)에서 무기영양염 분포와 재무기질화 비율 연구를 위한 조사를 수행하였다. 북적도 반류와 북적도 해류의 경계에서 형성되는 발산대는 라니냐 현상이 있었던 2007년 7월에 북위 $10^{\circ}N$에 위치하였으며, 용승 현상이 강하게 일어났다. 빈영양 환경의 특성을 갖는 표면 혼합층의 깊이는 2003년에 평균 46 m, 2005년에 평균 61 m 그리고 2007년에 평균 30 m 이었고, 표면 혼합층 이하에서는 용존산소 소모와 더불어 무기영양염 농도가 급격하게 증가하는 영양염약층이 형성됐다. 상층(수심 $0{\sim}100m$)에서 아질산염을 포함한 질산염의 총량은 2003년에 $5.51{\sim}21.71gN/m^2$(평균 $12.82gN/m^2$)의 범위를 나타냈고, 2005년에는 $5.62{\sim}8.46gN/m^2$(평균 $7.15gN/m^2$)의 범위를 그리고 2007년에는 $8.98~27.80 gN/m2$(평균 21.12 gN/m2)의 범위로 발산대가 형성된 지점에서 높은 값을 나타냈다. 인산염 총량과 규산염 총량 또한 아질산염을 포함한 질산염 총량 분포와 유사하였으며, 상층에서 파악된 아질산염을 포함한 질산염 총량에 대한 규산염 총량의 비율은 $0.87{\pm}0.11$ 이었다. 연구 해역에서 식물 플랑크톤 성장을 제한하는 무기영양염은 질소계 영양염으로(N/P ratio=14.6), 북적도 반류 지역에 비해 북적도 해류 지역에서 보다 낮은 농도를 나타냈다. 규산염 또한 낮은 농도로 존재하여 규소 제한 환경을 이루었다. 본 연구를 통해 분석된 재무기질화 비율은 $P/N/-O_2=1/14.6{\pm}1.1/100.4{\pm}8.8(23.44{\leq}Sigma-{\theta}{\leq}26.38)$로 Redfield stoichiometry($P/N/-O_2=1/16/138$) 보다는 낮았지만, 연구 해역 표층에서 재무기질화 과정을 설명하기에 충분하였다. The distribution of inorganic nutrients and their remineralization ratio in the divergence zone ($7^{\circ}{\sim}10.5^{\circ}N$) of the northeastern Pacific were investigated from July 2003 to July 2007. A divergence zone along the boundary of the North Equatorial Counter Current (NECC) and North Equatorial Current (NEC) at $10^{\circ}N$ was observed in July 2007 when the La Nina event and divergence-related upwelling was strong. The mean depth of oligotrophic surface mixed layer in the divergence zone was 46, 61, and 30 m in July 2003, August 2005, and July 2007, respectively. Below the surface mixed layer, a nutricline was clearly observed. The depth integrated value of nitrate including nitrite (DIVn) in the upper layer($0{\sim}100$ m depth) ranged from 5.51 to 21.71 $gN/m^2$(mean 12.82 $gN/m^2$) in July 2003, from 5.62 to 8.46 $gN/m^2$ (mean 7.15 $gN/m^2$) in August 2005, and from 8.98 to 27.80 $gN/m^2$(mean 21.12 $gN/m^2$) in July 2007. The maximum DIVn was observed at the divergence zone. The distributions of phosphate(DIVp) and silicate(DIVsi) were similar to that of DIVn and the DIVn/DIVsi ratio was $0.87{\pm}0.11$ in the upper layer. The limiting nutrient for phytoplankton growth in the study area was identified as nitrogen(N/P ratio=14.6). The nitrate (including nitrite) concentrations were lower in the region mainly affected by NEC than in the region affected by NECC. The study area of low silicate concentrations was also considered to be Si-limiting environment. The remineralization ratios of nutrients were $P/N/-O_2=1/14.6{\pm}1.1/100.4{\pm}8.8(23.44{\leq}Sigma-{\theta}{\leq}26.38)$ in the study area. These ratios suggested remineralization process in the surface layer of divergence zone.

북동적도 태평양 KODOS 97-2 해역 심해저 퇴적물 내의 ATP 분포양상

현정호,김경홍,지상범,문재운,Hyun, Jung-Ho,Kim, Kyeong-Hong,Chi, Sang-Bum,Moon, Jai-Woon 한국해양학회 1998 바다 Vol.3 No.3

심해저 망간단괴 채광에 따른 저층생태환경의 변화를 평가하기 위한 기초환경연구의 일환으로 북동적도 태평양 심해저 퇴적물 내의 총 ATP(T-ATP), 용존 ATP(D-ATP) 그리고 입자성 ATP(P-ATP)의 농도 및 수직분포양상을 연구하였다. T-ATP는 퇴적물 6 cm 깊이 내에서 4.4~40.6, D-ATP는 0.6~16.1, 그리고 P-ATP는 3.0~29.2 ng/g dry sediment의 범위로 변했다. T-ATP의 약 84%, D-ATP의 약 81% 그리고 P-ATP의 약 74%가 표층 퇴적물 2 cm 이내에 분포하는 것으로 나타났으며, 분포양상이 퇴적물 내의 함수율과 높은 상관관계를 나타냈다. 이러한 결과는 심해저 퇴적물 내의 미생물(P-ATP) 분포가 수층으로부터 전달되는 유기탄소에 의해 결정됨을 의미한다. 다중주상 시료채집기를 사용해 획득한 퇴적물에서 P-ATP 최대층이 0~0.5 cm 깊이 내에 존재하는 것으로 나타나, 표층이 교란되는 상자형 퇴적물 채집기보다는 다중주상 시료채집기가 심해저 퇴적물내 ATP의 미세수직구조의 연구를 위해서 더욱 효과적인 것으로 판명되었다. 결론적으로 ATP 농도가 퇴적물 깊이 6cm 이내에서 뚜렷한 수직분포양상을 보이는 것으로 미루어, ATP 분포양상이 향후 심해저 광업에 따른 미생물 생체량 변화를 평가하기 위한 유용한 환경기초자료로 사용될 수 있는 것으로 나타났다. Environmental baseline information is necessary in order to assess the potential environmental impact of future manganese-nodule mining on the deep-seabed ecosystem. Total ATP (T-ATP), dissolved ATP (D-ATP) and particulate ATP (P-ATP) were measured to estimate total microbial biomass and to elucidate their vertical distribution patterns in the seabed of KODOS (Korea Deep Ocean Study) area, northeast equatorial Pacific Ocean. Within the upper 6 cm depth of sediment, the concentrations of T-ATP, D-ATP and P-ATP ranged from 4.4 to 40.6, from 0.6 to 16.1, and from 3.0 to 29.2 ng/g dry sediment, respectively. Approximately 84% of T-ATP, 81% of D-ATP, and 74% of P-ATP were present within the topmost 2 cm depth of sediment, and the distributions of ATP were well correlated with water content in the sediment. These results indicate that the distribution of total microbial biomass was largely determined by the supply of organic matter from surface water column. Fine-scale vertical variations of ATP were detected within 1-cm thick veneer of the sediment samples collected by multiple corer, while no apparent vertical changes were observed in the box-cored samples. It is evident that the box-core samples were disturbed extensively during sampling, which suggests that the multiple corer is a more appropriate sampling gear for measuring fine-scale vertical distribution pattern of ATP within thin sediment veneer. Overall results suggest that the concentrations of ATP, given their clear changes in vertical distribution pattern within 6 cm depth of sediment, are a suitable environmental baseline parameter in evaluating the variations of benthic microbial biomass that are likely to be caused by deep-seabed mining operation.

동태평양 열대해역에서 2009-2010년 침강입자 플럭스의 수직 변화

김형직,조소설,김동선,김경홍,유찬민,Kim, Hyung Jeek,Cho, Sosul,Kim, Dongseon,Kim, Kyeong Hong,Yoo, Chan Min 한국해양과학기술원 2022 Ocean and Polar Research Vol.44 No.3

A sediment trap had been deployed at 1250 m depth in the Eastern Tropical Pacific (ETP) from September 2009 to July 2010, with the aim of understanding the temporal and vertical variability of particle flux. During the monitoring period, total particle flux varied from 12.4 to 101.0 mg m^-2day^-1, with the higher fluxes in January-March 2010. Biogenic particle flux varied in phase with the total particle flux. The increase in total particle flux during January-March 2010 was attributed to the enhanced biological production in the surface layer caused by wind-driven mixing in response to the seasonal shifts in the location of the Intertropical convergence zone. The export ratio (e-ratio) was estimated using the particulate organic carbon flux and satellite-derived net primary production data. The estimated e-ratios changed between 0.8% and 2.8% (1.4±0.6% on average). The ratio recorded in the negative phase of Pacific decadal oscillation (PDO) was similar to the previous results obtained from the ETP during the 1992/93 periods in the positive phase of PDO. This suggests that the regime shift of the PDO is not related to the carbon export ratio.

북동태평양 심해에서 관측된 퇴적물 입자 플럭스의 계절적 변동

김형직,김동선,형기성,김경홍,손주원,황상철,지상범,김기현,김부근,Kim, Hyung-Jeek,Kim, Dong-Seon,Hyeong, Ki-Seong,Kim, Kyeong-Hong,Son, Ju-Won,Hwang, Sang-Chu,Chi, Sang-Bum,Kim, Ki-Hyun,Khim, Boo-Keun 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

2003년 7월부터 2005년 6월까지 약 24 개월 동안 북동태평양 대한민국 망간단괴 개발광구 내에 위치한 정점 KOMO(Korea Deep-Sea Environmental Study Long-Term Monitoring Station, $10^{\circ}30'N,\;131^{\circ}20'W$)에서 시계열 퇴적물 포집장치를 설치하여 물질 플럭스를 측정하였다. 약 4,960 m 수심에서 획득된 침강입자의 총질량 플럭스는 겨울(12월-2월)과 봄(3월-5월)에 높고, 여름(6월-8월)과 가을(9월-11월)에 낮은 뚜렷한 계절변동을 보였다. 생물기원 물질플럭스도 총질량 플럭스와 유사하게 뚜렷한 계절변동을 나타냈다. 특히, 겨울과 봄에 관측된 탄산염 플럭스는 여름과 가을보다 두 배가량 높게 측정되어, 다른 생물기원 구성성분들의 계절변동에 비해 가장 크게 나타났다. 심해저층에서 관측된 침강입자의 총질량 플럭스와 생물기원 물질플럭스는 표층 해양 일차 생산력의 계절변동을 반영하는 것으로 생각된다. 겨울과 봄에는 강한 바람의 영향으로 혼합층 아래로부터 영양염의 공급이 증가되어 일차생산력이 높아진 것으로 생각되며, 여름과 가을에는 바람의 약화와 강한 성층으로 인하여 영양염 공급이 약해져서 일차생산력이 감소한 것으로 판단된다. 침강입자의 총질량 플럭스와 생물기원 물질플럭스의 계절적 변동은 이전에 연구된 엘니뇨/라니냐와 같은 환경변화에 따른 물질플럭스의 변화보다 크게 나타났다. 따라서 북동태평양 적도지역에서 엘니뇨와 라니냐 같은 환경변화의 영향에 의한 해양 물질플럭스의 변화를 이해하기 위해서는 일반적인 계절적 변동을 정확하게 측정하여야 한다. Particle fluxes were measured with a time-series sediment trap from July 2003 to June 2005 at the St. KOMO(KOMO; Korea Deep-Sea Environmental Study Long-Term Monitoring Station, $10^{\circ}30'N,\;131^{\circ}20'W$) in the northeastern Pacific. Total mass fluxes at a depth of 4,960 m showed distinct seasonal variations with high values in the winter(December-February) and spring(March-May) and low values in the summer(June-August) and fall(September-November). Biogenic origin fluxes also displayed distinct seasonal variations similar to total mass fluxes. Particularly, calcium carbonate fluxes in winter and spring were more than two times greater than those in summer and fall. The prominent seasonal variations of total mass and biogenic fluxes were closely related with the seasonal changes of primary production in the surface waters; in winter and spring, primary production increased due to the enhanced supply of nutrients below the surface mixed layer by strong wind and less stratification, whereas it decreased as a result of the less supply of nutrient by reduced wind speed and strong stratification in summer and fall. The seasonal variations of total mass and biogenic fluxes in this study were higher than the differences of total mass and biogenic fluxes caused by the environmental changes such as El $Ni\tilde{n}o$ and La $Ni\tilde{n}a$ events in the previous studies. In order to understand the effects of El $Ni\tilde{n}o$ and La $Ni\tilde{n}a$ on the particle flux, therefore, the seasonal variation of particle flux in the northeastern equatorial Pacific needs to be well defined.

서태평양 해저산 해역에서 수괴와 무기영양염 거동에 기초한 동적 수층환경 특성

손주원(Juwon Son),신홍렬(Hong-Ryeol Shin),모아라(Ahra Mo),손승규(Seung-Kyu Son),문재운(Jai-Woon Moon),김경홍(Kyeong-Hong Kim) 한국해양환경·에너지학회 2015 한국해양환경·에너지학회지 Vol.18 No.3

한국심해연구해역에서 수온약층 변화에 따른 무기영양염(질소, 인)의 연변화 특성

손승규(Seung-Kyu Son),김경홍(Kyeong-Hong Kim),손주원(Ju-Won Son),김기현(Ki-Hyune Kim) 한국해양환경·에너지학회 2002 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2002 No.-