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제주도 지하수 질산염 농도의 시·공간적 변화 특성: 장기(1993-2015) 모니터링 자료의 평가
김호림(Ho-Rim Kim),오준섭(Junseop Oh),도현권(Hyun-Kwon Do),이경진(Kyung-Jin Lee),현익현(Ik-Hyun Hyun),오상실(Sang-Sil Oh),감상규(Sang-Kyu Kam),윤성택(Seong-Taek Yun) 대한자원환경지질학회 2018 자원환경지질 Vol.51 No.1
1993년부터 2015년까지 관측된 제주도 지하수 장기모니터링 관측정(N = 4,835)에서 수집된 지하수 수질자료(N = 21,568)를 기반으로 질산성질소의 시공간적 변동 특성을 평가하였다. 제주도 지하수의 질산성질소 농도의 중앙값은 2.5 mg/L로서 다른 국가나 대륙의 조사 결과에 비해 다소 높거나 유사한 것으로 나타났다. 또한 지하수 용도, 행정구역 및 고도 별로 유의한 차이를 보였다. 특히, 산간 지역에 비해 저지대 해안가에 위치한 농업 및 주거지역에서 농도가 높음을 확인하였다. Mann-Kendall 및 Sen’s slope 분석을 활용한 질산성질소 농도의 추세 분석 결과, 하류 저지 대에 비해 중산간지역에서의 질산성질소 농도 증가 경향이 뚜렷하였다. 제주도 내 토지 피복의 시계열 변화 특성과 결부 지어 보면, 중산간지역의 오염 증가 추세는 농업지역의 확장 등 인위적 활동 증가에 기인한 결과로 판단된다. 반면,기지정된 지하수자원특별관리구역에서는 전반적으로 질산성질소 농도의 감소 경향이 나타났는데, 이는 지하수 관리 측면에서 수질관리를 위한 적극적인 정책이 유효함을 시사한다. 본 연구에서는 제주도 지하수의 질산성질소 오염관리를 위한 적정 방안을 제안한다. The spatio-temporal variations of nitrate concentrations in groundwater of Jeju Island were evaluated by an analysis of time series groundwater quality data (N = 21,568) that were collected from regional groundwater monitoring (number of wells = 4,835) for up to 20 years between 1993 and 2015. The median concentration of NO 3 -N is 2.5 mg/L, which is slightly higher than those reported from regional surveys in other countries. Nitrate concentrations of groundwater in wells tend to significantly vary according to different water usage (of the well), administrative districts, and topographic elevations: nitrate level is higher in low-lying agricultural and residential areas than those in high mountainous areas. The Mann-Kendall trend test and Sen’s slope analysis show that nitrate concentration in mid-mountainous areas tends to increase, possibly due to the expansion of agricultural areas toward highland. On the other hand, nitrate concentrations in the Specially Designated Groundwater Quality Protection Zones show the temporally decreasing trend, which implies the efficiency of groundwater management actions in Jeju. Proper measures for sustainable groundwater quality management are suggested in this study.
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서현수(Hyunsoo Seo),이정환(Jeong-Hwan Lee),박선주(SunJu Park),오준섭(Junseop Oh),최재훈(Jaehoon Choi),이종태(Jong-Tae Lee),윤성택(Seong-Taek Yun) 대한자원환경지질학회 2023 자원환경지질 Vol.56 No.6
전기 자동차 및 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 리튬의 가치가 크게 증가하였다. 리튬은 주로 페그마타이트, 열수변질을 받은 응회암질 퇴적 점토 및 대륙성 염수에서 발견된다. 전 세계적으로 지하수로 공급되는 염호와 유전 염수는 세계 리튬 생산량의 약 70%를 차지하는 대륙 염수의 주요 리튬 공급원으로 주목받고 있다. 최근에는 심부 지하수, 특히 지열수도 리튬의 잠재적 공급원으로 연구되고 있다. 심부 지하수의 리튬 농도는 상당한 물-암석 반응과 염수와의 혼합을 통해 증가할 수 있다. 심부 지하수 중의 리튬 탐사를 위해서는 그 기원과 거동을 이해하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 전국적인 규모에서 국내 온천지역 지열수의 수문지화학 특성과 진화에 관한 예비연구를 바탕으로, 심부 지하수 환경에서의 리튬의 분포를 평가하고 그 농도에 영향을 미치는 지구화학적 요인을 이해하고자 하였다. 총 555개의 온천 지하수 시료 자료는 수화학적 특성에 따라 뚜렷한 지화학 진화 특성을 갖는 5가지 유형으로 분류되었다. 또한, 리튬의 부화 기작을 평가하기 위해 리튬 농도가 90번째 백분위 수(0.94 mg/L)를 초과하는 시료(n = 56)에 대해 자세히 고찰하였다. 리튬의 농도는 수화학 유형에 따라 유의미한 차이를 보였는데, Na(Ca)-Cl유형, Ca(Na)-SO4유형, pH가 낮은 Ca(Na)-HCO3 유형 순이었다. Ca(Na)-Cl 유형에서 리튬 부화는 해수침투에 따른 역이온 교환으로 발생한다. 백악기 화산퇴적 분지에서 특징적으로 나타나는 Ca(Na)-SO4 유형 지하수에서 용존 리튬의 부화는 열수 변질 점토 광물의 산출 및 화산활동과 관련이 있는 반면, 낮은 pH의 Ca(Na)-HCO3 유형 지하수에서는 심부 CO2의 상승 혼입에 의한 기반암의 풍화 촉진으로 인해 리튬 부화가 일어난 것으로 해석된다. 본 광역 예비 지화학 연구 결과는 심부 지질환경에서의 수문지화학 진화에 대한 이해와 함께 향후 경제성 있는 리튬 탐사 지침과 관련하여 유용한 정보를 제공할 것이다. The value of lithium has significantly increased due to the rising demand for electric cars and batteries. Lithium is primarily found in pegmatites, hydrothermally altered tuffaceous clays, and continental brines. Globally, groundwater-fed salt lakes and oil field brines are attracting attention as major sources of lithium in continental brines, accounting for about 70% of global lithium production. Recently, deep groundwater, especially geothermal water, is also studied for a potential source of lithium. Lithium concentrations in deep groundwater can increase through substantial water-rock reaction and mixing with brines. For the exploration of lithim in deep groundwater, it is important to understand its origin and behavior. Therefore, based on a nationwide preliminary study on the hydrogeochemical characteristics and evolution of thermal groundwater in South Korea, this study aims to investigate the distribution of lithium in the deep groundwater environment and understand the geochemical factors that affect its concentration. A total of 555 thermal groundwater samples were classified into five hydrochemical types showing distinct hydrogeochemical evolution. To investigate the enrichment mechanism, samples (n = 56) with lithium concentrations exceeding the 90th percentile (0.94 mg/L) were studied in detail. Lithium concentrations varied depending upon the type, with Na(Ca)-Cl type being the highest, followed by Ca(Na)-SO4 type and low-pH Ca(Na)-HCO3 type. In the Ca(Na)-Cl type, lithium enrichment is due to reverse cation exchange due to seawater intrusion. The enrichment of dissolved lithium in the Ca(Na)-SO4 type groundwater occurring in Cretaceous volcanic sedimentary basins is related to the occurrence of hydrothermally altered clay minerals and volcanic activities, while enriched lithium in the low-pH Ca(Na)-HCO3 type groundwater is due to enhanced weathering of basement rocks by ascending deep CO2. This reconnaissance geochemical study provides valuable insights into hydrogeochemical evolution and economic lithium exploration in deep geologic environments.
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