백두산 화산활동 평가를 위한 화산가스 및 온천수에 대한 연구 = Study of Volcanic Gases and Hot Spring Water to Evaluate the Volcanic Activity of Mt. Baekdu

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 2015년 7월부터 2016년 8월까지 백두산 주롱 온천 지역에서 화산가스 및 온천수를 채취하여 분석을 실시하였다. 또한 이전 연구(Lee et al. 2014)에서 보고된 온천수의 측정값 중 $HCO_3{^-}$ 농도에 오류가 있음을 확인하고, 이를 개선하고자 했다. 온천수의 용존 $CO_2$는 이전 연구에서는 가스 크로마토그래프를 이용하여 분석하였지만, 이를 개선하여 2015년부터 TOC-IC를 이용하여 분석을 실시했다. 또한, 여러 농도의 $Na_2CO_3$ 표준 시료를 GC로 분석하여, 실제 농도와 표준시료 사이의 상관관계를 확인하였다. 그리고 이를 토대로 2014년 온천수의 용존 $CO_2$ 농도를 추정하고자 했지만, 실제 주롱(Julong) 온천 주변의 물을 채취하여 GC로 분석했을 때는 이 상관관계가 잘 적용되지 않아서 2014년 온천수의 용존 $CO_2$ 농도를 추정할 수가 없었다. 연구기간 동안 화산가스 내 $CO_2/CH_4$의 농도는 꾸준히 감소하였는데, 이에 대하여 두 가지 해석이 가능하다. 첫 번째는 화산체 내부의 환경이 조금 더 환원환경에 가까워져 상대적으로 화산가스 내 탄소가 $CO_2$ 보다는 $CH_4$ 또는 CO로 분배되기 유리해 진 것이다. 두 번째 가능성은 화산가스와 물의 상호작용이 강화되어 물에 대한 용해도가 훨씬 높은 $CO_2$의 농도가 상대적으로 감소한 것이다. 일반적으로 화산가스가 물에 희석되는 현상(scrubbing)의 영향은 화산활동이 활발한 시기보다는 잠잠한 시기에 강화된다. 한편, 온천수의 분석은 화산가스 연구에서 중요한 산성기체 성분의 음이온들과 주요 양이온, 그리고 Cd, Re, As에 대해 이루어졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study performed the analysis on the volcanic gases and hot spring waters from the Julong hot spring at Mt. Baekdu during the period from July 2015 to August 2016. Also, we confirmed the errors that $HCO_3{^-}$ concentrations of hot spring waters in the previous study (Lee et al. 2014) and tried to improve the problem. Dissolved $CO_2$ in hot spring waters was analyzed using gas chromatograph in Lee et al. (2014). Improving this, from 2015, we used TOC-IC to analysis dissolved $CO_2$. Also, we analyzed the $Na_2CO_3$ standard solutions of different concentrations using GC, and confirmed the correlation between the analytical concentrations and the real concentrations. However, because the analytical results of Julong hot spring water were in discord with the estimated values based on this correlation, we can't estimate the $HCO_3{^-}$ concentrations of 2014 samples. During the period of study, $CO_2/CH_4$ in volcanic gases are gradually decreased, and this can be interpreted in two different ways. The first interpretation is that the conditions inside the volcanic edifice are changing into more reduction conditions, and carbon in volcanic gases become more favorable to distribute into $CH_4$ or CO than $CO_2$. The second interpretation is that the interaction between volcanic gases and water becomes greater than past, and the concentrations of $CO_2$ which have much higher solubility in water decreased, relatively. In general, the effect of scrubbing of volcanic gas is strengthened during the quiet periods of volcanic activity rather than active periods. Meanwhile, the analysis of hot spring waters was done on the anion of acidic gases species, the major cation, and some trace elements (As, Cd, Re).

참고문헌 (Reference)

1 강주화, "화산재 양에 따른 피해와 사회·경제적 영향 분석" 한국지구과학회 34 (34): 536-549, 2013

2 이승열, "화산가스의 채취 및 분석에 대한 기술보고" 한국암석학회 21 (21): 415-429, 2012

3 윤성효, "지표변위를 활용한 백두산의 2002-2009년마그마 활동 양상 변화 연구" 한국지구과학회 34 (34): 470-478, 2013

4 이덕수, "인공위성을 이용한 백두산 화산 마그마 활동의 전조현상 인지 가능성 연구" 한국암석학회 22 (22): 35-47, 2013

5 이상철, "인공 분기공 가스를 이용한 Giggenbach bottle 법의 평가" 한국지구과학회 34 (34): 681-692, 2013

6 윤성효, "백두산의 역사시대 분화 기록에 대한 화산학적 해석" 한국지구과학회 34 (34): 456-469, 2013

7 윤성효, "백두산 화산의 전조활동 분석 연구" 한국암석학회 21 (21): 1-12, 2012

8 이상철, "백두산 화산가스 및 온천수에 대한 지화학적 연구" 대한지질학회 50 (50): 811-820, 2014

9 Mackenzie, J.M., "Volatile heavy metal mobility in silicate liquids: Implications for volcanic degassing and eruption prediction" 269 : 488-496, 2008

10 Ossaka, J., "Variation of chemical compositions in volcanic gases and waters at Kusatsu-Shirane Volcano and its activity in 1976" 43 : 207-216, 1980

11 Crowe, B. M., "Trace element geochemistry of volcanic gases and particles from 1983-1984 eruptive episodes of Kilauea volcano" 92 : 13708-13714, 1984

12 Giggenbach, W. F., "Redox processes governing the chemistry of fumarolic gas discharges from white Island, New Zealand" 2 : 143-161, 1987

13 Symonds, R. B., "Magmatic gas scrubbing: implications for volcano monitoring" 108 : 303-341, 2001

14 Ohba, T., "Magmatic fluids of Tatun volcanic group, Taiwan" 25 : 513-523, 2010

15 Ohba, T., "Magma degassing process during the eruption of Mt. Unzen, Japan in 1991 to 1995Mmodeling with the chemical composition of volcanic gas" 175 : 120-132, 2008

16 Stremmer, W., "Gas composition of Popocatepetl Volcano between 2007 and 2008: FTIR spectroscopic measurements of an explosive event and during quiescent degassing" 301 : 502-510, 2011

17 오창환, "GRACE 인공위성 지오이드 변화와 화산 마그마 활동 간의 상관관계에 대한 예비 연구" 한국지구과학회 34 (34): 550-560, 2013

18 Ohba, T., "Equilibrium temperature and redox state of volcanic gas at Unzen volcano, Japan" 60 : 263-272, 1994

19 Aiuppa, A., "Degassing of halogens from basaltic volcanism: Insights from volcanic gas observations" 263 : 99-109, 2009

20 Lopez, T., "Constraints on magma processes, subsurface conditions, and total volatile flux at Bezymianny Volcano in 2007-2010 from direct and remote volcanic gas measurements" 263 : 92-107, 2013

21 Notsu, K., "Chemical monitoring of volcanic gas using remote FT-IR spectroscopy at several active volcanoes in Japan" 25 : 505-512, 2010

22 Duffell, H. J., "Changes in gas composition prior to a minor explosive eruption at Masaya volcano, Nicaragua" 126 : 327-339, 2003

23 Lide, D. R., "CRC Handbook of Chemistry and Physics" National Institute of Standards and Technology, CRC Press 86-88, 2004

24 Mambo, V.S., "Behavior of arsenic in volcanic gases" 27 : 351-359, 1993

25 Han, Y.C., "A geochemical reconnaissance of the Duman (Tumen) River and the hot springs of Mt. Baekdu (Changbai): Weathering of volcanic rocks in mid-latitude setting" 264 : 162-172, 2009