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문제 정의
- 고토양의 하부로부터 점이적으로 변하는 토양의 색과 이에 따른 유기물 함량의 변화를 인지하기 위하여층위 별로 TOC (Total Organic Carbon, 총유기 탄소)의함량을 측정해 보았다. 그 결과 고토양층의 상부로 가면서, 또한 토색이 갈색에서 암회색으로 변함에 따라서 유기물의 함량도 빠르게 증가하는 것으로 분석되었다(Fig.
- 이 경우 토양의 형성 시기를 놓고 논란의 불씨가 될 수 있는데, 때때로 이를 입증하기란 쉽지 않을 때가 있다. 이 연구에서는 주로 고토양층에 대한 고지자기 연구와 일부 토양화학 연구를 통하여 현무암과의 층서관계를 입증하고자 하였다.
제안 방법
- Solid and open circles represent vertical and horizontal components respectively. The progressive steps are 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 65, 80 mT.
- 플라스틱 박스로 채취된 두 단면 A와 B는 22-33 cmbps 구간에서 중첩하여 정향 시료를 채취하였다. 두 개의 시료 Section들은 실험실에서 약 1 cm 간격으로 토양의 분광 스펙트럼을 실시한 다음 고지자기 및 토양화학 연구를 위한 시료들을 순차적으로 채취하였다. 고지자기 시료는 7cc 큐브와 1 cc 큐브를 사용하여 NRM(자연잔류자화, Natural Remanent Magnetization) 및 IRM(비 이력 잔류자화, Isothermal Remanent Magnetization) 연구용으로 각각 32개(약 2.
- 퇴적물은 시간이 지남에 따라서 속성작용과 토양화작용을 받으며, 이들의 분광학적 특성 분석은 색상(h*), 채도(C*), 명도(L*)와 반사율(R*, Reflectance)의 변화를 정량적으로 계량할 수 있는 좋은 방법이다. 연구 대상의 고토양의 반사율 분포의 극대값은 측정 결과 모두 가시광선을 넘어서서 구할 수 없었으며, 이번 논문에서는 반사율 결과를 제외한 색상, 채도 및 명도에 대한 결과만을 기술한다.
- Layer Ⅱ의 상부와 하부에 대한 IRM 값이 뚜렷이 구별되는 것은 토양화 작용이나 혹은 속성작용과 같은 2차적인 요인에 의한 것으로 볼 수도 있으나 정확한 원인은 아직 확실하지 않다. 이 연구에서는 Layer Ⅱ를 다시 Layer IIa(18-29 cmbps)와 Layer Ub(>29 cmbps)로 구분하였다.
- 이는 두 layer 내에 포함된 특성잔류자화의 획득 시기가 차이가 있었음을 지시해 준다. 이 연구에서는 상부와 하부 layer를 각각 Layer I과 Layer U로 구분하였으며, 이하에서는 본 고토양층을 두 개의 layers 구분하였다. 또한 이들 특성잔류자화의 극성은 모두 정자 극성으로써, 고토양의 형성시기는 Brunhes 정자극기인 73만 년 이후인 것으로 해석된다.
- 02-2000 ㎛) 장비를 이용하여 Laser Diffraction 방법으로 실시하였다. 필요 구간에서 입도분석을 위한 부시료(sib sampleX 채취하여 2000㎛ 이하의 fraction만 선별하였으며, 이를 과산화수소수에 반응시켜 유기물을 제거하였다 (Anderson, 1963). 또한 NaOAc(Sodium Acetate)용액에 아세트산을 첨가하여 pH를 5로 맞추고, 이를 시료와 교반 반응시켜 탄산염을 제거하였다(Rabenhorst et al, 1984).
대상 데이터
- 조사대상인 고토양층은 연천군(漣川郡) 전곡읍(全谷 邑)으로부터 서북서로 약 3.3km 지점에 있는 한탄강 강변 궁평교 인근(경기도 연천군 청산면 궁평리; 북위38°01'57", 동경127°06'20")에 선캠브리아기 기반암인연천계 호상편마암으로 이루어진 낮은 구릉 위에 노출된다. 고토양층은 두 매의 용암으로 이루어진 제4기 전곡 현무암에 의해 피복되어 있다.
- 3. Paleosol samples collected at the study area, the Gungshin Bridge, Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do. The unit of the scale bar is centimeter below paleosol surface (cmbps).
- 두 개의 시료 Section들은 실험실에서 약 1 cm 간격으로 토양의 분광 스펙트럼을 실시한 다음 고지자기 및 토양화학 연구를 위한 시료들을 순차적으로 채취하였다. 고지자기 시료는 7cc 큐브와 1 cc 큐브를 사용하여 NRM(자연잔류자화, Natural Remanent Magnetization) 및 IRM(비 이력 잔류자화, Isothermal Remanent Magnetization) 연구용으로 각각 32개(약 2.5 cm 간격) 및 46개(약 lcm 간격) 의정향 시료를, 그리고 XRD/TOC와 대자율 분석용으로 각각 4개 및 46개의 비정향 시료를 채취하였다. 7cc cube 시료(시료번호를 NRM_depth로 표시)는 NRM분석 후에 입도 분석용으로 다시 활용하였다.
- 야외에서 가로 8 cm 세로 24 cm인 플라스틱 박스, 고지자기용 나침반, 낚시줄을 이용하여 고토양 표면(Fig. 3)으로부터 9-33 cmbps (centimeter below paleosol surfece) 및 22-46 cmbps 구간에서 각각 단면 A 및 단면 B를 획득하였다. 고토양 표층 상부 9 cm는 야외에서 휴대용 대자율 측정기(SM-30)로 조사한 결과 상부 현무암에 의한 열접촉변성을 받은 것으로 판단되어, 정향시료 채취를 행하지 않았다.
- 연구 대상 비고화 토양은 이번 연구에서 고토양층으로 규명되었으며(이하 고토양층) 기반암인 선캠브리아기 연천계 호상편마암의 직상부와 제4기 전곡현무암 직하부에 끼어 있으며 약 50-60cm의 두께를 나타낸다. 연구지역에서 고토양층은 보다 후기의 테일러스와 퇴적물 등에 피복되어 수평 및 수직 연속성이 잘 확인되지는 않으나, 현재의 노두 규모에서는 적어도 10m 이상의 측방연속성을 보인다.
- 이 연구에서 고토양 시료는 휴대용 대자율 측정기를 이용하여 제4기 전곡현무암과 접하는 상부 약 9 cm 가열접촉 변성작용을 받은 것이 인지되어 이 부분을 제외한 부분에서 시료를 챠취하였다. 고토양 시료들의 잔류자화는 Fig.
이론/모형
- X-선 회절분석은 Rigaku사의 RINT1200 모델을 사용하였으며, 분석조건은 Cu 타겟, 40 kv, 20 mA, 발산슬릿 1 mm, 분산슬릿 1mm, 수광슬릿 0.15 mm에서 연속주사방식(분당 3º)으로 분석하였다.
- ,ern Instruments, Ltd. 의 Mastersizer 2000(측정범위 0.02-2000 ㎛) 장비를 이용하여 Laser Diffraction 방법으로 실시하였다. 필요 구간에서 입도분석을 위한 부시료(sib sampleX 채취하여 2000㎛ 이하의 fraction만 선별하였으며, 이를 과산화수소수에 반응시켜 유기물을 제거하였다 (Anderson, 1963).
- 입도분석 결과에서 평균입도(Mz, mean size), 분급도 (σi, sorting), 왜도(Sk, skewness), 첨도(Kg, kurtosis) 등 조직변수(textural parameters)의 계산에는 다음 수식 (4)와 같이 Fbrk(1966)가 제시한 기준을 사용하였으며, 단위는 phi(φ-logz(size in mm))를 사용하였다(Krumbein, 1934).
- 이온수로 시료를 세척한 후에는 NaOH를 이용하여 pH를 10으로 맞춘 비료인산나트륨 용액을 첨가, 교반하여 분산하였다. 총유기탄소(TOC: total organic carbon) 함량은 Vinci사의 Rock-Eval 6를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 5b에서 보여주듯이, Layer I과 Layer Ⅱ의 경계는 급격히 단절되어 뚜렷이 구별된다. 고토양 Layer I에서의 IRM 값은 매우 낮고 일정한 값의 분포를 보여주고 있어, 두 layer 간의 자성광물의 공급원이 같지 않을 가능성이 많으며, 상술한 NRM 결과 해석을 지지하여 준다. Layer Ⅱ에서의 IRM 값은 상부에서 점진적으로 감소하다가 29 cmbps에서 갑자기 단절되어 증가하고 이후 하부까지 일정한 값을 보인다.
- 8 ka)에 토양화 작용이 진행되었던 것으로 규명되었다. 고토양층으로부터 구한 특성잔류자화 성분은 18 cmbps를 기준으로 상부(Layer I)와 하부(Layer Ⅱ)로 구분되었으며, 그 평균방향은 각각 17.1°/68.1°(α95=6.3°)과 - 14.6°/ 49.7°(α95=4.0°)로 나타났다. 이들 두 특성 자화 성분들은 공히 고토양 형성 당시 지구자기장에 의해 획득한 1차자화로 해석되었으며, 이는 두 layer의 형성 시기가 서로 차이가 있었음을 지시해 준다.
- 고토양층의 층위별 광물조성의 차이를 비교하기 위하여 X선 회절분석을 실시한 결과, 조사지역 고토양층은 석영과 장석이 우세하고 일부 녹니석, 운모, 스멕타이트, 카올리나이트 등의 점토광물이 동정되었는데 (Fig. 8), 이는 우리나라 토양층에서 흔히 동정되는 일반적인 광물상과 매우 유사한 양상이다. 또한 고토양층의 전체적인 광물조성이 층위별로 큰 차이가 없이 하부로부터 최상부에 이르기까지 유사한 것으로 분석되어 이 토양층이 타지에서 이동된 퇴적물로 구성되기보다는 기반암인 편마암에서 직접적으로 유래된 현지성의 토양층임을 시사하고 있다.
- 이에 따른 유기물 함량의 변화를 인지하기 위하여층위 별로 TOC (Total Organic Carbon, 총유기 탄소)의함량을 측정해 보았다. 그 결과 고토양층의 상부로 가면서, 또한 토색이 갈색에서 암회색으로 변함에 따라서 유기물의 함량도 빠르게 증가하는 것으로 분석되었다(Fig. 8). 고토양층의 최상부인 암회색 토양의 켜는 육안으로도 관찰이 가능할 정도로 과산화수소에 잘 반응하여 지층 내에 다량의 유기물이 포함되어 있다는 것을 지시한다.
- 고토양층의 최상부인 암회색 토양의 켜는 육안으로도 관찰이 가능할 정도로 과산화수소에 잘 반응하여 지층 내에 다량의 유기물이 포함되어 있다는 것을 지시한다. 연구지역 고토양층의 총유기탄소의 함량은 우리나라 일반적인 토양의 TOC 값(약 5% 내외)에 미치지 못하는데, 이는 고온의 현무암 용암이 토양층의 상위로 흘렀을 때, 접촉부에서 발생한 열로 인하여 유기물의 탄화작용에 기인한 것으로 판단된다.
- 이번 연구에서 연천군 한탄강 유역 비고화 토양층에 대한 고지자기 및 토양화학적인 연구가 실시한 결과, 본 토양층의 표층부로 갈수록 유기물을 다량 포함한다는 것이 규명되었다. 고토양층은 상위의 제4기 현무암이 분출하기 전에 대기 환경하에서 형성되었으며, 현무암이 고토양층을 피복하기 직전(27L2±189.
- 분급도는 퇴적기작에 관련된 유체에너지 세기의 정도와 관련성이 높다. 퇴적물의 분급도가 작을수록 상대적으로 일정한 에너지 조건에서 퇴적된 환경을 시사하며, 반대로 분급도가 클수록 에너지 세기의 변화가 심한 환경에서 퇴적되었음을 나타낸다. 왜도는 입자들 중에 세립의 입도가 많을 때는 양(+)의 값을 갖고, 조립의 입도가 많을 때는 음(-)의 값을 갖는다.
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