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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 하계 가막만 해역의 빈산소 발생과 소멸의 과정을 모니터링하고 빈산소 수괴 형성 원인을 파악하기 위하여 2005년 6월부터 9월까지 주 단위로 조사하였다.
제안 방법
- 전극의 검량은 강한 환원제인 ascorbic 용액과 산소가 포화된 현장 해수를 이용하여 전극에서 검출된 전류와 산소농도 간의 선형관계를 이용하였다. 검량을 마친 미세전극은 수직 이동 해상도가 10 pm인 micromanupulator (Unisense, MM33)에 장착하여 50 jim씩 퇴적물에 직접 삽입하면서 산소농도를 측정하였다. 전극에서 검출된 pA 범위의 전류는 picoammeterfUnisense, PA2000)와 아날로그 디지털 변환기 (AQ converter: Unisense, ADC-216)를 거친 다음 휴대용 컴퓨터에 저장하였다.
- 식물플랑크톤은 1L 폴리에틸렌 채수병을 이용하여 정점 14의 표층에서 매월 채수하여 포르말린 농도가 약 5% 되게 현장에서 고정시켰다. 고정한 시료는 침전법에 의해 상등액을 제거하여 50-100 ml로 농축한 후 Sedgwick-Rafter counting chamber를 이용하여 계수흐卜고동정하였다. 영양염은 채수한 해수를 박막여과지(cellulose membrance filter, Millipore)로 여과한 후 암모니아(NHj-N), 질산염 (NOS-N), 아질산염 (NON), 인산염 (PO广-P) 그리고 규산염 (SiO5-Si)을 흡광 광도법을 이용하여 측정하였다(해양환경공정시험 방법 [2005]).
- 검량을 마친 미세전극은 수직 이동 해상도가 10 pm인 micromanupulator (Unisense, MM33)에 장착하여 50 jim씩 퇴적물에 직접 삽입하면서 산소농도를 측정하였다. 전극에서 검출된 pA 범위의 전류는 picoammeterfUnisense, PA2000)와 아날로그 디지털 변환기 (AQ converter: Unisense, ADC-216)를 거친 다음 휴대용 컴퓨터에 저장하였다. 퇴적물과 해수 경계면에서의 산소소모율은 공극수 수직분포 1차 확산반응 모델을 이용하여 추정하였고, 공극수 내 산소농도를 수직으로 50 |im 간격으로 측정하여 농도기울기를 계산하였다(Bouldinμ968]; Cai and Sayles[1996]; Epping and Helder[1997]; 이 등[2003]).
- 전극의 stirring sensitivity 는 2% 이하였으며, 90% 반응시간은 1초 이하였다. 전극의 검량은 강한 환원제인 ascorbic 용액과 산소가 포화된 현장 해수를 이용하여 전극에서 검출된 전류와 산소농도 간의 선형관계를 이용하였다. 검량을 마친 미세전극은 수직 이동 해상도가 10 pm인 micromanupulator (Unisense, MM33)에 장착하여 50 jim씩 퇴적물에 직접 삽입하면서 산소농도를 측정하였다.
- a의 수직적인 분포는 수질 측정기(YSI, 600XL)로 현장에서 측정하였다. 투명도는 Secchi disk로 측정하였으며, Secchi 깊이(Z®를 이용하여 电=1.7/2心식으로 광소멸 계수(Kd Li아it attenuation coefficient)를 계산하였다.
- 1). 해수는 표층과 저층에서 채수하여 영양염, 용존산소(DO)와 엽록소 a(Chl. a)를 분석하였다. DO 는 채수 후 DO병에 고정한 후 Winkler 적정법으로 분석하였으며, Chi.
대상 데이터
- 본 연구는 가막만의 빈산소 수괴가 빈번히 형성되는 해역을 중심으로 35개 정점에서 2005년 6월 17일부터 2005년 9월 12일까지 주간단위로 조사 하였다(Fig. 1). 해수는 표층과 저층에서 채수하여 영양염, 용존산소(DO)와 엽록소 a(Chl.
- 1。(3이하인 항온 수조에 시료를 넣어 현장 온도를 재현시키면서 미세전극을 사용해서 공극 수의 DO 연직분포를 이 등(2003, 2004)의 방법에 따라 분석하였다. 산소 미세전극은 전극 크기가 약 25 um인 Clark type의 전극(Unisense, OX 25)을 사용하였다. 전극의 stirring sensitivity 는 2% 이하였으며, 90% 반응시간은 1초 이하였다.
- 표증 퇴적물 시료는 상자형 코아 채집기(box core, 면적 : 0.04 n?)를 이용하여 채집하였고, 미세 전극 분석용 시료는 회수된 상자형 코아에 원형 투명 아크릴(직경 : 8 cm, 길이 :5 cm)을 서서히 삽입하여 채집하였다. 채집된 시료는 현장 온도를 유지시키면서실험실로 옮겨져 실험실에서 온도 변화가 0.
데이터처리
- 표.저층과 조사 시기에 따른 이화학적 요인들의 차이는 ANOVA 분석을 실시하였으며, 수심에 따른 해수의 규산염, 암모니아, 인산염 농도와 용존 산소 농도 분포와의 관계는 선형 회귀분석을 수행하였다. 본 연구의 모든 통계분석은 SPSS(ver.
이론/모형
- 채집된 시료는 현장 온도를 유지시키면서실험실로 옮겨져 실험실에서 온도 변화가 0.1。(3이하인 항온 수조에 시료를 넣어 현장 온도를 재현시키면서 미세전극을 사용해서 공극 수의 DO 연직분포를 이 등(2003, 2004)의 방법에 따라 분석하였다. 산소 미세전극은 전극 크기가 약 25 um인 Clark type의 전극(Unisense, OX 25)을 사용하였다.
- The measured oxygen penetration depths in the coastal sediments of Gamak Bay. The oxygen consumption rates(FO2) and net reaction rates(R) were estimated from the vertical oxygen concentration profiles using the one-dimension diffusion-reaction model. The benthic organic carbon oxidation rates were calculated from the adapted oxygen to carbon ratio, modified Radfield ratio of oxygen to carbon (170/117) and, to measured oxygen consumption at the in sediment/water interface
- 고정한 시료는 침전법에 의해 상등액을 제거하여 50-100 ml로 농축한 후 Sedgwick-Rafter counting chamber를 이용하여 계수흐卜고동정하였다. 영양염은 채수한 해수를 박막여과지(cellulose membrance filter, Millipore)로 여과한 후 암모니아(NHj-N), 질산염 (NOS-N), 아질산염 (NON), 인산염 (PO广-P) 그리고 규산염 (SiO5-Si)을 흡광 광도법을 이용하여 측정하였다(해양환경공정시험 방법 [2005]). 수온, 염분, DO와 Chi.
- 전극에서 검출된 pA 범위의 전류는 picoammeterfUnisense, PA2000)와 아날로그 디지털 변환기 (AQ converter: Unisense, ADC-216)를 거친 다음 휴대용 컴퓨터에 저장하였다. 퇴적물과 해수 경계면에서의 산소소모율은 공극수 수직분포 1차 확산반응 모델을 이용하여 추정하였고, 공극수 내 산소농도를 수직으로 50 |im 간격으로 측정하여 농도기울기를 계산하였다(Bouldinμ968]; Cai and Sayles[1996]; Epping and Helder[1997]; 이 등[2003]).
성능/효과
- 빈산소가 형성된 시기(7월 27일)의 수온, DO와 Chi. a 농도의 수직 분포에서 DO 농도는 수온약층에 관계없이 수심 9.0 m까지 8.1 mg/ 源 높은 농도를 보였으며 (Fig. 8), 9.0 m 이하에서 급격히 감소하였다. Chi.
- 가막만에서 빈산소수괴는 내만이 중앙부 보다 수심이 깊고 오목한 지형적인 조건에 의해 성층화된 저층 고립냉수괴가 존재하는 것이 가장 큰 요인으로 나타났다. 하계 저층의 빈산소 수괴는 수온약층 아래의 풍부한 영양염과 광합성에 필요한 충분한 일사량의 유입에 의해 식물플랑크톤이 대발생하고, 저층으로 침강하면서 수괴의 유기물 분해와 퇴적물 산소 요구량이 증가하여 DO가 감소하는 것으로 나타났다.
- 하계 가막만의 빈산소 수괴는 진해만의 빈산소 형성과는 달리 수온약층 아래의 저층에서 식물플랑크톤 대발생 후 유기물 분해에 의한 산소 소비증가와 저층 퇴적물의 산소 소모율 증가에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 가막만의 빈산소 수괴는 저층바닥에서 50 cm내외의 얇은 수층에 서만 형성되었으며, 수온약층에서부터 빈산소 수괴의 상부까지 DO와 엽록소 a가 높게 나타나는 특징을 보였다.
- 그러나, 저층 바닥부근에서 급격한 DO의 감소는 수괴와 퇴적물 내 유기물 분해 작용과 대량의 식물플랑크톤 호흡에 의한 산소 소비가 증가의 원인인 것으로 나타났다. 저층 퇴적물에서 산소투과 깊이는 빈산소 수괴가 형성된 시기의 평균 0.
- 용존 산소와 영양염의 농도는 역 상관관계로 나타났다. 용존 산소 농도와 표층 및 중층의 규산염 농도는 유의한 관계를 보이지 않았으나, 저층의 규산염 농도와는 유의한 상관관계(F=0.785, p=0.003)를 나타내었다(Fig. 9A). 용존 산소 농도와 표층의 암모니아 농도는 유의한 상관관계를 보이지 않았으나, 중층(F=0.
- 9A). 용존 산소 농도와 표층의 암모니아 농도는 유의한 상관관계를 보이지 않았으나, 중층(F=0.588, p=0.027) 및 저층(F=0.498, p=0.050)의 암모니아 농도와는 유의한 역 상관관계를 보였다(Fig. 9B). 용존 산소 농도와 인산염 농도는 표층 및 중층은 유의한 상관관계를 보이지 않았으나, 저층(rM).
- 7 mmol。计电区'로 증가하는 경향을 보였다. 유기 탄소 산화율은 빈산소 발생시 평균 113.06 mg C r/dayT였고, 소멸 시에는 평균 220.37 mg C medayT로 추산되었다. 이러한 결과는 우리나라 남해연안에서 추산된 유기탄소 산화율의 범위(89.
- a 농도의 시공간적인 분포는 하계 내만 북서부의 저층에서 다른 계절에 비해 높았으며, 생활하수의 유입과 지속적인 영양염류의 공급과 저층까지 광합성을 할 수 있는 충분한 빛 조건에 영향을 받는 것으로 보고하였다. 이러한 결과로 볼 때 수온약층에 의해 표층과 물리적인 혼합이 없고 정체된 내만의 수심 9.0 이까지 DO가 높은 것은 식물플랑크톤의 지속적인 광합성에 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 이러한 결과에서 하계 가막만의 빈산소 수괴는 북서부 내만의 오목한 지형의 정체성 저층수괴에서 나타나며, 생활하수의 유입과 퇴적물 산소요구량이 높은 선소와 소호지역에서부터 시작 되어 확산되는 것으로 나타났다(Fig. 3). 하계 가막만의 빈산소 수괴는 진해만의 빈산소 형성과는 달리 수온약층 아래의 저층에서 식물플랑크톤 대발생 후 유기물 분해에 의한 산소 소비증가와 저층 퇴적물의 산소 소모율 증가에 영향을 받는 것으로 판단되었다.
- 증가의 원인인 것으로 나타났다. 저층 퇴적물에서 산소투과 깊이는 빈산소 수괴가 형성된 시기의 평균 0.48 mm보다 빈산소가 소멸된 후에 평균 L03 mm로 더 깊게 나타났다. 5월에 정점 31 주변에서 조사된 산소 투과 깊이는 1.
- 4A). 저층에서 암모니아 농도는 조사 시기에 따라 유의한 차이(p<0.01)를 보였으며, 인산염의 농도는 8월 9일과 8월 30일에 최대값을 보였다(Fig. 4B). 규산염 농도는 8월 22일까지 증가한 후 급격히 감소하였다 (Fig.
- 01)에 따라 유의한 차이를 보였다. 저층의 영양염 농도는 표층보다 유의하게 높게 나타났다(p<0.01)표층에서 인산염 (p<0.01)과 암모니아(p=0.021) 농도는 조사 시기에 따라 유의한 차이를 보였으며, 규산염 농도는 8월 22일까지 증가하다가 급격히 감소하였다(Fig. 4A). 저층에서 암모니아 농도는 조사 시기에 따라 유의한 차이(p<0.
- 3과 같다. 조사기간 동안 가막만 표층수의 용존 산소는 조사 정점에 따라 차이를 보였으나, 7.54(6월말) -9.21 mg/L(7월초)의 범위로 높은 포화도를 보였다. 6월 중순의 저층수에서 용존 산소 농도는 4.
- 조사기간 동안 가막만의 북서부 내만은 강한 수온약층이 형성되었으며, 저온의 정체성 저층수는 빈산소 수괴의 특성을 보였다. 하계 성층화된 내만의 정체성 저층수괴는 호흡과 분해량이 증가하는 생물학적 요인과 성층에 따른 DO의 연직확산 플럭스가 감소하는 물리적 요인들에 의해 빈산소 수괴가 형성되는 것界 알려져 있다(최 등[1994]; Kimura and Izumi[1994]; 윤[1998]).
- 2). 조사기간 동안 수온의 수평분포를 보면 만 입구는 외해수의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 내만의 경우 표층수는 만 입구의 외해수와 여수항으로부터 유입되는 해수의 영향을 받지만, 저층수는 낮은 수온의 정체성 해수가 존재하는 것으로 나타났다.
- 7x1 俱 cells mF로 낮게 나타났다. 조사기간 동안 표층 수괴의 영양염농도는 6 월부터 감소하여 7월초에 가장 낮았으며 (Fig. 4), 7월의 중순에는 수괴의 성층화가 강하게 나타났다(Fig. 2). 이러한 결과에서 7월의 식물플랑크톤 현존량 감소는 수온 증가에 따른 수괴의 성층화와 지속적인 식물플랑크톤 대발생에 의한 표층 수괴의 영양염 부족에 따른 것으로 나타났다.
- 4B). 조사기간 동안 표층의 영양염 중 규산염 농도는 암모니아 농도와 유의한 상관관계(r=0.809, p<0.001X 보였으나, 인산염과는 유의한 상관관계를 보이지 않았다. 저층의 경우 규산염 농도는 인산염(r=0.
- 투명도와 광소멸계수(K』)는 조사 시기와 수심에 따라 유의한 차이를 보였으며 (p<0.01), 투명도와 U의 평균값은 각각 4.0±0.15와 0.47±0.02로 나타났다. Ki에 의한 입사광의 10 % 투과 깊이는 2.
- 3). 하계 가막만의 빈산소 수괴는 진해만의 빈산소 형성과는 달리 수온약층 아래의 저층에서 식물플랑크톤 대발생 후 유기물 분해에 의한 산소 소비증가와 저층 퇴적물의 산소 소모율 증가에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 가막만의 빈산소 수괴는 저층바닥에서 50 cm내외의 얇은 수층에 서만 형성되었으며, 수온약층에서부터 빈산소 수괴의 상부까지 DO와 엽록소 a가 높게 나타나는 특징을 보였다.
- 것이 가장 큰 요인으로 나타났다. 하계 저층의 빈산소 수괴는 수온약층 아래의 풍부한 영양염과 광합성에 필요한 충분한 일사량의 유입에 의해 식물플랑크톤이 대발생하고, 저층으로 침강하면서 수괴의 유기물 분해와 퇴적물 산소 요구량이 증가하여 DO가 감소하는 것으로 나타났다. 표층에서 식물플랑크톤의 현존량은 6 월에 4.
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