과거 수 년 간에 걸친 해양환경변화와 중금속 농도에 의한 오염정도를 알아보기 위해 열대 및 아열대 해역에서 흔히 볼 수 있는 경골산호(Porites lutea)를 조사하였다. 연X선 사진 분석 결과 분석된 산호시료는 길이 71mm 에 뚜렷한 성장륜을 가지고 있어 과거 수 년에 걸친 해양환경 변화를 잘 지시하고 있다. 골격 중에 포함된 주요원소 및 미량원소 분석결과 각 원소의 최고값, 최저값 사이의 편차가 큰 것으로 나타났다. 원소들 간의 관계를 살펴본 결과 일부원소는 화학적 분배계수에 의해 aragonite 격자에 기계적으로 치환되어 축적된 것으로 판단되며 일부원소는 이차적인 환경요인에 의해 축적된 것으로 판단된다. Sr/Ca, Mg/Ca에 근거한 환경변화는 수년전에 큰 변화가 있었던 것으로 판단되며 Mg/Ca의 경우 특정기간에 큰 폭으로 증가하는 경향을 보인다. 일부 중금속의 농도는 크게 수 십배의 농도 변화를 보이고 있으며 특히 Cu, Zn의 경우는 성장하는 동안 Mg/Ca와 같은 거동을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 요인은 아마도 지역적 오염과 해양환경변화와 관련이 있는 것으로 해석된다. 추후 전처리 과정 등을 포함한 추가적인 연구를 필요로 한다.
과거 수 년 간에 걸친 해양환경변화와 중금속 농도에 의한 오염정도를 알아보기 위해 열대 및 아열대 해역에서 흔히 볼 수 있는 경골산호(Porites lutea)를 조사하였다. 연X선 사진 분석 결과 분석된 산호시료는 길이 71mm 에 뚜렷한 성장륜을 가지고 있어 과거 수 년에 걸친 해양환경 변화를 잘 지시하고 있다. 골격 중에 포함된 주요원소 및 미량원소 분석결과 각 원소의 최고값, 최저값 사이의 편차가 큰 것으로 나타났다. 원소들 간의 관계를 살펴본 결과 일부원소는 화학적 분배계수에 의해 aragonite 격자에 기계적으로 치환되어 축적된 것으로 판단되며 일부원소는 이차적인 환경요인에 의해 축적된 것으로 판단된다. Sr/Ca, Mg/Ca에 근거한 환경변화는 수년전에 큰 변화가 있었던 것으로 판단되며 Mg/Ca의 경우 특정기간에 큰 폭으로 증가하는 경향을 보인다. 일부 중금속의 농도는 크게 수 십배의 농도 변화를 보이고 있으며 특히 Cu, Zn의 경우는 성장하는 동안 Mg/Ca와 같은 거동을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 요인은 아마도 지역적 오염과 해양환경변화와 관련이 있는 것으로 해석된다. 추후 전처리 과정 등을 포함한 추가적인 연구를 필요로 한다.
We investigated metal concentrations and oceanic environment changes that have occurred over the past several years by studying the hard coral Porites lutea, which inhabits tropical and subtropical areas. Soft X-radiographs clearly showed distinctive annual bands within 71 mm coral sample, which ref...
We investigated metal concentrations and oceanic environment changes that have occurred over the past several years by studying the hard coral Porites lutea, which inhabits tropical and subtropical areas. Soft X-radiographs clearly showed distinctive annual bands within 71 mm coral sample, which reflect changes in the oceanic environment over this period. There were large fluctuations in the major and minor element concentrations. Considering the physicochemical partition coefficient, some elements accumulated in the aragonite matrix in a mechanical manner, while others were affected by environmental factors. The concentrations of some heavy metals varied over a wide range, implying local environmental effects. The variation of Sr/Ca and Mg/Ca in coral skeleton clearly showed large-scale fluctuation over the specific intervals, implying environmental changes during this period. The concentrations of heavy metals also show high fluctuations, and roughly accord with Mg/Ca variation. In addition, Cu and Zn seem to show cyclicity-like peaks, coincide with Mg/Ca variation over the specific intervals. Such variation might be related to local pollution and oceanographic changes. More detailed investigation is necessary, including the pretreatment of coral skeleton sediment.
We investigated metal concentrations and oceanic environment changes that have occurred over the past several years by studying the hard coral Porites lutea, which inhabits tropical and subtropical areas. Soft X-radiographs clearly showed distinctive annual bands within 71 mm coral sample, which reflect changes in the oceanic environment over this period. There were large fluctuations in the major and minor element concentrations. Considering the physicochemical partition coefficient, some elements accumulated in the aragonite matrix in a mechanical manner, while others were affected by environmental factors. The concentrations of some heavy metals varied over a wide range, implying local environmental effects. The variation of Sr/Ca and Mg/Ca in coral skeleton clearly showed large-scale fluctuation over the specific intervals, implying environmental changes during this period. The concentrations of heavy metals also show high fluctuations, and roughly accord with Mg/Ca variation. In addition, Cu and Zn seem to show cyclicity-like peaks, coincide with Mg/Ca variation over the specific intervals. Such variation might be related to local pollution and oceanographic changes. More detailed investigation is necessary, including the pretreatment of coral skeleton sediment.
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문제 정의
그러나 이 논문에서는 산호의 연대를 결정할 수 있는 산소동위원소 분석이 수행되지 않아 정확한 연대추정은 불가하다. 따라서 이 논문에서는 과거 약 수 년간에 해당하는 산호 깊이 72mm에 대해서 금속원소들간의 비에 근거하여 다른 지역에서 얻어진 자료와 비교해서 고찰한다.
이 연구에서는 이중 산호 속의 미량 금속원소의 농도를 측정하여 중금속 오염에 대해 고찰한다. 이미 언급한 바와 같이 이러한 성격의 연구는 비교적 많이 진행되었으므로(Scott and Davies, 1997; Shen and Boyle, 1987; Shen et al.
, 2004). 이러한 관점에서 본 연구에서는 마이크로네시아, 웨노섬에서 얻어진 경골산호(Porites lutes)를 이용하여 산호 골격 속의 주요원소 및 미량원소 농도를 살펴보고 동 지역에서 최근에 진행되고 있는 환경오염(중금속 오염)과 해양환경변화에 관한 예비연구를 소개하기로 한다.
제안 방법
남태평양 마이크로네시아 연방 웨노섬(Weno island) 부근 바다에서 채집한 경골산호(Porites lutea)를 이용하여 경골속의 각종 금속원소를 분석하고 고찰했다. 연X-ray사진 판독에 의하면 이 산호는 성장심도 72 mm에 걸쳐 뚜렷하게 연륜(annual band)를 가지고 있으며 이번 연구에서는 과거 약 수 년에 걸친 기록을 나타내고 있다.
미량 금속원소의 경우도 이들의 거동을 개략적으로 알아보기 위해 육성기원물질인 Al 및 탄산염 lattice인 Ca와의 관계를 도시하였다(Fig.5). 이들의 관계에서 보듯이 미량 금속원소 Cu, Zn 등은 Al과 강한 상관을 보이고 있으나 Ca와는 어떠한 상관관계도 보이지 않는다.
현장에서 채취된 산호는 실험실로 옮긴 후 다시 두께 0.3 cm 정도의 판(slab)을 제작하여 연X-ray 촬영을 실시했다. 이 과정은 연륜띠(annual band)를 구별하여 시간에 따른 성장속도를 결정하고 고분해 분석에 이용되는 미시료를 용이하게 채취하기 위함이다.
대상 데이터
연X-ray 촬영 후 총길이 약 25 cm에 해당하는 산호시료는 성장축이 뚜렷하게 나타나는 상부층(71 mm)에서 수행되었다. 고분해로 분석하기 위해 성장 축을 기준으로 성장륜(annual band)가 뚜렷하게 나타나는 성장축(growth axis)을 따라 미시료를 채취했으며 길이 71 mm에 대해 총 93개의 시료를 채취하여 그중에 48개의 시료를 한국기초과학지원연구원(KBSI)에서 ICP를 이용하여 분석하였다. 기초과학지원연구에 의뢰하여 분석한 초기의 시료는 아무런 처리도 거치지 않았기 때문에 추후 Fig.
산호는 연구지역의 축주 연안 수심 약3 m 지점(N 7° 27'13.4'', E 151° 54' 6.5'')에서 직접적으로 채취되었으며 육상기지로 옮긴 후 약 5cm 두께의 slab을 만든 후 실험실로 운반되었다.
연X-ray 촬영 후 총길이 약 25 cm에 해당하는 산호시료는 성장축이 뚜렷하게 나타나는 상부층(71 mm)에서 수행되었다. 고분해로 분석하기 위해 성장 축을 기준으로 성장륜(annual band)가 뚜렷하게 나타나는 성장축(growth axis)을 따라 미시료를 채취했으며 길이 71 mm에 대해 총 93개의 시료를 채취하여 그중에 48개의 시료를 한국기초과학지원연구원(KBSI)에서 ICP를 이용하여 분석하였다.
이 연구에 사용된 경골산호(hard coral)는 2006년 6월 환초 내부 웨노섬 부근에서 표층퇴적물 채취와 병행하여 수행되었으며 유사연구에 흔히 사용되는Porites lutea 를 채취했다(Fig. 1). 산호는 연구지역의 축주 연안 수심 약3 m 지점(N 7° 27'13.
이 연구에서는 기술한 바와 같이 산호의 성장 축을 결정하는데 연X-ray 사진을 이용했다. 미시료를 취한 산호골격의 성장 깊이는 7.
이번 연구에서 분석된 주요원소는 Al, Ti, Fe, Mg, Ca이며 미량원소는 Sr, Mn, Ni, Zn, Cr, Co, Cd, Cu, Pb이다. 잘 알려진 바와 같이 산호골격(coral skeleton)은 aragonite이므로 Ca원소가 대량으로 함유(평균 38.
성능/효과
다만 7~18 mm 사이에세 번에 걸친 큰 폭의 변화가 나타나는 특징을 보인다. 기술한 바와같이 Mg의 거동은 대륙기원 원소와 높은 상관을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 Watanabe et al.
따라서 이들의 거동을 고찰한다면 미량 금속원소 또한 aluminosilicate 광물로서 aragonite lattice에 기계적으로 치환된 것으로 해석할 수 있다. 따라서 이 연구에서 나타난 미량 금속원소인 Cu, Zn 및 Al, Ti 등은 동일한 기원을 가지는 것으로 해석가능하다.
연X-ray사진 판독에 의하면 이 산호는 성장심도 72 mm에 걸쳐 뚜렷하게 연륜(annual band)를 가지고 있으며 이번 연구에서는 과거 약 수 년에 걸친 기록을 나타내고 있다. 산호골격 속에 주요 원소 및 미량원소를 분석한 결과 각각의원소들은 주변 해수의 환경을 반영하는 것으로 나타났으며 특히 미량금속의 농축은 aragonite 골격 중으로 이온교환을 통한 화학원소의 기계적 치환과정을 거쳐 골격을 형성한 것으로 판단된다.
이 실험 방법에 따른 예비실험 결과 Ca 및 Mg의 경우 몇 개의 시료에 대한 무작위 시료를 분석한 결과 각 단계별 농도 차이가 Mg인 경우는 5%이내, Ca인 경우는 10% 이내인 것으로 판단되었다(Fig. 4).
, 1990). 이 연구에서는 약 1.5~3 umol/mol로 나타나고 있어 약 1000배 이상 높게 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한 Pb/Ca의 경우 Linn et al.
후속연구
이들 금속원소는 또한 주기성이 관찰된바 추후 이 주기성에 대한 추가적인 연구가 필요하다. Ni, Pb 등은 일부구간에서 급격히 증가하는 경향을 보이고 있으나 이에 대해서는 추후 엄밀한 추가적인 분석이 필요한 것으로 판단된다.
이러한 이유는 산호 채취지점이 다를 뿐만 아니라 분석 방법의 차이에 의한 결과로 생각된다. 그러나 이번 연구에서 금속원소인 Ni, Pb 등은 일부 구간에서 급격히 증가하는 경향을 보이고 있는데 이렇게 증가하는 값은 기존의 값보다도 크게 나타나고 있으며 주위의 배경 농도 수준과 비교했을 때 3~6배 농도가 높게 나타나고 있어 분석 오차에 의한 것인지 추가적인 연구가 필요하다. 이러한 증가를 가져오는 원인으로는 오염 (contamination)에 의해 부차적으로 흡착(absorbtion), 또는 aragonite 격자에 authigenic 또는 organic coatings에 의해 금속원소가 부차적으로 농축될 가능성이 있다.
또한 실험과정에서 이차적으로 오염되었을 가능성도 배제하지는 못한다. 따라서 부차적 오염을 차단하기 위한 전처리 과정이 필수적으로 선행되어야 할 것이며 이에 대한 보다 세밀한 연구를 필요로 한다.
, 2004). 따라서 산호의 성장속도를 결정할 수 있다면 시간의 경과에 따른 각종 금속원소의 농도변화를 파악할 수 있으며 이들 금속원소의 치환이 주변환경과 밀접한 관계를 가짐으로 시간경과에 따른 주변 해양환경 변화를 유추할 수 있을 것이다.
현재 이 연구에서는 고수온 변화를 가장 잘 대변하는 산소동위원소 측정이 진행 중에 있다. 산소동위원소 측정이 이루어진다면 Sr/Ca, Mg/Ca와 결부시켜 과거 수년간에 걸친 수온변화를 복원할 수 있을 것으로 판단된다.
미량금속의 함량 변화 또한 Cu, Zn 등이 수년전에 큰 폭으로 증가하는 경향을 보이고 있어 잠정적으로 오염의 가능성을 배제하지는 못한다. 이들 금속원소는 또한 주기성이 관찰된바 추후 이 주기성에 대한 추가적인 연구가 필요하다. Ni, Pb 등은 일부구간에서 급격히 증가하는 경향을 보이고 있으나 이에 대해서는 추후 엄밀한 추가적인 분석이 필요한 것으로 판단된다.
이러한 증가를 가져오는 원인으로는 오염 (contamination)에 의해 부차적으로 흡착(absorbtion), 또는 aragonite 격자에 authigenic 또는 organic coatings에 의해 금속원소가 부차적으로 농축될 가능성이 있다. 이러한 연구결과는 연구 지역의 해양학적 events 등을 면밀히 고려하여 추후 계속적인 연구검토를 필요로 한다.
그림에서는 Zn, Cu, Cd가 큰 폭으로 변동하고 있는 것으로 나타났으며 성장심도 18~32 mm사이에서는 Cu, Zn이 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 증가의 원인에 관한 해석은 현재로서 어려운 문제이나 이러한 증가가 범 지구규모의 것인지 지역적인 오염의 영향을 반영하는 것인지에 대해서는 추후 자세한 연구를 필요로 한다. 다만 이들 두 중금속 원소의 거동은 Mg/Ca의 거동과 유사하며 대륙 기원 원소인 Al, Ti와 높은 상관관계를 보이고 있음으로
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산호를 이용한 연구분야에는 무엇이 있는가?
특히 최근에는 전세계적으로 지구환경변화에 대한 관심이 고조되면서 지구환경변화를 이해하고 예측하기 위해 산호를 이용한 연구가 주목받고 있다. 산호를 이용한 연구분야는 해양의 고수온(paleotemperature)을 복원하거나 고염분(paleosalinity),고강수량(paleoprecipitation)기록을 복원하는 기후변화에 관한 연구(e.g., Gagan et al., 2000; Greer et al., 2006; Goodkin et al., 2007), 그리고 연안역의 중금속 오염(metal pollution)과 용승(upwelling)과 같은 해양환경 변화에 관한 연구도 진행되고 있다(e.g.
산호는 어떻게 구분되는가?
산호는 주로 연골산호(soft coral)와 경골산호 (hard coral)로 구분될 수 있으며 경골산호는 성장시에 해수중의 여러 성분을 이용하게 됨으로 다양한 지화학적 정보를 골격(coral skeleton) 속에 포함하게 된다. 따라서 산호는 넓은 지역에 분포하고 있으며 뚜렷한 성장띠(annual band)를 가지고 있어 정확한 연대측정이 가능하다는 점에서 고분해(high resolution) 분석을 통해 지구의 기후변화 및 해양환경변화에 대한 계절(seasonal)변화, 연변화(annual variation)를 복원 할 수 있다.
산호가 지구환경변화와 결부되어 생물학적 지질학적으로 중요한 연구대상으로 여겨지는 이유는?
산호(초)(coral reefs)는 열대와 중위도 지역의 천해에 광범위하게 분포하고 있으며 풍부한 생물다양성을 가진다. 이러한 이유로 인해 산호(초)는 지구환경변화와 결부되어 생물학적 지질학적으로 중요한 연구대상으로 여겨지고 있다.
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