이 연구는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 화학성분, 안정동위원소, 삼중수소 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천유형별 온천수의 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 동해안 일대의 6개 온천지에서 11개의 온천수 시료와 14개의 가스시료를 채취하여 분석하였다. 온천수의 수리화학적 특성을 보면 오색탄산온천수를 제외한 모든 온천수의 pH는 $7.0{\sim}9.1$ 범위의 약알카리성 내지 알카리성을 보이며 오색탄산온천의 pH는 5.7의 약산성의 특성을 보였다. 온천수의 토출온도는 $25.7{\sim}68.3^{\circ}C$ 범위를 보였으며 전기전도도는 $202{\sim}7,130{\mu}S/cm$의 넓은 범위로 해운대와 동래온천은 평균 $3,890{\mu}S/cm$으로 높은 값을 보인다. 온천을 용존성분에 따른 분류하면 오색, 척산, 백암, 덕구온천은 소량의 유황가스 함유한 알카리성의 Na-$HCO_3$형으로 분류되고, 해운대와 동래온천은 높은 TDS(총용존고형물질)의 해수형 Na-Cl형을 보인다. 그리고 오색탄산온천은 약산성으로 탄산을 함유한 Na-$HCO_3$형으로 분류된다. 연구지역 온천수의 ${\delta}^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-7.8{\sim}-11.7%o$과 $-57.3{\sim}86.4%o$의 범위를 보여 온천수가 순환수 기원임을 지시한다. 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도효과가 잘 나타난다. 일부 해수형온천수의 삼중수소 함량은 거의 0 TU에 가까운 값을 보여 최소 약 50년 이상 체류한 물임을 알 수 있다. 오색탄산온천수를 제외한 온천수의 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.1{\times}10^{-6}{\sim}1.1{\times}10^{-6}$ 범위를 보여, 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다. 이는 온천수내 He 가스가 대부분 대기와 지각기원이며, 일부는 맨틀기원의 He 가스가 부분적으로 존재한다는 것을 의미한다. 판 경계부에 위치한 일본의 온천수내 He가스는 대부분이 맨틀기원으로 알려져 있어 판 경계부에서 떨어진 우리나라의 경우와 뚜렷한 차이를 보인다. 그러나, 오색탄산온천에서는 대기기원 He 동위원소비보다 2.4배 높은 값인 $3.3{\times}10^{-6}$을 보여주어 지하 심부의 맨틀기원의 가스가 지각상부 대수층까지 공급된 것으로 해석된다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.
이 연구는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 화학성분, 안정동위원소, 삼중수소 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천유형별 온천수의 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 동해안 일대의 6개 온천지에서 11개의 온천수 시료와 14개의 가스시료를 채취하여 분석하였다. 온천수의 수리화학적 특성을 보면 오색탄산온천수를 제외한 모든 온천수의 pH는 $7.0{\sim}9.1$ 범위의 약알카리성 내지 알카리성을 보이며 오색탄산온천의 pH는 5.7의 약산성의 특성을 보였다. 온천수의 토출온도는 $25.7{\sim}68.3^{\circ}C$ 범위를 보였으며 전기전도도는 $202{\sim}7,130{\mu}S/cm$의 넓은 범위로 해운대와 동래온천은 평균 $3,890{\mu}S/cm$으로 높은 값을 보인다. 온천을 용존성분에 따른 분류하면 오색, 척산, 백암, 덕구온천은 소량의 유황가스 함유한 알카리성의 Na-$HCO_3$형으로 분류되고, 해운대와 동래온천은 높은 TDS(총용존고형물질)의 해수형 Na-Cl형을 보인다. 그리고 오색탄산온천은 약산성으로 탄산을 함유한 Na-$HCO_3$형으로 분류된다. 연구지역 온천수의 ${\delta}^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-7.8{\sim}-11.7%o$과 $-57.3{\sim}86.4%o$의 범위를 보여 온천수가 순환수 기원임을 지시한다. 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도효과가 잘 나타난다. 일부 해수형온천수의 삼중수소 함량은 거의 0 TU에 가까운 값을 보여 최소 약 50년 이상 체류한 물임을 알 수 있다. 오색탄산온천수를 제외한 온천수의 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.1{\times}10^{-6}{\sim}1.1{\times}10^{-6}$ 범위를 보여, 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다. 이는 온천수내 He 가스가 대부분 대기와 지각기원이며, 일부는 맨틀기원의 He 가스가 부분적으로 존재한다는 것을 의미한다. 판 경계부에 위치한 일본의 온천수내 He가스는 대부분이 맨틀기원으로 알려져 있어 판 경계부에서 떨어진 우리나라의 경우와 뚜렷한 차이를 보인다. 그러나, 오색탄산온천에서는 대기기원 He 동위원소비보다 2.4배 높은 값인 $3.3{\times}10^{-6}$을 보여주어 지하 심부의 맨틀기원의 가스가 지각상부 대수층까지 공급된 것으로 해석된다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.
The purpose of this study is to characterize the hydrogeochemical characteristics of hot spring waters and to interpret the source of noble gases and the geochemical environment of the hot spring waters distributed along the eastern area of the Korean peninsula. For this purpose, We carried out the ...
The purpose of this study is to characterize the hydrogeochemical characteristics of hot spring waters and to interpret the source of noble gases and the geochemical environment of the hot spring waters distributed along the eastern area of the Korean peninsula. For this purpose, We carried out the chemical, stable isotopic and noble gas isotopic analyses for eleven hot spring water and fourteen hot spring gas samples collected from six hot spring sites. The hot spring waters except the Osaek hot spring water show the pH range of 7.0 to 9.1. However, the Osaek $CO_2$-rich hot spring water shows a weak acid of pH 5.7. The temperature of hot spring waters in the study area ranges from $25.7^{\circ}C$ to $68.3^{\circ}C$. Electrical conductivity of hot spring waters varies widely from 202 to $7,130{\mu}S/cm$. High electrical conductivity (av., $3,890{\mu}S/sm$) by high Na and Cl contents of the Haeundae and the Dongrae hot spring waters indicates that the hot spring waters were mixed with seawater in the subsurface thermal system. The type of hot springs in the viewpoint of dissolved components can be grouped into three types: (1) alkaline Na-$HCO_3$ type including sulfur gas of the Osaek, Baekam, Dukgu and Chuksan hot springs, and (2) saline Na-Cl type of the Haeundae and Dongrae hot springs, and (3) weak acid $CO_2$-rich Na-$HCO_3$ type of Osaek hot spring. Tritium ratios of the Haeundae and the Dongrae hot springs indicate different residence time in their aquifers of older water of $0.0{\sim}0.3$ TU and younger water of $5.9{\sim}8.8$ TU. The ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ values of hot spring waters indicate that they originate from the meteoric water, and that the values also reflect a latitude effect according to their locations. $^3He/^4He$ ratios of the hot spring waters except Osaek $CO_2$-rich hot spring water range from $0.1{\times}10^{-6}$ to $1.1{\times}10^{-6}$ which are plotted above the mixing line between air and crustal components. It means that the He gas in hot spring waters was originated mainly from atmosphere and crust sources, and partly from mantle sources. The Osaek $CO_2$-rich hot spring water shows $3.3{\times}10^{-6}$ in $^3He/^4He$ ratio that is 2.4 times higher than those of atmosphere. It provides clearly a helium source from the deep mantle. $^{40}Ar/^{36}Ar$ ratios of hot spring water are in the range of an atmosphere source.
The purpose of this study is to characterize the hydrogeochemical characteristics of hot spring waters and to interpret the source of noble gases and the geochemical environment of the hot spring waters distributed along the eastern area of the Korean peninsula. For this purpose, We carried out the chemical, stable isotopic and noble gas isotopic analyses for eleven hot spring water and fourteen hot spring gas samples collected from six hot spring sites. The hot spring waters except the Osaek hot spring water show the pH range of 7.0 to 9.1. However, the Osaek $CO_2$-rich hot spring water shows a weak acid of pH 5.7. The temperature of hot spring waters in the study area ranges from $25.7^{\circ}C$ to $68.3^{\circ}C$. Electrical conductivity of hot spring waters varies widely from 202 to $7,130{\mu}S/cm$. High electrical conductivity (av., $3,890{\mu}S/sm$) by high Na and Cl contents of the Haeundae and the Dongrae hot spring waters indicates that the hot spring waters were mixed with seawater in the subsurface thermal system. The type of hot springs in the viewpoint of dissolved components can be grouped into three types: (1) alkaline Na-$HCO_3$ type including sulfur gas of the Osaek, Baekam, Dukgu and Chuksan hot springs, and (2) saline Na-Cl type of the Haeundae and Dongrae hot springs, and (3) weak acid $CO_2$-rich Na-$HCO_3$ type of Osaek hot spring. Tritium ratios of the Haeundae and the Dongrae hot springs indicate different residence time in their aquifers of older water of $0.0{\sim}0.3$ TU and younger water of $5.9{\sim}8.8$ TU. The ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ values of hot spring waters indicate that they originate from the meteoric water, and that the values also reflect a latitude effect according to their locations. $^3He/^4He$ ratios of the hot spring waters except Osaek $CO_2$-rich hot spring water range from $0.1{\times}10^{-6}$ to $1.1{\times}10^{-6}$ which are plotted above the mixing line between air and crustal components. It means that the He gas in hot spring waters was originated mainly from atmosphere and crust sources, and partly from mantle sources. The Osaek $CO_2$-rich hot spring water shows $3.3{\times}10^{-6}$ in $^3He/^4He$ ratio that is 2.4 times higher than those of atmosphere. It provides clearly a helium source from the deep mantle. $^{40}Ar/^{36}Ar$ ratios of hot spring water are in the range of an atmosphere source.
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문제 정의
특히 이번 연구에서는 그 동안 국내에서 소개되지 않았던 온천수내 헬륨가스와 같은 영족 기체 동위원소 분석을 통하여 그들의 기원을 정량적으로 해석하고 이를 바탕으로 온천유형별 기원 및 진화특성에 대한 정보를 얻고자 하였다. 그리고 해양지각이 섭입되는 해구로부터 비교적 멀리 떨어진 한반도에서의 휘발성 원소의 기원과 판 경계부에 위치한 일본의 영족기체 기원을 비교하고자 하였다.
두 번째 목표로 온천수에 용존하는 영족기체의 동위원소 조성을 조사하여 온천수의 진화특성과 열원에 대한 정보를 얻는데 있다. 헬륨가스의 기원지로 대기, 지각, 맨틀 3곳의 단성분의 동위원소 조성을 가정한 모델계산을 통하여 이번 연구에서 채취된 온천수내 헬륨 동위원소 값을 Table 3에서 정리되었다.
이 연구에서는 우리나라 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천의 유형별 수리화학적 특성, 안정동위원소 특성, 그리고 영족기체의 기원을 밝히고자 하였다. 연구대상 온천으로는 강원도 오색탄산온천과 오색알카리온천, 척산온천, 경북 울진지역의 덕구온천, 백암온천, 그리고 부산지역의 해수혼합형 특성을 보여주는 동래온천과 해운대온천을 선정하였다(Fig.
1). 특히 이번 연구에서는 그 동안 국내에서 소개되지 않았던 온천수내 헬륨가스와 같은 영족 기체 동위원소 분석을 통하여 그들의 기원을 정량적으로 해석하고 이를 바탕으로 온천유형별 기원 및 진화특성에 대한 정보를 얻고자 하였다. 그리고 해양지각이 섭입되는 해구로부터 비교적 멀리 떨어진 한반도에서의 휘발성 원소의 기원과 판 경계부에 위치한 일본의 영족기체 기원을 비교하고자 하였다.
헬륨가스 동위원소 연구의 목표 중 하나는 판이 깊어짐에 있어서 영족기체의 동위원소 분포를 조사하여, 맨틀과 지각으로부터의 휘발성 원소의 용출이 판의 깊이와 어떤 관련이 있는가를 알아보는데 있다. 한반도 지각 판의 깊이 존재 여부가 잘 알려져 있지 않지만 태평양 판이 심부까지 도달되어 있을 가능성이 있다.
제안 방법
토플러펌퍼를 이용하여 온천수로부터 추출한 영족기체는 두 개의 Ti-Zr 포집자를 이용하여 정화시켰다. 그리고 He, Ne 그리고 Ar-Kr-Xe 3개 가스군으로 분리한 후 질량분석기(VG5400 MS-III 모델)로 분석하였다.
삼중수소 농축은 전기분해를 통해 시료 600 g을 최종적으로 20 g으로 농축하였다. 농축된 시료 10 g을 취하여 Cocktail 용액(Ultra Gold LLT, Packard사) 10 mL와 혼합하여 액체섬광계측기(Parkard 2250과 Packard 2770TR/SL)로 계측하였다(Calf, 1976). 삼중수소 단위는 TU(Tritium Unit)로 표시하고, 1 TU는 수소원자 1018개당 1개의 삼중수소를 의미한다.
모든 시료는 채취 즉시, 0.45 µS/cm 질산염막필터를 이용하여 부유물질 등 이물질을 제거하였다.
온천수 시료에 대한 주요 양이온(Na, K, Ca, Mg, Si)은 한국기초과학지원연구원의 원자흡광분광분석기(Unicam 모델 989, AAS), 유도결합쌍 프라즈마방출 분광분석기(Shimadzu ICPS-1000 모델)을 이용하여 분석되었다. 미량원소(Fe, Mn, Sr, Zn, Li, Ba, Al, Cr, Cu, Ge, As, Pb, U)는 한국해양연구원 부설 극지연구소의 유도결합쌍 프라즈마 질량분석기(Fison PQ III 모델, ICP-mass)로 분석하였다. 주요 음이온인 SO4, Cl, NO3, F 등은 대전대학교의 이온크로마토그래피(Dionex DX-120 모델)로 분석하였다.
43년의 반감기를 가지는 방사성동위원소로 지하수의 연대측정에 많이 이용되고 있다(고용권 등, 1999b). 본 연구에서는 해수형 온천인 해운대 온천과 동래온천 시료에 대해서만 삼중수소를 분석하였다. 분석결과는 Table 2에 정리하였다.
영족기체 분석용 시료는 동경대학교 지각화학연구실에서 특수 제작된 진공용기를 이용하였다. 온천공 토출관과 진공용기를 고무튜브로 직접 연결하여 온천수가 대기에 접촉하지 않도록 하여 가스시료를 채취하였다.
온천수의 수질화학적 특성은 온천유형별로 구분하여 탄산온천(시료번호 OS1), 알카리성 온천(시료번호 OS2, CS1, DU1, BA1, BA3), 해수형 온천(시료번호 HD1~HD3, DR1, DR2)으로 설명하였다.
온천수의 용존산소량은 Orion 830 모델의 휴대용 측정기로 측정하였다. 온천수의 알칼리도는 0.05N 혹은 0.5N HCl을 이용하여 현장에서 산중화적정법으로 구하였다.
온천수중 해운대온천과 동래온천에서 채취된 시료에 대해서만 삼중수소 분석이 이루어졌다. 삼중수소는 자연수 내에 극미량이 포함되어 있어, 농축과정을 거쳐야만 분석이 가능하다.
이 시스템은 극저준위의 영족기체 배경치를 가진 환경하에서 영족기체를 측정할 수 있는 장치이다. 토플러펌퍼를 이용하여 온천수로부터 추출한 영족기체는 두 개의 Ti-Zr 포집자를 이용하여 정화시켰다. 그리고 He, Ne 그리고 Ar-Kr-Xe 3개 가스군으로 분리한 후 질량분석기(VG5400 MS-III 모델)로 분석하였다.
물 시료에 대한 pH, Eh, 전기전도도, 용존산소함량, 양이온과 음이온 성분, 그리고 미량원소 등과 같은 수리화학적 특성에 대한 분석결과는 Table 1에 정리되어 있다. 화학분석자료의 정확성을 검토하기 위해서 분석된 총양이온과 총 음이온 함량을 당량으로 환산하여 전하균형을 계산하였다.
대상 데이터
2 dpm)에 해당된다. 삼중수소의 분석은 한국원자력연구원에서 수행되었다.
이 연구에서는 우리나라 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천의 유형별 수리화학적 특성, 안정동위원소 특성, 그리고 영족기체의 기원을 밝히고자 하였다. 연구대상 온천으로는 강원도 오색탄산온천과 오색알카리온천, 척산온천, 경북 울진지역의 덕구온천, 백암온천, 그리고 부산지역의 해수혼합형 특성을 보여주는 동래온천과 해운대온천을 선정하였다(Fig. 1). 특히 이번 연구에서는 그 동안 국내에서 소개되지 않았던 온천수내 헬륨가스와 같은 영족 기체 동위원소 분석을 통하여 그들의 기원을 정량적으로 해석하고 이를 바탕으로 온천유형별 기원 및 진화특성에 대한 정보를 얻고자 하였다.
영족기체 분석용 시료는 동경대학교 지각화학연구실에서 특수 제작된 진공용기를 이용하였다. 온천공 토출관과 진공용기를 고무튜브로 직접 연결하여 온천수가 대기에 접촉하지 않도록 하여 가스시료를 채취하였다.
채취된 온천수 시료는 오색탄산온천(OS1) 오색알카리온천(OS2), 척산온천(CS1), 덕구온천(DU1), 백암온천(BA1, BA3), 해운대온천(HD1, HD2, HD3) 그리고 동래온천(DR1, DR2) 등이다. 영족기체 분석을 위한 시료채취는 상기 온천수 시료 외에 덕구온천에서 1개(DU2), 백암온천에서 2개(BA2, BA4)의 시료를 추가로 채취하였다.
온천수 시료는 심도 100~400 m 범위의 온천공에서 직접 채취되었다. 시료채취 현장에서 온천수의 pH와 산화환원전위(Eh)는 휴대용측정기 (Orion 290A 모델)로 측정하였으며, 온도 및 전기전도도는 Orion 130A 모델의 휴대용 전기전도도측정기로 측정하였다.
온천수내 함유된 영족기체(He, Ar, Ne) 동위원소 분석은 동경대학교 지각화학연구실에서 진행되었다. 채취된 물-가스 혼합시료에서 가스의 추출은 동경대학에서 직접 제작한 금속으로 제작된 토플러펌프(Toepler Pump) 시스템을 이용하였다.
이 연구를 위하여 2004년 7월 동해안 일대에 분포하는 6개 온천지역에서 11개의 온천수 시료와 14개의 영족기체 분석용 시료를 채취하였다. 채취된 온천수 시료는 오색탄산온천(OS1) 오색알카리온천(OS2), 척산온천(CS1), 덕구온천(DU1), 백암온천(BA1, BA3), 해운대온천(HD1, HD2, HD3) 그리고 동래온천(DR1, DR2) 등이다.
미량원소(Fe, Mn, Sr, Zn, Li, Ba, Al, Cr, Cu, Ge, As, Pb, U)는 한국해양연구원 부설 극지연구소의 유도결합쌍 프라즈마 질량분석기(Fison PQ III 모델, ICP-mass)로 분석하였다. 주요 음이온인 SO4, Cl, NO3, F 등은 대전대학교의 이온크로마토그래피(Dionex DX-120 모델)로 분석하였다. 분석의 신뢰도는 양이온과 음이온 사이에 전하균형을 계산하여 확인하였다.
온천수내 함유된 영족기체(He, Ar, Ne) 동위원소 분석은 동경대학교 지각화학연구실에서 진행되었다. 채취된 물-가스 혼합시료에서 가스의 추출은 동경대학에서 직접 제작한 금속으로 제작된 토플러펌프(Toepler Pump) 시스템을 이용하였다. 이 시스템은 극저준위의 영족기체 배경치를 가진 환경하에서 영족기체를 측정할 수 있는 장치이다.
이 연구를 위하여 2004년 7월 동해안 일대에 분포하는 6개 온천지역에서 11개의 온천수 시료와 14개의 영족기체 분석용 시료를 채취하였다. 채취된 온천수 시료는 오색탄산온천(OS1) 오색알카리온천(OS2), 척산온천(CS1), 덕구온천(DU1), 백암온천(BA1, BA3), 해운대온천(HD1, HD2, HD3) 그리고 동래온천(DR1, DR2) 등이다. 영족기체 분석을 위한 시료채취는 상기 온천수 시료 외에 덕구온천에서 1개(DU2), 백암온천에서 2개(BA2, BA4)의 시료를 추가로 채취하였다.
데이터처리
주요 음이온인 SO4, Cl, NO3, F 등은 대전대학교의 이온크로마토그래피(Dionex DX-120 모델)로 분석하였다. 분석의 신뢰도는 양이온과 음이온 사이에 전하균형을 계산하여 확인하였다.
이론/모형
온천수 시료는 심도 100~400 m 범위의 온천공에서 직접 채취되었다. 시료채취 현장에서 온천수의 pH와 산화환원전위(Eh)는 휴대용측정기 (Orion 290A 모델)로 측정하였으며, 온도 및 전기전도도는 Orion 130A 모델의 휴대용 전기전도도측정기로 측정하였다. 온천수의 용존산소량은 Orion 830 모델의 휴대용 측정기로 측정하였다.
온천수 시료에 대한 주요 양이온(Na, K, Ca, Mg, Si)은 한국기초과학지원연구원의 원자흡광분광분석기(Unicam 모델 989, AAS), 유도결합쌍 프라즈마방출 분광분석기(Shimadzu ICPS-1000 모델)을 이용하여 분석되었다. 미량원소(Fe, Mn, Sr, Zn, Li, Ba, Al, Cr, Cu, Ge, As, Pb, U)는 한국해양연구원 부설 극지연구소의 유도결합쌍 프라즈마 질량분석기(Fison PQ III 모델, ICP-mass)로 분석하였다.
온천수 시료의 산소 및 수소 안정동위원소비 분석은 한국원자력연구원의 동위원소질량분석기(VG SIRA II 모델)를 이용하였고, 산소 및 수소동원소비 분석결과는 표준평균해수(SMOW)에 표준화한 천분율(‰)로 표현하였다.
시료채취 현장에서 온천수의 pH와 산화환원전위(Eh)는 휴대용측정기 (Orion 290A 모델)로 측정하였으며, 온도 및 전기전도도는 Orion 130A 모델의 휴대용 전기전도도측정기로 측정하였다. 온천수의 용존산소량은 Orion 830 모델의 휴대용 측정기로 측정하였다. 온천수의 알칼리도는 0.
성능/효과
(1) 한반도 동해안 지역에 분포하는 온천의 온천수는 pH 7.0~9.1 범위의 약알카리성 내지 알카리성이며 오색탄산온천수는 pH 5.71의 약산성의 특성을 보인다. 온천수의 온도는 22.
(2) 온천수의 δ18O 값과 dD값은 각각 −7.8 ~ −11.7‰과 −57.3 ~ −86.4‰의 범위로 순환수선에도시되고 있다. 또한 위도가 높아질수록 낮은 동위원소 조성 값을 보이는 위도 효과가 현저하게 나타나고 있다.
(3) 해운대와 동래온천수의 삼중수소 값은 0.0~0.3 TU와 5.9~8.8 TU의 두 그룹이 확인되어 이 지역 온천수의 대재시간이 다른 두시기의 물이 존재함이 확인되었다.
(4) 온천가스의 영족기체 동위원소비 분석 결과 오색탄산온천을 제외한 온천에서 3He/4He 동위원소비는 0.1 × 10−6~1.1 × 10−6 범위를 보인다. 대부분 온천수의 3He/4He 동위원소비는 대기의 1.
분석결과는 Table 2에 정리하였다. 분석결과를 보면 HD1, HD2, DR1 온천수의 삼중수소 함량은 0.00~0.33 TU 범위로 고용권 등(1999b)에 의해 제시된 우리나라 연도별 강수 중 삼중수소 농도의 변화를 고려하면 지하로 함양된 후 최소 약 50년 이상 체류시간을 갖는 것으로 해석된다. 반면 HD3와 DR2의 온천수의 삼중수소 함량은 각각 5.
3 mg/L의 범위를 보여 인위적 오염에 의한 영향은 거의 없는 것으로 판단된다. 연구지역의 온천공은 위락시설지역에서 수년에서 수십 년간 개발 이용되어 왔지만 주변의 인위적인 오염원으로부터 대수층이 잘 격리되어 있음을 지시한다.
1~793 mg/L의 범위를 보인다. 오색탄산온천수의 HCO3 함량은 793 mg/L로 가장 높은 값을 보이며, 알카리 온천수와 해수형 온천수에서의 HCO3 함량은 각각 평균 94.4 mg/L, 76.3 mg/L로 오색탄산온천수에 비하여 낮은 값을 보인다.
온천수의 pH는 온천별로 차이를 보이는데 오색탄산온천수(OS1)는 pH 5.7로 약산성을 보이고, 오색온천수(OS2)는 pH 7.7, 척산온천수는 pH 8.0, 덕구온천수는 pH 9.0, 백암온천수는 pH 9.0~9.1, 해운대와 동래온천수는 pH 7.0~8.0의 범위를 각각 보인다. 온천수의 산화-환원전위(Eh)는 −24~128 mV의 범위를 보인다.
탄산가스 농도가 높은 오색탄산온천에서 검출된 고농도의 맨틀기원 헬륨은 지금까지 탄소동위원소에 의해서만 제시된 탄산수 내 이산화탄소의 기원이 맨틀과 같은 심부에서 기원하였음을 뒷받침 할 수 있는 중요한 자료이다. 이와 같이 온천수 내 영족기체의 동위원소비 분석을 통하여 맨틀기원의 헬륨가스가 온천수에 용해되어 있다는 사실은 국내에서 확인되었다. 비록 대부분의 시료에서 3He/4He 비가 대기기 원보다 낮은 값을 보이지만 이들은 대기-지각 혼합선보다 상위에 분포한다.
후속연구
호남지역 온천수는 대부분 30°C 미만의 저온형 온천으로 동해안 온천보다 수온이 낮으며 헬륨 및 네온가스의 기원에서 차이를 보이는바 온천열원과 헬륨가스 기원과의 상관관계는 보다 많은 온천수 자료가 완성되면 시도해볼 만한 가치가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 온천수에 대한 연구는 어떻게 요약 가능한가?
지금까지 국내 온천수에 대한 연구는 주로 지구화학적 특성규명, 동위원소를 이용한 환경해석, 물-암석 반응에 의한 온천수의 진화과정, 열원의 온도 추정 등으로 요약 된다. 그러나 일본과 같은 온천국가에서는 오래 전부터 온천수 내 함유된 영족기체(noble gas)의 동위원소 특성을 이용한 온천수 기원 및 생성과정, 지체구조와의 관계 등의 해석연구가 진행되어 왔다(Aka, et al.
일본과 같은 온천국가에서 진행된 온천수와 관련된 연구는?
지금까지 국내 온천수에 대한 연구는 주로 지구화학적 특성규명, 동위원소를 이용한 환경해석, 물-암석 반응에 의한 온천수의 진화과정, 열원의 온도 추정 등으로 요약 된다. 그러나 일본과 같은 온천국가에서는 오래 전부터 온천수 내 함유된 영족기체(noble gas)의 동위원소 특성을 이용한 온천수 기원 및 생성과정, 지체구조와의 관계 등의 해석연구가 진행되어 왔다(Aka, et al., 2000; Kusakabe, 2003).
영족기체와 같은 비활성기체의 동위원소조성비는 어디에 쓰일 수 있는가?
영족기체, 특히 헬륨 동위원소비(3He/4He)가 대기, 지각, 맨틀사이에 큰 차이가 있고, 이 동위원소비를 측정하여 맨틀로부터 지구 표층으로의 영족기체의 이동과정을 추적하고자 하는 연구가 수행되어 왔다. 이후 영족기체의 동위원소 조성비를 이용해 운석연구, 대기형성론, 맨틀물질 순환과정, 화산활동, 지열수 분야의 연구가 많이 이루어지고 있다(Nakamura, et al., 1999a; 1996b; Matsuda, et al.
장태우, 강필종, 박석환, 황상구, 이동우, 1999, 부산도폭, 한국지질자원연구원 국가 지질자원정보센터
Aka, F.T., Kusakabe, M., Nagao, K., and Tanyileke, G., 2000, Noble gas isotopic compositions and water/gas chemistry of soda springs from the islands of Bioko, So Tom and Annobon, along with Cameroon Volcanic Line, West Africa, App. Geochem., 16, 323-338
Apambire, W.B., Boyle, D.R., and Michel, F.A., 1997, Geochemistry, genesis, and health implications of fluoriferous groundwaters in the upper regions of Ghana, Environ. Geol., 33, 13-24
Calf, G.E., Seatonberry, B.W., Smith, L.W., 1976, The measurement of natural levels of tritium in water, Australian Atomic Energy Commission, AAEC/E373, 26
Hem, J.D., 1985, Study and interpretation of the chemical characteristicsof natural water, U.S. Geological Survey water supply paper 2254, 263
Kusakabe, M., Ohwada, M., Satake, H., Nagao, K., and Kawasaki, I., 2003, Helium isotope ratios and geochemistry of volcanic fluids from the Norikura Volcanic Chain, central Japan: Implications for crustal structures and seismicity, Economic Geologists, 10, 75-89
Matsuda, J., Amari, S., and Nagao, K., 1999, Purely physical separation of a small fraction of the Allende meteorite highly enriched in noble gases, Meteoritics and Planet. Sci., 34, 129-136
Nagao, K., Okazaki, R., Sawada, S., and Nakamura, N., 1999, Noble gases and K-Ar ages of five Rumuruti chondrites Yamato( Y)-75302, Y-791827, Y-793575, Y-82002, and Asuka- 881988, Antarct. Meteorite Res., 12, 81-93
Nahm, G.Y., 1970, The Tectonics in Korean peninsula shown on the 1/250,000 scale relief maps, The Journal of Geological Society of Korea, 6(1), 53-60
Nakamura, T., Nagao, K., Metzler, K., and Takaoka, N., 1999a, Heterogeneous distribution of solar and cosmogenic noble gases in CM chondrites and implications for the formation of CM parent bodies, Geochim. Cosmochim. Acta, 63, 257-273
Nakamura, T., Nagao, K., and Takaoka, N., 1999b. Microdistribution of primordial noble gases in CM chondrites determined by in situ laser microprobe analysis: Decipherment of nebular processes, Geochim. Cosmochim. Acta, 63, 241-255
Osawa, T., Nagao, K., Nakamura, T., and Takaoka, N., 2000, Noble gas measurement in individual micrometeorites using laser gas-extraction system, Antarctic Meteorite Res., 13, 322-341
Osawa, T. and Nagao, K., 2002a, On low noble gas concentrations in Antarctic micrometeorites collected from Kuwagata Nunatak in the Yamato meteorite ice field, Antarct. Meteorite Res., 15, 165-177
Osawa, T. and Nagao, K., 2002b, Noble gas compositions of Antarctic micrometeorites collected at the Dome Fuji Station in 1996 and 1997, Meteorit. Planet. Sci., 37, 911-936
Piper, A.M., 1944, A graphic procedure in the geochemical interpretation of water analyses, Transactions of American Geophysical Union, 29, 413-421
Sumino, H., 2000, Origin of alkali basalt volcanism in ferred from noble gas isotopic systematics: Implications for mantle dynamics in back arc region of subduction zone, PhD dissertation, University of Tokyo, Japan, p. 185
Yun, S.T., Koh, Y.K., Kim, C.S., So, C.S., 1998, Geochemistry of Geothermal Waters in Korea: Environmental Isotope and Hydrochemical Characteristics I, Bugok Area, Econ. Environ. Geol. 31(3), 185-199
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