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동해안지역 온천유형별 수리화학적 특성 및 영족기체 기원
Hydrochemistry and Noble Gas Origin of Various Hot Spring Waters from the Eastern area in South Korea 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.13 no.1, 2008년, pp.1 - 12  

정찬호 (대전대학교 지반설계정보공학과) ,  (동경대학교 지각화학연구실) ,  김규한 (이화여자대학교 과학교육학과) ,  최훈공 (이화여자대학교 과학교육학과) ,  (동경대학교 지각화학연구실) ,  박지선 (동경대학교 지각화학연구실) ,  박충화 (대전대학교 지반설계정보공학과) ,  이종익 (한국해양연구원 극지연구센터) ,  허순도 (한국해양연구원 극지연구센터)

초록
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이 연구는 한반도 동해안 일대에 분포하고 있는 주요 온천에 대하여 화학성분, 안정동위원소, 삼중수소 그리고 헬륨아르곤 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 전기전도도$202{\sim}7,130{\mu}S/cm$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$${\delta}D$값은 각각 $-7.8{\sim}-11.7%o$$-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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 ...

주제어

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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.
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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.
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