저층 퇴적물내 탄소와 질소성분의 조절인자를 파악하기 위한 광역적 환경조사가 1997년부터 2002년까지 서경 131.5도를 중심으로 북위 5도에서 17도 사이에서 수행되었다. 위도에 따라 지역적인 분포를 보이는 연구지역의 퇴적물은 네 가지로 분류할 수 있다; 석회질 연니($5{\sim}6^{\circ}N$), 규질 퇴적물($8{\sim}12^{\circ}N$), 원양성 적점토($16{\sim}17^{\circ}N$), 석회질과 규질이 섞여 있는 혼합 퇴적물($7^{\circ}N$). 무기탄소함량은 탄산염보상심도(CCD)와 수심에 의해 변하고 있었다. 수심이 CCD보다 얕은 저위도 지역에서는 석회질 물질이 잘 보존되고 있었다. 반면 규질 퇴적물과 적점토가 우세한 고위도 지역은 수심이 CCD보다 깊을 뿐만이 아니라 낮은 수층 생산성을 가지고 있다. 따라서 대부분의 석회질 물질들은 용해되고 그 결과 퇴적층내 무기탄소함량은 0.05%이하의 낮은 값을 나타내었다. 유기탄소와 총질소함량은 수층의 생산력이 상대적으로 높은 규질 퇴적물지역이 적점토지역보다 함량이 높게 나타났다. 석회질 연니내 유기탄소와 총질소 함량은 규질 퇴적물보다 낮게 나타났다. 이는 상대적으로 낮은 수심에 기인된 저층으로 유입되는 석회질 물질의 높은 유입율이 퇴적층내 유기물 함량을 희석하기 때문인 것으로 추정된다. 전체적인 결과들은 CCD와 연관된 수심, 수층의 생산력, 그리고 퇴적율이 연구지역내 탄소와 질소함량의 광역적 분포를 조절하고 있음을 지시한다.
저층 퇴적물내 탄소와 질소성분의 조절인자를 파악하기 위한 광역적 환경조사가 1997년부터 2002년까지 서경 131.5도를 중심으로 북위 5도에서 17도 사이에서 수행되었다. 위도에 따라 지역적인 분포를 보이는 연구지역의 퇴적물은 네 가지로 분류할 수 있다; 석회질 연니($5{\sim}6^{\circ}N$), 규질 퇴적물($8{\sim}12^{\circ}N$), 원양성 적점토($16{\sim}17^{\circ}N$), 석회질과 규질이 섞여 있는 혼합 퇴적물($7^{\circ}N$). 무기탄소함량은 탄산염보상심도(CCD)와 수심에 의해 변하고 있었다. 수심이 CCD보다 얕은 저위도 지역에서는 석회질 물질이 잘 보존되고 있었다. 반면 규질 퇴적물과 적점토가 우세한 고위도 지역은 수심이 CCD보다 깊을 뿐만이 아니라 낮은 수층 생산성을 가지고 있다. 따라서 대부분의 석회질 물질들은 용해되고 그 결과 퇴적층내 무기탄소함량은 0.05%이하의 낮은 값을 나타내었다. 유기탄소와 총질소함량은 수층의 생산력이 상대적으로 높은 규질 퇴적물지역이 적점토지역보다 함량이 높게 나타났다. 석회질 연니내 유기탄소와 총질소 함량은 규질 퇴적물보다 낮게 나타났다. 이는 상대적으로 낮은 수심에 기인된 저층으로 유입되는 석회질 물질의 높은 유입율이 퇴적층내 유기물 함량을 희석하기 때문인 것으로 추정된다. 전체적인 결과들은 CCD와 연관된 수심, 수층의 생산력, 그리고 퇴적율이 연구지역내 탄소와 질소함량의 광역적 분포를 조절하고 있음을 지시한다.
The mesoscale environmental surveys were conducted between $5^{\circ}N\;and\;17^{\circ}N$ mainly along the $131.5^{\circ}W$ meridian from 1997 to 2002 to investigate controlling factors of carbon and nitrogen contents in bottom sediments. Sediments of the study area showed zona...
The mesoscale environmental surveys were conducted between $5^{\circ}N\;and\;17^{\circ}N$ mainly along the $131.5^{\circ}W$ meridian from 1997 to 2002 to investigate controlling factors of carbon and nitrogen contents in bottom sediments. Sediments of the study area showed zonal distribution pattern depending on latitudinal position and can be classified into four types; calcareous ooze($5{\sim}6^{\circ}N$), siliceous sediments($8{\sim}12^{\circ}N$), pelagic red clay($16{\sim}17^{\circ}N$), and mixed sediments($7^{\circ}N$). Inorganic carbon(IC) contents varied depending on water depth and carbonate compensation depth(CCD). Carbonate materials were well preserved in the low latitude region, where water depths are shallower than CCD. In contrast, the higher latitude region dominated by siliceous sediment and pelagic red clays has low productivity in water column as well as the water depths deeper than CCD. Thus, most of carbonate materials were dissolved, which resulted in IC contents of less than 0.05% in the sediments. Organic carbon(OC) and total nitrogen contents(TN) in siliceous sediments were higher than in pelagic red clay sediments simply because of higher primary productivity in the siliceous sediment dominated area. The contents of OC and TN were lower in the calcareous ooze than in the siliceous sediments. It is attributed to the high input of calcareous material to the bottom due to relatively shallow water depth of the area, which diluted organic matter contents in the sediment. Overall results indicated that water depth relative to CCD, primary production in water column, and sedimentation rate largely controls the large-scale distribution of carbon and nitrogen contents in the study area.
The mesoscale environmental surveys were conducted between $5^{\circ}N\;and\;17^{\circ}N$ mainly along the $131.5^{\circ}W$ meridian from 1997 to 2002 to investigate controlling factors of carbon and nitrogen contents in bottom sediments. Sediments of the study area showed zonal distribution pattern depending on latitudinal position and can be classified into four types; calcareous ooze($5{\sim}6^{\circ}N$), siliceous sediments($8{\sim}12^{\circ}N$), pelagic red clay($16{\sim}17^{\circ}N$), and mixed sediments($7^{\circ}N$). Inorganic carbon(IC) contents varied depending on water depth and carbonate compensation depth(CCD). Carbonate materials were well preserved in the low latitude region, where water depths are shallower than CCD. In contrast, the higher latitude region dominated by siliceous sediment and pelagic red clays has low productivity in water column as well as the water depths deeper than CCD. Thus, most of carbonate materials were dissolved, which resulted in IC contents of less than 0.05% in the sediments. Organic carbon(OC) and total nitrogen contents(TN) in siliceous sediments were higher than in pelagic red clay sediments simply because of higher primary productivity in the siliceous sediment dominated area. The contents of OC and TN were lower in the calcareous ooze than in the siliceous sediments. It is attributed to the high input of calcareous material to the bottom due to relatively shallow water depth of the area, which diluted organic matter contents in the sediment. Overall results indicated that water depth relative to CCD, primary production in water column, and sedimentation rate largely controls the large-scale distribution of carbon and nitrogen contents in the study area.
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문제 정의
1997년부터 2002년까지 연구지역에서 환경인자들의 자연변화량 파악과 미치는 범위를 파악을 위한 광역적인 조사가 수행되었고 퇴적물내 유기탄소, 무기탄소, 총질소함량의 분포를 파악하고자 하였으며 분포에 미치는 요인을 분석하였다. 위도별 분포에 영향을 미치는 요인들로는 (1) 수심과 CCD, (2) 수층 생산력, (3) 퇴적율 등이 있었다.
, 1997) 위도별 탄소 및 질소성분에 대한 분포특성과 분포에 영향을 미치는 요인분석은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 대한민국 망간단괴 할당 광구를 포함하는 넓은 해역에서 퇴적물내 탄소, 질소성분의 광역 적인 분포특성과 좁은 지역에서의 지역적인 특성을 이해하고 이들 성분의 분포에 영향을 미치는 환경인자들을 밝히고자 하였으며, 망간단괴 채광과 관련하여 국제해저기구(International Seabed Authority)가 권고한 환경인자들의 분포량 및 자연변화량 파악을 위한 기초환경연구에 중요한 정보를 제공하고자 한다.
제안 방법
건조된 시료는 마노유발 (agate mortar)에서 분쇄한 후 40 oC 건조로에서 하루이상 건조시켰다. Superbalance (Mettler, AT21, 10-6 g)를이용해주석용기(Tin cup)에시료를 10~15 mg 정도를 담아서 원소분석기(CE Instrument, EA1110)를 이용해 분석하였다(김 등, 2006). 탄소, 질소함량의 분석을 위한 표준물질은 Sulfanilammide(C6H8N2O2S)를 이용하였고 실험의 정확성을 알아보기 위해 표준퇴적물인 BCSS-1(National Research Council Canada)를 이용하였다.
빈 은용기를 시료와 동일 하게 전처리하여 분석시 바탕시료(Blank)로 사용하였다. 그리고 무기탄소함량은 총탄소함량과 유기탄소함량의 차이로 부터 구하였다.
, 1994; 김 등, 2006). 이때 탄소함량을 정량화하기 위한 표준물질은 Sulfanilammide를 이용하였고, 실험의 정확성을 검증하기 위해 표준 하구퇴적물(BCSS-1)을 이용하였다. 빈 은용기를 시료와 동일 하게 전처리하여 분석시 바탕시료(Blank)로 사용하였다.
채집된 퇴적물은 1 cm 간격으로 나누어 취한후 60 ml 플라스틱병(Nalgene, PP)에 담아 냉동건조기(일신랩, PVTED10R)로 이틀 동안 건조시켰다. 건조된 시료는 마노유발 (agate mortar)에서 분쇄한 후 40 oC 건조로에서 하루이상 건조시켰다.
탄산칼슘의 완전한 제거를 위해 아황산의 양을 40 μl, 50 μl, 60 μl, 70 μl까지 점차 증가 시키며 산처리를 반복하였다.
탄산칼슘의 완전한 제거를 위해 아황산의 양을 40 μl, 50 μl, 60 μl, 70 μl까지 점차 증가 시키며 산처리를 반복하였다. 퇴적물과 반응이 나타나지 않으면 건조 후 용기를 밀봉하고 원소분석기를 이용해 탄소함량을 분석 하였다(van Iperen and Helder, 1985; Verardo, 1990; Nieuwenhuize et al., 1994; 김 등, 2006). 이때 탄소함량을 정량화하기 위한 표준물질은 Sulfanilammide를 이용하였고, 실험의 정확성을 검증하기 위해 표준 하구퇴적물(BCSS-1)을 이용하였다.
퇴적물이 담긴 은용기에 3차 증류수를 30 μl를 첨가한 다음 8%아황산(Sulfurous acid)을 30 μl 첨가하였다.
대상 데이터
1997년부터 2002년 동안 표층 퇴적물의 교란이 적은(Smith et al., 1996; 현 등, 1998) 다중주상 퇴적물시료 채취기를 이용해 총 50정점에서 시료를 채취하였다(Table 1). KODOS 지역내 표층 퇴적물은 갈색의 Unit I과 연갈색의 Unit II로 구분된다.
북위 10.5도 선상의 10개 정점과 북위 16.2도 선상에 8개 정점에서 퇴적물내 탄소함량 및 질소함량의 경도별 분포를 살펴보기 위해 깊이 10 cm 까지의 평균값을 이용하였다. 북위 10.
연구지역은 북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(ClarionClipperton Fracture zone, C-C 지역)내 위치한 대한민국 망간단괴 할당광구(KODOS 지역)와 서경 131.5도 연구측선상의 북위 5도에서 17도까지 설정한 남북방향의 약 1,160 km에 이르는 넓은 해역이다(Fig. 1). 연구측선의수심은북위 5~7도해역에서 4,100~4,500 m 로 얕으나 북쪽으로 갈수록 수심이 점차 깊어지며 북위 16~17도 해역은 4,800~5,200 m 범위의 수심을 갖는다.
Superbalance (Mettler, AT21, 10-6 g)를이용해주석용기(Tin cup)에시료를 10~15 mg 정도를 담아서 원소분석기(CE Instrument, EA1110)를 이용해 분석하였다(김 등, 2006). 탄소, 질소함량의 분석을 위한 표준물질은 Sulfanilammide(C6H8N2O2S)를 이용하였고 실험의 정확성을 알아보기 위해 표준퇴적물인 BCSS-1(National Research Council Canada)를 이용하였다.
데이터처리
그리고 방산충을 이용한 생층서 연구결과 홀로세에 해당되는 21만년이후의 현생퇴적물로 밝혀졌다(박과 김, 1999). 따라서 이 층을 대상으로 탄소와 질소함량의 분포를 살펴보고자 10 cm까지의 평균 값을 이용하였다.
이론/모형
유기탄소함량의 분석을 위해 아황산을 이용한 현장 산처리법을 이용하였다(김 등, 2006). 분석을 위해서 건조된 퇴적물시료 5 mg 정도를 450 oC에서 4 시간 동안 태운 은용기(Silver cup)에 담았다.
성능/효과
계곡지역에 해당되는 정점들에서 평균 유기탄소함량이 0.46%, 구릉지역에 해당되는 정점들에서는 0.34%로 나타나 계곡에 해당되는 정점에서 높게 나타났으며 두 지역간의 차이(0.12%)는 전체 평균값(0.40%)의 30%로 나타났다. 총질소함량 역시 계곡지역에서 높게 나타나고 지역간의 차이(0.
따라서 저위도 해역에서 유기탄소함량과 총질소함량이 낮게 나타난 것은 높은 퇴적율로 인해 유입된 무기탄소성분(석회질 물질)이 퇴적층내 유기 탄소 및 질소 성분의 농도를 희석하는 것으로 판단된다. 따라서 위도별 유기탄소와 총질소함량의 차이는 수괴의 생물 생산력과 퇴적율, 그리고 수심과 CCD와의 상관관계에 영향을 받고 있었다.
하지만 유기물의 유입이 더 높은 지역인 석회질 퇴적물지역에서 유기탄소함량이 규질 퇴적물지역보다 낮게 나타난 것은 석회질물질의 플럭스가 유기물의 유입량보다 더 많으며 수심이 CCD보다 낮아서 유입된 석회질물질이 유기탄소 농도를 희석하는 효과로 나타나기 때문이다. 따라서 유기탄소함량 분포는 표층 해류 체계와 연관된 생물 생산력과 퇴적율, 그리고 수심과 CCD와의 상관관계에 영향을 받는 것으로 판단된다.
10%로 나왔으며 경도별 변화는 평균값의 16%내외로 변하고 있어 유기탄소함량과 유사한 분포를 보여주고 있다. 무기탄소함량은 서경 133도에서 최고값 0.12%를 보였으며 최소값은 서경 135.5도에서 0.02%로 나타나 퇴적층내 무기탄소는 대부분의 정점에서 고갈되어 있었다(Table 6). 북위 10.
5로 나타내었다. 무기탄소함량은 석회질 연니지역(10.04%)과 혼합지역(5.28%)이 높고 고위도에 해당되는 규질 퇴적물지역(0.09%)과 원양성 적점토지역(0.05%)에서는 낮게 나타났다. 반대로유기탄소와 총질소함량은 규질퇴적물지역(0.
위도별 분포에 영향을 미치는 요인들로는 (1) 수심과 CCD, (2) 수층 생산력, (3) 퇴적율 등이 있었다. 수심이 CCD보다 얕은 저위도에서는 퇴적층으로 유입된 석회질 물질이 보존되어 무기탄소의 농도가 높게 나타나는 반면, KODOS 지역은 저위도보다 퇴적율이 낮고 CCD 이하의 수심에서 퇴적되기 때문에 퇴적층 내에서 무기탄소의 농도가 대부분 0.05% 이하로 나타났다. 유기탄소함량은 수층의 생산력이 상대적으로 높은 규질 퇴적물지역이 적점토지역보다 높게 나타났다.
05% 이하로 나타났다. 유기탄소함량은 수층의 생산력이 상대적으로 높은 규질 퇴적물지역이 적점토지역보다 높게 나타났다. 하지만 유기물의 유입이 더 높은 지역인 석회질 퇴적물지역에서 유기탄소함량이 규질 퇴적물지역보다 낮게 나타난 것은 석회질물질의 플럭스가 유기물의 유입량보다 더 많으며 수심이 CCD보다 낮아서 유입된 석회질물질이 유기탄소 농도를 희석하는 효과로 나타나기 때문이다.
5도 상의 10개 정점들은 4,720~5,150 m(평균 4,900 m)의 수심범위를 가지며 이는 CCD보다 깊다. 유기탄소함량은 최소값(0.35%)이 서경 135.5도에서, 최대값(0.51%)은 서경 133도에서 나타났고 조사지역에서 서쪽지역인 서경 135.5도와 135도 두 지점이 조금 낮지만 대부분 평균값과 유사한 값이 나타났다(Table 6). 유기탄소함량의경도별 변화는 표준편차가 0.
5도와 135도 두 지점이 조금 낮지만 대부분 평균값과 유사한 값이 나타났다(Table 6). 유기탄소함량의경도별 변화는 표준편차가 0.05%로 평균값의 10%내외에서 변하고 있음을 알 수 있었다. 총질소함량의 범위는 0.
056 mm kyr-1로 조사되어 A 지역보다 낮다. 이들 지역내 시료들의 총탄소함량과 유기탄소함량의상관관계를살펴보면유의한양의상관관계(R2=0.9454, n=429)를 나타냈고 총탄소함량의 93%가 유기탄소로 구성되어 있어 무기탄소함량이 낮게 나타났다(Fig. 6). 이러한 결과들로부터이 두 지역의 수심이 CCD보다 깊고 퇴적율이 매우 낮아 퇴적층으로 유입된 석회질 물질이 불포화된 저층수와의 접촉시간이 길어지게 된다.
따라서 경도별 변화는 수괴특성에 따른 수층생산력의 차이보다는 지형과 같은 지역적인 특성에 영향을 받을 것으로 판단된다. 지형의 영향을 살펴보기 위해 계곡 지역에 해당되는 정점들과 구릉지역에 해당되는 정점들에서 조사를 수행하였고 계곡지역이 구릉지역보다 농도가 높게 나타났으며 두 지역간의 차이는 전체 평균값의 30%이상 나타났다. 따라서 계곡과 구릉이라는 지형적인 차이에 의해 퇴적물내 성분의 차이가 발생하였다.
27%정도의 값을나타냈다. 총질소함량은 저위도에서 0.02%, 북위 7도에서 0.06%, 북위 8도에서 12도까지는 0.08%이상의 값이 나왔으며 북위 16도와 17도에서는 0.07%이하의 값이 나타나 유기탄소와 비슷한 경향을 보였다. 반대로 무기탄소함량은 북위 5도와 6도에서 높게 나타났고(10.
경도별 분포에서는 총탄소, 유기탄소, 총질소 함량이 대부분 평균값의 15%내외로 변하고 있어 정점들간의 차이는 위도별 분포에 비해 미미하였다. 퇴적층내 탄소함량의 분포를 결정하는 큰 요인은 수괴구조에 기인된 수층의 생산력 차이로 판단되며, 이러한 생산력 차이는 조사지역에서 위도에 따라 다르게 나타났다. 이는 비슷한 위도상에 위치한 정점들은 북동태평양의 해류구조상 비슷한 수괴특성을 가지기 때문이다.
후속연구
43)이나 아민 일 것으로 보고되고 있다(Müller, 1977; Schroeder, 1975). 좀 더 명확한 증거를 얻기 위해서는 심해 퇴적물에서의 아미노산과 무기 암모니움의 분석이 필요하며 이에 대한 추가적인 연구들은 퇴적층내 물질순환과 에너지 흐름을 이해하기 위해 필수적이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
퇴적층내 탄소함량의 분포를 결정하는 큰 요인은 무엇으로 판단되는가?
경도별 분포에서는 총탄소, 유기탄소, 총질소 함량이 대부분 평균값의 15%내외로 변하고 있어 정점들간의 차이는 위도별 분포에 비해 미미하였다. 퇴적층내 탄소함량의 분포를 결정하는 큰 요인은 수괴구조에 기인된 수층의 생산력 차이로 판단되며, 이러한 생산력 차이는 조사지역에서 위도에 따라 다르게 나타났다. 이는 비슷한 위도상에 위치한 정점들은 북동태평양의 해류구조상 비슷한 수괴특성을 가지기 때문이다.
해양내 탄소순환과정에서 해수중의 무기탄소는 중요한 과정을 통해 입자화된 탄소로 전환되는데 그 두과지 과정은 무엇인가?
해양내 탄소순환과정에서 해수중의 무기탄소는 중요한 두 과정을 통해 입자화된 탄소로 전환된다. 첫 번째는 다양한 종류의 생물들(산호, 유공충, 석회조류등)에 의해 탄산칼슘 외각이 형성되는 것이고, 두 번째는 주요 조류(algae)가 광합성과정을 통해 유기물을 형성하는 것이다(de Haas et al., 2002).
퇴적층으로 유입된 유기물이 하는 역할은 무엇인가?
8% 정도가 퇴적물에 축적된다(Balzer, 1984; Berger, 1989). 따라서 퇴적층으로 유입되는 유기물은 대기중 이산화탄소를 제거할뿐 아니라 저서생태계에 먹이와 에너지를 공급한다는 측면에서 매우 중요하다.
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