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문제 정의
- 토양층의 주요원소 및 미량원소 함량은 토양구성 물질의 기본적인 광물조성을 반영해준다. 따라서 지 화학 분석 역시 고토양층에 대한 층서구분 및 고기후와 고환경 해석에 대한 정량적 자료를 제공해 주며 고토양층의 형성과정 및 토양화작용의 과정과 그 정도를 살펴볼 수 있게 해준다. 특히 토양과 같은 세립질 퇴적물에 포함된 희토류원소 함량은 기원암의 풍화나 운반, 퇴적 등의 기작에 의해 크게 변화하는 것이 아니기 때문에 고토양 구성 물질의 기원(provenance) 연구에 매우 유용하다.
- 본 연구는 2004년 강원문화재연구소가 정동진리 50-89번지에서 실시한 구석기유적 시굴조사에서 노출된 퇴적단면에 대한 분석을 통해 정동진 지역 단구상면에 널리 분포한 제4기 고토양층의 성격을 파악 하기 위해 실시되었다. 본 연구만으로 이곳 지형의 발달과 제4기 지사에 대한 궁금증이나 퇴적학적 과정의 전모를 이해할 수는 없을 것이다.
- 본 연구에서는 토양조성 물질의 깊이에 따른 정량 및 정성적 구성에 대한 이해를 얻기 위해 지표에서 각각 20, 40, 60, 80cm 지점에서 채취한 시료에 대해 X-선회절분석(XRD)을 실시하였다. 또 토양구성물질의 대부분을 차지하는 점토 크기 입자의 구성광물을 확인하기 위하여 지표에서 10, 20, 30, 40, 50 및 60cm 깊이에서 채취한 시료로부터 2㎛ 이하의 입자를 분리해 X-선회절분석을 실시하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 토양조성 물질의 깊이에 따른 정량 및 정성적 구성에 대한 이해를 얻기 위해 지표에서 각각 20, 40, 60, 80cm 지점에서 채취한 시료에 대해 X-선회절분석(XRD)을 실시하였다. 또 토양구성물질의 대부분을 차지하는 점토 크기 입자의 구성광물을 확인하기 위하여 지표에서 10, 20, 30, 40, 50 및 60cm 깊이에서 채취한 시료로부터 2㎛ 이하의 입자를 분리해 X-선회절분석을 실시하였다. 이러한 광물학적 분석자료는 토양화 진행과정에서 일어난 광물 조성의 변화를 보여줌으로써 퇴적층의 특성을 살펴볼 수 있게 해준다.
- 특히 토양과 같은 세립질 퇴적물에 포함된 희토류원소 함량은 기원암의 풍화나 운반, 퇴적 등의 기작에 의해 크게 변화하는 것이 아니기 때문에 고토양 구성 물질의 기원(provenance) 연구에 매우 유용하다. 연구에서는 토양분석에 사용된 기본시료를 대상으로 한국기초과학지원연구원 서울분소에서 X-선 형광분석을 실시하였다.
- 만약 측정치가 여러 분석 결과와 배치된다면 이용하지 않는 것이 바람직하며, 시료를 채취한 퇴적물의 층서적 위치나 특성 등을 고려하지 않은 채 단지 측정치만을 절대적인 자료로서 이용하는 것은 잘못이라고 하겠다. 연대 측정을 위해 본 연구에서는 OSL 연대측정과 화산재 분석을 실시하였다.
- 11. 정동진 지역 토양시료의 깊이에 따른 대자율 (magnetic susceptibility) 값 변화 및 총유기탄소 함량, C/N 비율 변화의 비교.
- 토양분석에서는 시료의 입도(grain-size), 총무기탄소(TIC), 총탄소(TC), 총유기탄소(TOC), 총질소(TN) 함량분석, 대자율(magnetic susceptibility)을 분석하였다. 야외에서 관찰할 수 있는 토양 색깔이나 구조만으로는 고토양층에 대한 올바른 층서구분과 토양 층의 구분 근거 및 이들의 성인에 대한 해석이 쉽지 않기 때문에, 이러한 분석 자료는 고토양층의 층서구분에 유용하며 고기후 및 고환경 해석의 근거가 된다.
- 화산재 동정은 화산유리의 굴절률을 측정하거나 함께 산출되는 반정(phenocryst)의 종류와 굴절률, 화산유리의 주원소조성 분석값 등을 이용하게 된다. 화산유리의 굴절률은 화산유리의 수화(hydration) 정도에 따라 달라지기 때문에(Nakamura et al. 2002), 이번 연구에서는 변질 가능성이 적은 화산유리의 주 원소 조성과 형태학적 특징을 이용하여 화산재를 동정하였다. 주원소 조성 분석은 서울대학교 공동기기 원의 전자현미분석기(Electron Probe Micro Analyzer; EPMA)를 이용하였다.
대상 데이터
- 분석은 우선 발굴지의 고토양 단면에서 토양 구조 등을 충분히 관찰하고 일차적인 퇴적 층서를 구분하였으며, 각종 분석용 시료를 층서가 잘 노출된 북동쪽 A-5 트렌치의 수직 단면에서 채취하였다(그림 1). 노출 단면의 길이는 약 4.5m로서, 지표에서 최하부자갈층 윗부분에 이르는 구간에서 5cm 간격으로 85개의 토양시료를 채취하고 지표에서 약 250cm 깊이에 노출된 망간산화물층 (Mn-oxide layer)에서도 1개의 시료를 채취하였다. 연대측정용 시료는 발굴현장에서는 적절한 시료채취가 불가능해, 정동진에서 단구 상면으로 오르는 도로변 노두에서 관찰되는 자갈및 모래층에서 광여기루미네선스(OSL) 연대측정을 위해 두 개의 시료를 채취하였다(그림 3).
- 연대측정용 시료는 발굴현장에서는 적절한 시료채취가 불가능해, 정동진에서 단구 상면으로 오르는 도로변 노두에서 관찰되는 자갈및 모래층에서 광여기루미네선스(OSL) 연대측정을 위해 두 개의 시료를 채취하였다(그림 3). 또한 발굴 현장의 남동쪽에 설치된 약 1.2 m 깊이의 C-4 트렌치에서 화산재 분석을 위해 토양쐐기 모층 주변에서 6개의 시료를 채취하였다(그림 1, 4).
- 본 연구를 위한 각종 분석 시료는 북위 37° 40′ 동경 129° 02′ 일대에서 실시한 구석기 유적 발굴에서 노출된 고토양 단면에서 채취하였으며, 다시 주변에서 볼 수 있는 노두에서 층서 관찰과 시료채취를 통해 자료를 보충하였다.
- 분석은 우선 발굴지의 고토양 단면에서 토양 구조 등을 충분히 관찰하고 일차적인 퇴적 층서를 구분하였으며, 각종 분석용 시료를 층서가 잘 노출된 북동쪽 A-5 트렌치의 수직 단면에서 채취하였다(그림 1). 노출 단면의 길이는 약 4.
- OSL 연대측정을 위해서 2 개의 시료를 채취한 사력층은 층서적으로 연구지역 고토양층 아래에 놓여 있으며, 기반암 상부에 약 5m 두께로 분포하고 있다. 시료는 사력층 최상부의 층리가 잘 발달된 적색 모래층과 약 1.2 m 하부의 적색 모래층에서 각각 채취하였다(그림 3).
- 본 연구를 위한 각종 분석 시료는 북위 37° 40′ 동경 129° 02′ 일대에서 실시한 구석기 유적 발굴에서 노출된 고토양 단면에서 채취하였으며, 다시 주변에서 볼 수 있는 노두에서 층서 관찰과 시료채취를 통해 자료를 보충하였다. 연구지역은 정동진 해안단구 지형의 북쪽 능선에 해당되며, 천연기념물로 지정된 해안지구에서 서쪽으로 160m 정도 떨어져 있다. 이곳의 표토는 조사 당시 이미 상당히 깎여나간 상태였으며, 지표면은 해발고도 65-69m 사이에 걸쳐 있었다.
- 5m로서, 지표에서 최하부자갈층 윗부분에 이르는 구간에서 5cm 간격으로 85개의 토양시료를 채취하고 지표에서 약 250cm 깊이에 노출된 망간산화물층 (Mn-oxide layer)에서도 1개의 시료를 채취하였다. 연대측정용 시료는 발굴현장에서는 적절한 시료채취가 불가능해, 정동진에서 단구 상면으로 오르는 도로변 노두에서 관찰되는 자갈및 모래층에서 광여기루미네선스(OSL) 연대측정을 위해 두 개의 시료를 채취하였다(그림 3). 또한 발굴 현장의 남동쪽에 설치된 약 1.
- 지금까지 알려진 바에 따르자면, AT는 구석기 유적에서 일종의 건층으로 사용되고 있는 소위 토양쐐기 층의 직상부와 그로부터 시작하는 쐐기 내 충진물에서 검출되고 있다(이선복 2000; 이용일, 이선복 2002). 이번 연구에서도 정동진 지역 고토양층의 상부 토양쐐기층 주변부에서 총 6개의 시료를 채취하여 화산재 분리를 시도하였다.
- 15. 정동진 지역 토양시료 (C-4 트렌치)에서 발견된 AT 화산유리 (volcanic glass)의 편광현미경 사진. (A) JT-3 (30-35 cm 깊이), (B) JT-4 (35-40cm 깊이), (C) JT-5 (40-45cm 깊이).
이론/모형
- 2002), 이번 연구에서는 변질 가능성이 적은 화산유리의 주 원소 조성과 형태학적 특징을 이용하여 화산재를 동정하였다. 주원소 조성 분석은 서울대학교 공동기기 원의 전자현미분석기(Electron Probe Micro Analyzer; EPMA)를 이용하였다.
성능/효과
- 두 개의 시료에 대한 OSL 연대측정에서는 상부시료인 J-1에서 약 11만년(112.3 ± 6.4 ky), 하부 시료인 J-2에서 약 5만 5천년(55.2 ± 2.1 ky)이라는 충서적으로 역전된 값이 얻어졌다(표 4).
- 또한 고토양 내에서 많은 양을 차지하는 점토광물의 조성을 확인하기 위하여 J-10, J-20, J-30, J-40, J-50, J-60 6개의 시료에서 2㎛이하의 입자를 분리해 실시한 X-선회절분석은 대부분의 점토질 크기 입자가 석영과 운모류, 녹니석 (chlorite), 소량의 장석류 등으로 구성되어 있음을 보여준다(그림 14). 분석 결과 깊이에 따른 구성광물의 변화는 관찰되지 않았으며, 이것은 고토양층이 형성되는 동안 기원물질의 변화나 토양화작용에 큰 변화가 없었음을 지시해 준다.
- 1988). 분석 결과, TiO2는 최하부를 제외하고는 깊이에 관계없이 일정하게 나타나고 있어, 토양층 형성기간 동안 뚜렷한 기원물질의 변화는 없었다고 추정된다. MnO의 경우, 평균값은 0.
- AT 화산재의 분포 추정에 따르자면, 정동진 일원에서 AT는 약 5∼10cm 두께의 층을 이룰 수도 있다고 예상되었다(Machida and Arai 1992, 2003; Machida 1999). 이번 분석에서 AT는 약 15cm 정도에 걸쳐 농집해 있음이 밝혀졌기 때문에, 동북아시아에서 AT 는 기존의 추정범위보다 더 넓은 지역에 걸쳐 분포하리라 여겨진다. 또한 이곳에서도 AT는 이미 알려진 바대로 고토양층 최상부의 토양쐐기(soil-wedge) 발달 층준과 일치하고 있다(이용일, 이선복 2002).
- 이상의 연구 결과를 요약하자면, 연구지역에서 약4.5m 두께로 발달한 고토양은 해양퇴적물이라고 보기 어려운데, 대체로 산화환경을 지시하는 적색계열의 색조를 보이지만 내부에는 수평 및 수직 방향의연회색 토양구조가 발달해 있다. 이런 토양구조는 식물의 뿌리나 토양균열 또는 지하수면의 변화 등에 의한 부분적 환원작용에 의해 형성되었다고 보인다.
- 입도분석 결과를 토양분류표에 도시하면, 연구지역의 고토양은 대부분 점토 및 실트 크기 입자가 우세한 silty clay 내지는 silty clay loam 영역에 도시되지만, 부분적으로 모래 크기 입자가 증가하는 지표하 200∼300cm 구간은 clay loam과 sandy clay loam 영역에 속한다(표 1, 그림 8).
- 전체적으로 보아, 지표에서 약300cm보다 아래에서는 함량이 다소 높지만 300∼150cm 구간에서 60% 정도로 감소한 뒤 다시 증가하는 경향을 보이고 있다.
- 즉, 화학적 풍화는 지표에서 약 300∼125cm 구간에서 가장 많이 일어났는데, 그 위의 구간에서는 다소 감소하는 경향성을 보여주다가 특히 토양쐐기가 나타나는 층준인 50cm 깊이에서 풍화도가 급격히 감소하는 피크가 관찰된다.
후속연구
- 본 연구만으로 이곳 지형의 발달과 제4기 지사에 대한 궁금증이나 퇴적학적 과정의 전모를 이해할 수는 없을 것이다. 그렇지만, 지금까지 토양층에 대한 체계적 분석이 없었음을 감안할 때 본 연구에서 드러난 약간의 자료는 이 지역의 단구 지형 연구에 있어 약간의 새로운 정보를 제공해주는바, 관련분야 연구에 보탬이 되기를 바라는 바이다.
- 특히 토양화가 시작되기 이전 퇴적층이 물에 의해 퇴적되었다면 토양물질의 입도 분포는 퇴적작용과 퇴적환경의 이해에 기본적인 자료를 제시해준다. 또한 고토양에 함유된 탄소 및 질소 함량, 대자율은 당시의 고식생, 고기후, 고환경 해석에 있어 중요한 정량적 자료로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 복원한 고기후 및 고환경의 패턴은 지질연대측정 결과의 신뢰도를 점검할 수 있는 근거 자료가 될수 있다.
- 만약 일본에서 보고된 바대로 우리나라동해안의 해수면도 80,000년전(MIS 5a)에는 현재와 유사했고 105,000년전(MIS 5c)에는 현재보다 약 3 m 정도 낮았다고 한다면(Ota and Omura 1992), 이곳단구 지형의 기원과 형성을 해수면 변화(eustatic movement)만으로 설명하는 것은 더욱 어려운 일이 된다. 정동진 지역을 위시한 동해안 일대의 단구 지형의 형성에 대해서는 앞으로 많은 연구와 논의가필요하다고 생각한다.
- 야외에서 관찰할 수 있는 토양 색깔이나 구조만으로는 고토양층에 대한 올바른 층서구분과 토양 층의 구분 근거 및 이들의 성인에 대한 해석이 쉽지 않기 때문에, 이러한 분석 자료는 고토양층의 층서구분에 유용하며 고기후 및 고환경 해석의 근거가 된다. 특히 토양화가 시작되기 이전 퇴적층이 물에 의해 퇴적되었다면 토양물질의 입도 분포는 퇴적작용과 퇴적환경의 이해에 기본적인 자료를 제시해준다. 또한 고토양에 함유된 탄소 및 질소 함량, 대자율은 당시의 고식생, 고기후, 고환경 해석에 있어 중요한 정량적 자료로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 복원한 고기후 및 고환경의 패턴은 지질연대측정 결과의 신뢰도를 점검할 수 있는 근거 자료가 될수 있다.
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