[논문]멕시코 중부의 토양 침식과 고환경 변화

박정재

문제 정의

엑스레이 사진에서 나타나는바브층의 음영차이를 NIH프로그램을 통해 분석하여바브층의 수와 두께를 측정하였다. 간혹 바브가 뚜렷하게 나타나지 않는 부분이 있어 정확성을 100% 확신할 수 없으나 수차례의 측정을 통해 정확도를 향상시키고자 노력했다.
두 개의 코어를 세심하게 비교한 후, 2001 코어의 208cm 및 287cm 깊이 연대치를 2004 코어의 227cm 및 322cm 깊이의 연대로 활용하였다. 또한 Lead210 연대, 바브 연대, 화산재층 연대 측정을 추가로 실시하여 상부 퇴적층의 정확한 연대를 파악하고자 하였다. 분석 결과 얻은 연대치를 기존의 AMS 연대
본 연구를 통해 식민시대 전후에 일어난 중부 멕시코 지역의 환경파괴 및 토양 침식에 대한 고환경 정보를 얻을 수 있었다. 퇴적률이 높아서 고해상의 복원이 가능한 시료를 활용했기 때문에, 최근에 일어난 여러 환경변화가 비교적 세밀하게 복원되었다.
본 연구에서는 박정재(2005)의 연구에서 이미 사용된 바 있는 호수퇴적물 코어를 재분석한다. 다음은 박정재(2005)의 논문에서 기술된 바 있는 연구지역 개관이다.
멕시코의 고대문명과 스페인인의 식민사 등에 대한 기록이 충분하지 않은 상황에서 호수퇴적물을 이용하는 고환경 분석은 이 지역의 환경사를 파악하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 박정재의 2005년 연구에서 정확한 연대를 확보하지 못해 시도하지 못했던 토사 유입량 분석을 통해 과거 이 지역에서 인간의 활동으로 인해 발생했던 토양 침식과 환경 변화를 시 기 별로 밝혀 냈다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 다양한 연대측정 (Lead210, 바브 연대, 화산재층 연대 등)을 추가로 시도하여 식민점령 시대 이전과 이후의 고환경 변화를 보다 정밀하게 분석하고자 하였다. 분석결과 얻어진 정밀한 연대자료를 바탕으로, 점령 이전과 이후의 토사 퇴적률을 구하여 환경 훼손의 시기별 특징을 살펴보는 것이 본 연구의 핵심이다.
연대측정의 정확성이 떨어짐에 따라 유역의 토양침식량을 보여주는 토사 퇴적률을 특정 시기별로 구할 수 없었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 다양한 연대측정 (Lead210, 바브 연대, 화산재층 연대 등)을 추가로 시도하여 식민점령 시대 이전과 이후의 고환경 변화를 보다 정밀하게 분석하고자 하였다. 분석결과 얻어진 정밀한 연대자료를 바탕으로, 점령 이전과 이후의 토사 퇴적률을 구하여 환경 훼손의 시기별 특징을 살펴보는 것이 본 연구의 핵심이다.

가설 설정

따라서 같은 장소의 퇴적물 시료들에서는 거의 비슷한 값이 나타난다. 그리고 supported “opb 의 활동도를 %6Ra 의 활동도와 같다고 가정하여, 연대를 측정할 때 supported 210Pb 대신 226Ra의 활동도를 활용한다. 우리에게 중요한 unsupported 210Pbfe- 또한 excess mpb 라고 불리며, 그 활동도 값은 mpb 의 총활동도(즉, granddaughter 인 2iopo의 활동도)에서 supported 210Pb5] 활동도(즉, 끄6Ra 활동도)를 제하면 얻을 수 있다.

제안 방법

그리고 연대분석 결과와 작열감량 분석 결과를 기초로 토사유입량 변화 추이를 복원했다. 호수로의 토사 유입량은 유역 내에서 인간의 농경 및 목축 활동으로 인한 침식의 정도에 따라 변화한다.
측정된 유기물량 및 탄산염량(g/cm³)과 그로부터 얻어진 토사량(g/cm³)을, 시료채취지점별 퇴적률(yr/cm) 로 나누어서 각각의 유입량(以cm²/yr)을 얻었고 이를 미터로 환산g/nX/yr)했다(Figure 6). 그리고 위 4개 시기별로 토사유입량의 변화를 살펴보았다. 시기별 토사 유입량은 75。BC-AD 680에는 317g/m2/yr, AD 680-1550에는 156g/m2/yr, AD 1550-1810에는 177g/m2/yr, 마지막 AD 1810-1950에는 389g/m2/yr 로 산출되었다(Table 3).
Figure 3은 2001 코어의 상부와 2004 코어가 어떻게 연결되는지 보여주고 있다. 두 개의 코어를 세심하게 비교한 후, 2001 코어의 208cm 및 287cm 깊이 연대치를 2004 코어의 227cm 및 322cm 깊이의 연대로 활용하였다. 또한 Lead210 연대, 바브 연대, 화산재층 연대 측정을 추가로 실시하여 상부 퇴적층의 정확한 연대를 파악하고자 하였다.
2004년 6월에 다시 80cm 길이의 퇴적물 코어 8개를 채취하였는데 오버랩되는 부분을 제외한 퇴적물의 총길이는 397cm에 이른다. 두 코어링 작업에서 모두 내부에 플라스틱 관을 장착한 개량 리빙스턴 코어러를이용하였으며, 부드러운 퇴적층으로 인해 호수 중앙으로 나가기가 불가능한 상황이 었기 때문에 물이 완전히 말라버린 호수 가장자리에서 채취하였다. 실험실에 가져온 모든 퇴적물 코어들은 정중앙을 절단하여 2개의 반쪽 코어로 만들었다.
mpb의 총 활동도(activity)는 mpb와 안정적인 평형상태로 동일한 값을 갖는 210Po(2WPb의 granddaughter)# 측정하여 얻었다. 바브를 분석할 때에는 전체 바브 구간의 바브층 수 및 각 층의 두께를 보다 정확하게 측정하기 위해 NIH image 소프트웨어를 활용하였다. 마지막으로, 동일한 지역에서 연구를 수행하고 있는 독일의 포츠담 지구과학 연구센터의 도움을 얻어 2004 코어에 분포하고 있는 3개의 화산재층에 대한 정보 및 연대를 얻을 수 있었다.
박정재(2005)의 화분 및 포자 분석 결과를 토대로 퇴적물 코어 전체를 4개 시기(AD 1810-1950, AD 1550- 1810, AD 680-1550, 750 BC-AD 680)로 나누었다. 여기서 두 번째와 세 번째 시기를, 바브층이 시작하는 연대인 AD 1600년 경이 아니라 AD 1550년을 기준으로 나눈 이유는 이 시기부터 균류포자(Sporormiella spp.
또한 퇴적물 코어의 상층부에 다수의 연대 분석을 시도하여 연대의 정확성을 높였기 때문에 질 높은 연구결과를 기 대할 수 있다(Figure 5). 시기별 토사유입량의 변화를 알아보기 위해 작열감량 분석을 수행했다. 작열감량을 거쳐 유기물과 탄산염이 제거되고 최종적으로 남은 물질을 외부에서 유입된 토사량으로 간주했다(Ohara et al.
이외에도 Lead21。, 화산재층 바브층 자료의 분석을 통해, 바브층이 끝나는 연대치(약 1950 년), 옥수수 화분이 재출현하는 연대치(약 1810년)(박정재, 2005)와 바브 층이 처음으로 시작되는 연대치(약 1600년)를 알 수 있었다. 엑스레이 사진에서 나타나는바브층의 음영차이를 NIH프로그램을 통해 분석하여바브층의 수와 두께를 측정하였다. 간혹 바브가 뚜렷하게 나타나지 않는 부분이 있어 정확성을 100% 확신할 수 없으나 수차례의 측정을 통해 정확도를 향상시키고자 노력했다.
이를 통해 시기별로 상이한 토양 침식 정도를 정확하게 파악할 수 있기 때문이다. 우선 2005년 연구에서 사용된 AMS 연대측정자료(4개 연대치)의 정확성을 높이기 위해, 2001 코어의 AMS 연대측정치들(Park, 2005)중 시기가 해당되는 2개 연대치를 추가하였다(Table 1). Figure 3은 2001 코어의 상부와 2004 코어가 어떻게 연결되는지 보여주고 있다.
2005년도 연구와 달리 본 연구의 목적인 퇴적율 분석을 수행하기 위해서는 슬럼프 최밑단의 정확한 깊이와 슬럼프가 발생한 연대를 파악하는 것이 우선적으로 필요했다. 이를 위해 교란층과 비교란층의 경계로 추정되는 부분에 Lead210 분석을 집중적으로 실시하였다.
실험실에 가져온 모든 퇴적물 코어들은 정중앙을 절단하여 2개의 반쪽 코어로 만들었다. 이후 각 코어의 드러난 면에서 보이는 특성을 기술하고, 엑스레이 및 디지털 근접 사진을 촬영하였다. 2개의 반쪽 코어 중 하나를 2005년 분석에 이용하였으며(박정재, 2005), 이때 추후 연구분석을 위해 냉장실에 보관하였던 다른 반쪽 코어를 이번 연구에 활용하였다.
)가 갑자기 많이 출현하여 본격적인 목축의 시작 시기로 여겨지기 때문이다(Figure 5)(박정재, 2005). 측정된 유기물량 및 탄산염량(g/cm³)과 그로부터 얻어진 토사량(g/cm³)을, 시료채취지점별 퇴적률(yr/cm) 로 나누어서 각각의 유입량(以cm²/yr)을 얻었고 이를 미터로 환산g/nX/yr)했다(Figure 6). 그리고 위 4개 시기별로 토사유입량의 변화를 살펴보았다.
퇴적물 코어들의 탄소연대측정을 위해 2001 코어의 7개 지점, 2004 코어의 4개 지점에서 각각 2cm 두께의 퇴적물을 채취한 후 125/m 시브를 이용해서 두세 차례 걸러내고 피펫으로 충분한 양의 세립탄편을 모았다빅정재, 2005; Park, 2005). 모은 세립 탄편 샘플들은로렌스 리버모어 국립 연구소(CAMS)와 우즈홀 해양연구소(NOSAMS)로 보내 AMS 탄소 연대치를 얻었다.
전체 퇴적물 코어에서 4cm 간격으로 총 74개의 시료를 채취하여 분석하였다. 퇴적물의 수분량을 재기 위해 24시간 동안 섭씨 100도 건조시켰고 유기물량과 탄산염량을 측정하기 위해 각각 1시간 동안 섭씨 550도, 1시간 동안 섭씨 1000도의 열을 가했다. 전체 건조량에서 유기물량과 탄산염량을 제하면 순수하게 외부에서 유입된 토사량을 얻을 수 있다.

대상 데이터

이후 각 코어의 드러난 면에서 보이는 특성을 기술하고, 엑스레이 및 디지털 근접 사진을 촬영하였다. 2개의 반쪽 코어 중 하나를 2005년 분석에 이용하였으며(박정재, 2005), 이때 추후 연구분석을 위해 냉장실에 보관하였던 다른 반쪽 코어를 이번 연구에 활용하였다.
Lead210 연대측정을 위해 2004 코어의 79cm 깊이에서 129cm 깊이까지 3cm-10cm 간격으로 총 10개의 시료를 퇴적물 코어로부터 채취하여, 캐나다 위니펙시에 위치한 플럿연구소(Flett Research Ltd.)에 분석을 의뢰하였다. mpb의 총 활동도(activity)는 mpb와 안정적인 평형상태로 동일한 값을 갖는 210Po(2WPb의 granddaughter)# 측정하여 얻었다.
2005; Park, 2005). 모은 세립 탄편 샘플들은로렌스 리버모어 국립 연구소(CAMS)와 우즈홀 해양연구소(NOSAMS)로 보내 AMS 탄소 연대치를 얻었다. 그리고 Stuiver et al.
구해야 한다. 전체 퇴적물 코어에서 4cm 간격으로 총 74개의 시료를 채취하여 분석하였다. 퇴적물의 수분량을 재기 위해 24시간 동안 섭씨 100도 건조시켰고 유기물량과 탄산염량을 측정하기 위해 각각 1시간 동안 섭씨 550도, 1시간 동안 섭씨 1000도의 열을 가했다.

이론/모형

모은 세립 탄편 샘플들은로렌스 리버모어 국립 연구소(CAMS)와 우즈홀 해양연구소(NOSAMS)로 보내 AMS 탄소 연대치를 얻었다. 그리고 Stuiver et al. (1998)에 의해 만들어진 CALIB 4.4에 연대치를 입력하여 프로그램이 산출해 낸 중앙값(median)을 교정 연대(Calibrated age)로 삼았다(박정재, 2005; Park, 2005), 본 연구를 위해서는 2004 코어의 탄소연대치 4개와 2001 코어의 연대치 7개 중 2 개를 활용한다.

성능/효과

Table 2의 분석결과에 따르면, 6번 시료의 연대가 경계 연대와 약 32년 차이가 나므로, 경계연대는 1985년 정도이며, 결국 호수밑바닥에 슬럼프가 쌓인 것은 지진으로 인한 충격 때문이었다는 사실을 밝힐 수 있었다. 이외에도 Lead21。, 화산재층 바브층 자료의 분석을 통해, 바브층이 끝나는 연대치(약 1950 년), 옥수수 화분이 재출현하는 연대치(약 1810년)(박정재, 2005)와 바브 층이 처음으로 시작되는 연대치(약 1600년)를 알 수 있었다. 엑스레이 사진에서 나타나는바브층의 음영차이를 NIH프로그램을 통해 분석하여바브층의 수와 두께를 측정하였다.
하지만 앞에서 언급한 바와 같이 마르 분화구의 지형 특성상 가축을 끌고 내부로 진입하기가 쉽지 않았기 때문에 목축의 흔적이 안 나타났을 가능성이 높다. 결론적으로 1) 원주민의 농경 활동도 환경에 영향을 미쳤고, 2) 스페인인들의 도착 이후 옥수수 농경으로 인한 환경훼손이 가장 심했으며, 3) 스페인인의 목축활동으로 인한 환경훼손은 그리 심하지 않았으나, 이는 연구지역의 특성상 그 시기 멕시코 중부고산지대의 일반적인 상황과는 차이가 있었을 것으로 사료된다.
사실 2005년도 연구에서는 퇴적물 코어에서 보이는 바브층 하나하나가 정확하게 1년을 의미하는지 확신할 수 없어 연대자료로써 가치가 제한적이었다. 그러나 화산재층 연대 분석결과와바브구간을 비교하여 바브층 하나하나가 매년 형성된 것이라는 사실을 확인할 수 있었다.
링컨데파랑게오에서 원주민들의 이주 후에도 지속적으로 토사유출이 일어난 정황으로 볼 때, 원주민들의 농경 및 거주로 인해 유역의 생태계가 상당 부분 훼손된 사실은 부인하기 힘들 듯하다. 그리고 파츠쿠아로 호수 퇴적물의 분석결과에서는 보이지 않으나, 링컨데파랑게오 호수 퇴적물에서는 AD 1810년(140 BP)에 재개된 옥수수 농경의 흔적, 즉 이시기 토사유입량이 갑작스럽게 상승하는 모습을 확인할 수 있다.
퇴적률이 높아서 고해상의 복원이 가능한 시료를 활용했기 때문에, 최근에 일어난 여러 환경변화가 비교적 세밀하게 복원되었다. 또한 여러 종류의 연대분석을 다각적으로 시도한 결과, 퇴적물 시료가 원천적으로 갖고 있었던 연대 문제가 해결되면서 보다 정확한 고환경 정보를 획득할 수 있었다.
예상대로 1985년에 발생한 멕시코 지진으로 슬럼프가 호저로 유입되었다는 사실과, 따라서 비교란 부와 슬럼프 간의 경계는 녹색층의 최상층(85cm)이며 그 연대는 1985년이라는 사실을 명확하게 확인할 수 있었다. 또한 퇴적물내 각각의 바브층이 나무의 나이테와 같이 1년을 의미한다는 사실을 Lead210 연대 분석을 통해 입증할 수 있었으며, 바브층이 갖고 있는 연대정보를 이용하여 지역에서 옥수수 농경이 다시 활성화된 시기도 밝힐 수 있었다. 이와 같이 다양하고 상호보완적 인 연대 측정은 정확한 고환경 복원에 필수적이라고 할 수 있다.
바브를 분석할 때에는 전체 바브 구간의 바브층 수 및 각 층의 두께를 보다 정확하게 측정하기 위해 NIH image 소프트웨어를 활용하였다. 마지막으로, 동일한 지역에서 연구를 수행하고 있는 독일의 포츠담 지구과학 연구센터의 도움을 얻어 2004 코어에 분포하고 있는 3개의 화산재층에 대한 정보 및 연대를 얻을 수 있었다.
호수로의 토사 유입량은 유역 내에서 인간의 농경 및 목축 활동으로 인한 침식의 정도에 따라 변화한다. 분석 결과 원주민들의 농경활동으로 인한 침식은 상당한 수준이었으며 스페인인들의 목축활동으로 인한 침식은 예상보다 적었다. 하지만 이러한 분석결과가 나온 이유는 호수의 규모가 작고 접근성이 나빠서 목축활동이 활발하게 이루어지지 않았기 때문일 가능성이 높다.
한편, 비교란부 최상층의 절대연령은 Lead210 및바브층 분석결과와 화산재층 연대 정보를 이용하여 밝혀냈다. 예상대로 1985년에 발생한 멕시코 지진으로 슬럼프가 호저로 유입되었다는 사실과, 따라서 비교란 부와 슬럼프 간의 경계는 녹색층의 최상층(85cm)이며 그 연대는 1985년이라는 사실을 명확하게 확인할 수 있었다. 또한 퇴적물내 각각의 바브층이 나무의 나이테와 같이 1년을 의미한다는 사실을 Lead210 연대 분석을 통해 입증할 수 있었으며, 바브층이 갖고 있는 연대정보를 이용하여 지역에서 옥수수 농경이 다시 활성화된 시기도 밝힐 수 있었다.
위 내용을 종합하자면, 스페 인인의 목축활동이 활발했던 시기(Zone 3)에는 환경파괴라고 할만한 침식은 없었던 반면, 원주민들의 농경활동이 활발했던 시기 (Zone 1)에는 침식량이 많았다. 한편, 옥수수 농경이 재개된 시기(Zone 4)에는 침식량이 매우 빠르게 증가하고 있다.
캐나다의 플렛연구소에 의뢰한 10개의 시료들 중 1 번 및 2번 시료(79-80cm 와 83-84cm 깊이)는 3번 시료(86-87cm 깊이)보다 활동도(activity)가 매우 낮게 나타나 외부에서 유입된 교란 물질임이 확인됐다 (Table 2). 즉, 예상대로 녹색층이 비교란 퇴적물의 최상부가 맞으며 그 위의 바브층은 다른 지역에서 유입된 물질인 셈이다.
호야링컨데파랑게오 호수퇴적물을 분석한 결과 시기별 토사유입량을 구할 수 있었다(Table 3). 우선 이해를 돕기 위해 1 번부터 4번까지의 Zone 별로 이 지역의 상황을 설명한다.

후속연구

호야링컨데파랑게오 호수로의 접근성이 좋지 않고 그 유역의 크기가 작아서 목축 활동을 하기에 용이하지 않았기 때문이라고 생각된다. 또는 Butzer가 주장한 바대로 이 시기에 전체적으로 목축으로 인한 환경파괴 정도가 그리 심각하지 않았다고 해석해 볼 수도 있는데, 넓은 연구지 역으로부터 보다 많은 연구결과가 축적되어야 이에 대한 확답을 내릴 수 있을 듯하다. 왜냐하면 멕시코지역에서 목축으로 인한 초지파괴 등의 생태계 변화의 흔적은 여러 곳에서 광범위하게 발견되기 때문이다.
폭발에 강도에 대한 정확한 정보가 없어 폭발 기간의 중간인 1767년을 호루요 층의 연대로 삼았다(Figure 5). 한편, 본 연구에서 사용한 퇴적물 코어는 상부에 뚜렷한 바브층을 갖고 있어 이를 연대 추정에 적절하게 활용할 수 있다. 사실 2005년도 연구에서는 퇴적물 코어에서 보이는 바브층 하나하나가 정확하게 1년을 의미하는지 확신할 수 없어 연대자료로써 가치가 제한적이었다.

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