CTD를 이용하여 용존산소의 농도에 대한 연속적인 관측이 이루어지면서 용존산소 농도 분포의 fine structure에 대한 연구가 가능해졌다. 뿐만 아니라 altimeter로부터 해저 퇴적물 표면에 최대한 가까이 까지 관측이 가능해짐에 따라 해저 경계면에서의 용존산소 농도 분포에 대한 정보를 얻을 수 있게 되었다. 지금까지 동해 울릉분지의 용존 산소 농도의 수직 분포는 동해 북부의 일본 분지와는 수심 300 m 이하에서는 수심에 따라 지속적으로 감소하는 형태를 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 2005년부터 2006년까지 6회에 걸쳐 수심이 1000 m보다 깊은 지역에서 해저퇴적물 상부 100 m 이내의 수심까지 용존산소를 관측한 결과, 울릉분지 내의 용존 산소 농도의 수직분포형태는 3가지로 분류된다. 첫 번째는 지금까지 알려진 바와 같이 수심에 따라 지속적으로 감소하는 형태(Type-1), 두 번째는 Type-1과 같은 형태를 보이다가 해저 경계면 근처에서 급격히 산소의 농도가 줄어드는 형태(Type-2), 세 번째는 해저 경계면 상층에 용존산소 농도의 최소층이 존재하는 형태(Type-3)이다. 울릉분지 수심 1000 m 이상되는 지역에서는 분지 전반에 걸쳐 Type-2 형태로 분포하고 Ulleung Interplane Gap을 포함하여 일본 분지와 가까운 지역에서는 Type-1, 독도 인근 해역에서는 Type-3 형태의 분포를 보인다. 표층 퇴적물에서 유기물 분해를 전제로 해저 경계면의 용존 산소 분포를 이용하여 계산된 표층 퇴적물의 산소 소모율은 $0.2{\sim}5.8\;mmol\;m^{-2}d^{-1}$로 실제 퇴적물 배양을 통해 얻은 산소 소모율 약 $1{\sim}9\;mmol\;m^{-2}d^{-1}$(정 등 2009; 이 등 2010b)와 일치하는 것으로 미루어 볼 때, 울릉분지의 전반에 걸쳐 Type-2와 같은 형태의 분포를 보이는 것은 울릉분지의 표층 퇴적물에서 높은 농도를 보이는 유기물의 분해가 일차적으로 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
CTD를 이용하여 용존산소의 농도에 대한 연속적인 관측이 이루어지면서 용존산소 농도 분포의 fine structure에 대한 연구가 가능해졌다. 뿐만 아니라 altimeter로부터 해저 퇴적물 표면에 최대한 가까이 까지 관측이 가능해짐에 따라 해저 경계면에서의 용존산소 농도 분포에 대한 정보를 얻을 수 있게 되었다. 지금까지 동해 울릉분지의 용존 산소 농도의 수직 분포는 동해 북부의 일본 분지와는 수심 300 m 이하에서는 수심에 따라 지속적으로 감소하는 형태를 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 2005년부터 2006년까지 6회에 걸쳐 수심이 1000 m보다 깊은 지역에서 해저퇴적물 상부 100 m 이내의 수심까지 용존산소를 관측한 결과, 울릉분지 내의 용존 산소 농도의 수직분포형태는 3가지로 분류된다. 첫 번째는 지금까지 알려진 바와 같이 수심에 따라 지속적으로 감소하는 형태(Type-1), 두 번째는 Type-1과 같은 형태를 보이다가 해저 경계면 근처에서 급격히 산소의 농도가 줄어드는 형태(Type-2), 세 번째는 해저 경계면 상층에 용존산소 농도의 최소층이 존재하는 형태(Type-3)이다. 울릉분지 수심 1000 m 이상되는 지역에서는 분지 전반에 걸쳐 Type-2 형태로 분포하고 Ulleung Interplane Gap을 포함하여 일본 분지와 가까운 지역에서는 Type-1, 독도 인근 해역에서는 Type-3 형태의 분포를 보인다. 표층 퇴적물에서 유기물 분해를 전제로 해저 경계면의 용존 산소 분포를 이용하여 계산된 표층 퇴적물의 산소 소모율은 $0.2{\sim}5.8\;mmol\;m^{-2}d^{-1}$로 실제 퇴적물 배양을 통해 얻은 산소 소모율 약 $1{\sim}9\;mmol\;m^{-2}d^{-1}$(정 등 2009; 이 등 2010b)와 일치하는 것으로 미루어 볼 때, 울릉분지의 전반에 걸쳐 Type-2와 같은 형태의 분포를 보이는 것은 울릉분지의 표층 퇴적물에서 높은 농도를 보이는 유기물의 분해가 일차적으로 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다.
General consensus on typical vertical profile of dissolved oxygen in the Ulleung Basin is that dissolved oxygen concentration beyond 300 m decreases with increasing depth. However, the results of our observations in 2005 and 2006 revealed three different dissolved oxygen distribution types in the de...
General consensus on typical vertical profile of dissolved oxygen in the Ulleung Basin is that dissolved oxygen concentration beyond 300 m decreases with increasing depth. However, the results of our observations in 2005 and 2006 revealed three different dissolved oxygen distribution types in the deep layer of the Ulleung Basin. The first type showed oxygen concentration decreasing with increasing depth (Type-1), the second showed oxygen concentration decreasing very sharply near the bottom boundary layer but constant in the bottom adiabatic layer (Type-2), the final was of the oxygen minimum layer above the bottom boundary layer (Type-3). Type-2 was the most common pattern in the Ulleung Basin. Type-1 was most common close to the Japan Basin, including the Ulleung Interplane Gap, while Type-3 was found around Dok do. Oxygen Consumption Rate (OCR) at surface sediment estimated using the dissolved oxygen distribution at the bottom boundary layer was $0.2{\sim}5.8\;mmol{\cdot}m^{-2}d^{-1}$, which coincided with OCR from direct sediment incubation. This implies that organic matter decomposition at surface sediment may play an important role in dissolved oxygen distribution patterns at the bottom boundary layer of the Ulleung Basin.
General consensus on typical vertical profile of dissolved oxygen in the Ulleung Basin is that dissolved oxygen concentration beyond 300 m decreases with increasing depth. However, the results of our observations in 2005 and 2006 revealed three different dissolved oxygen distribution types in the deep layer of the Ulleung Basin. The first type showed oxygen concentration decreasing with increasing depth (Type-1), the second showed oxygen concentration decreasing very sharply near the bottom boundary layer but constant in the bottom adiabatic layer (Type-2), the final was of the oxygen minimum layer above the bottom boundary layer (Type-3). Type-2 was the most common pattern in the Ulleung Basin. Type-1 was most common close to the Japan Basin, including the Ulleung Interplane Gap, while Type-3 was found around Dok do. Oxygen Consumption Rate (OCR) at surface sediment estimated using the dissolved oxygen distribution at the bottom boundary layer was $0.2{\sim}5.8\;mmol{\cdot}m^{-2}d^{-1}$, which coincided with OCR from direct sediment incubation. This implies that organic matter decomposition at surface sediment may play an important role in dissolved oxygen distribution patterns at the bottom boundary layer of the Ulleung Basin.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 CTD에 장착된 용존 산소 센서를 이용하여 동해 울릉분지의 해저 경계면에서의 용존산소 분포를 관측하여 그 분포 특성 및 원인에 대해 토의하고자 한다.
울릉 분지의 전반에 걸쳐 나타나는 Type-2의 분포형태를 보이는 이유를 살펴보기 위하여 몇 가지 가능한 요인에 대해 토의하고자 한다. 우선 가능한 이유는 물리적인 요인과 생지화학적인 요인으로 나누어 생각해 볼 수 있다.
가설 설정
Fig. 7에 도시한 바와 같이 저층수에서 C0 µmol kg−1의 농도로 거의 일정하게 유지되던 용존 산소의 농도가 퇴적물 표층에서(Z + dZ) m 위쪽에서부터 직선적으로 감소하여 표층 퇴적물 Z m 상부에 이르러 C µmol kg−1의 농도를 보이면서 이 농도가 해저 경계면(Bottom Adiabatic Layer)에 해당하는 퇴적물 표층까지 일정하게 유지된다고 가정하고, 표층 퇴적물에서 일어나는 유기물의 분해에 의해 소비되는 용존산소가 이러한 농도를 유지하게 만든다고 가정하였다.
제안 방법
2). 관측은 용존 산소 센서(SBE43)가 장착된 CTD(SBE911+)를 이용하여 해저 바닥면에 최대한 접근시켜 적어도 바닥면과 25 m 이내의 거리까지 관측하였다. 바닥면까지의 거리는 sonic altimeter(Benthos 836)를 이용하여 측정하였다.
관측은 용존 산소 센서(SBE43)가 장착된 CTD(SBE911+)를 이용하여 해저 바닥면에 최대한 접근시켜 적어도 바닥면과 25 m 이내의 거리까지 관측하였다. 바닥면까지의 거리는 sonic altimeter(Benthos 836)를 이용하여 측정하였다. 그러나 여기서 사용된 자료는 울릉분지의 수심 1000 m 이상되는 정점들 중 해저면까지 CTD의 관측이 이루어진 47개의 정점(Fig.
또한 최근 용존산소의 관측이 CTD에 장착된 센서를 이용하여 이루어지면서 기존의 채취된 해수를 분석할 때와는 달리 연속적으로 자료를 획득할 수 있게 되면서 용존산소의 수직 분포의 미세한 변화까지도 관측이 가능해졌다. 뿐만 아니라 음파를 이용한 altimeter를 CTD에 장착하여 사용하면서 해저 바닥면에 가까이까지 접근하여 관측이 이루어지게 되어 해저 경계면에서의 자료 획득이 가능해 지면서 새로운 현상을 발견할 수 있게 되었다.
연안역을 제외한 울릉분지내의 해저 경계면 부근에서의 용존 산소의 분포 양상을 알아보기 위하여 관측된 정점들 중 수심 1000 m 이상되는 정점 47개에 대하여(Fig. 2) 각 정점별 분포 양상을 알아보았다.
이를 보다 정량적으로 확인하기 위하여 실측된 자료를 토대로 간단한 모델을 만들어 해저 경계면 근처에서 얼마나 많은 양의 산소가 소모되어야 그와 같은 수직분포 형태를 보이는지 계산해 보았다.
해저 경계면의 두께(Z)와 저층수의 용존 산소 농도를 보이는 수심과의 차이 dZ를 관측된 값을 토대로 각각 20-100 m, 10-100 m로 변화시키면서 상수 K를 조절하여 C가 해저 경계면에서 관측되는 용존 산소의 평균값인 195.6 µmol kg−1 (SD = 3.3 µmol kg−1)에 일치하도록 하여 각각의 Z와 dZ에 해당하는 OR을 찾아내었다.
대상 데이터
2005년 10월부터 2006년 9월에 걸쳐 동해 울릉분지에서 5회에 걸쳐 총 104개의 정점에서 관측이 이루어졌다 (Fig. 2). 관측은 용존 산소 센서(SBE43)가 장착된 CTD(SBE911+)를 이용하여 해저 바닥면에 최대한 접근시켜 적어도 바닥면과 25 m 이내의 거리까지 관측하였다.
바닥면까지의 거리는 sonic altimeter(Benthos 836)를 이용하여 측정하였다. 그러나 여기서 사용된 자료는 울릉분지의 수심 1000 m 이상되는 정점들 중 해저면까지 CTD의 관측이 이루어진 47개의 정점(Fig. 2)을 대상으로 하였다. 자료가 이용된 정점에 관한 정보를 Table 1에 정리하였다.
성능/효과
CTD를 이용하여 용존산소의 농도에 대한 연속적인 관측이 이루어지면서 용존산소 농도 분포의 fine structure에 대한 연구가 가능해졌다. 뿐만 아니라 altimeter로부터 해저 퇴적물 표면에 최대한 가까이 까지 관측이 가능해짐에 따라 해저 경계면에서의 용존산소 농도 분포에 대한 정보를 얻을 수 있게 되었다. 지금까지 동해 울릉분지의 용존 산소 농도의 수직 분포는 동해 북부의 일본 분지와는 수심 300 m 이하에서는 수심에 따라 지속적으로 감소하는 형태를 보이는 것으로 알려져 있다.
후속연구
또한, 본 연구에서 사용된 자료 이전에 관측된 자료와 그 이후에 관측된 자료의 분석을 통하여 울릉분지 해저 경계면의 용존산소 분포의 시간에 따른 변화 연구도 흥미 있는 연구의 대상이 될 것으로 생각된다.
앞으로 이러한 울릉분지의 해저면 근처에서의 용존 산소의 산소 동위원소 측정과 benthic lander를 활용한 연구 (이 등 2010a)를 통해 이러한 현상에 대한 보다 정량적인 증거 자료를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용존산소의 수직 분포 형태를 어떻게 3가지의 형태로 나눌 수 있나?
5와 같이 3가지의 형태로 나눌 수 있다. 첫 번째는 과거에 알려진 대로 1000 m 보다 깊은 심층에서 수심에 따라 용존산소의 농도가 점진적으로 감소하는 형태로(Fig. 5a) 이를 Type-1이라 정의하였다. 두번째 분포 형태는 앞서 언급한 바와 같이 1000 m 보다 깊은 수심에서 수심에 따라 Type-1과 동일한 분포를 보이다가 해저 경계면 부근에서 급작스러운 감소를 보이는 형태로(Fig. 5b) 이를 Type-2로 정의하였다. 세 번째 경우는 특이한 분포 형태로 급격한 용존 산소의 농도 감소를 보이는 수심이 해저 경계면이 아닌 해저면 상층부에 위치하며 해저면 근처에서 오히려 용존산소가 증가하는 형태로(Fig. 5c) Type-3으로 정의하였다.
해양에서의 용존산소는 무엇에 의해 분포가 조절되나?
해양에서의 용존산소는 해양-대기 간의 기체 교환과 식물에 의한 광합성 그리고 각종 생물들의 호흡 즉, 유기물의 분해에 의해 그 분포가 조절된다. 광합성은 수층 내의 산소 농도를 증가시키며 주로 표층 해양, 유광대에서 이루어진다.
용존산소가 해양에서 일어나는 다양한 물리, 화학, 생물학적인 현상을 이해하는 데에 가장 중요한 관측 항목 중의 하나로 알려져 온 이유는?
그러나 동물에 의한 호흡작용과 미생물에 의한 유기물의 분해는 표층부터 저층에 이르기까지 비교적 고르게 이루어지며 용존 산소의 농도를 줄이는 방향으로 진행된다. 즉, 해양으로 산소의 공급은 해양-대기 상호작용을 통하여 대기로부터 공급되거나, 표층 유광대 내에서의 광합성에 의한 것으로 볼 수밖에 없다. 이러한 이유로 용존산소는 해양에서 일어나는 다양한 물리, 화학, 생물학적인 현상을 이해하는 데에 가장 중요한 관측 항목 중의 하나로 알려져 왔다.
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