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가설 설정
- 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트와 녹니석 합의 상대적인 양은 각각 에틸렌 글리콜 처리된 시료의 X-선 회절분석도에서 17 Å (001) 피크 면적, 10 Å (001) 피크 면적, 7 Å 피크 면적을 합하여 100%로 가정하였다.
제안 방법
- X선 회절분석도에서 주요 점토광물들의 피크 면적은 구적계(Digitizing Area-liner MT-10S, ± 0.1%)를 사용하여 계산하였다.
- X선 회절분석은 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406Å)을 사용하여 35 mA, 40 kV 조건 아래에서 3∼30° 2Ɵ 범위를 분석하였다.
- 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트와 녹니석 합의 상대적인 양은 각각 에틸렌 글리콜 처리된 시료의 X-선 회절분석도에서 17 Å (001) 피크 면적, 10 Å (001) 피크 면적, 7 Å 피크 면적을 합하여 100%로 가정하였다. 각 광물의 고유한 피크 강도 차를 보정하기 위하여 계산된 피크 면적에 일정한 가중치(weighting factor; 스멕타이트 1, 일라이트 4, 녹니석과 캐올리나이트의 합 2)를 곱하였다(Biscaye, 1965). 한편 캐올리나이트와 녹니석의 비는 무처리된 시료의 X-선 회절분석도에서 캐올리나이트의 3.
- 원심분리기를 이용하여 4000 rpm으로 30분간 추출된 2 µm 이하의 점토 입자들을 농축시킨 후에, Stokke and Carson (1973)의 방법을 따라 슬라이드 글라스(slide glass) 위에 얇게 도포하는 “smear-on-glass slide” 방법을 이용하여 방향성 시료를 제작하여 점토광물 분석을 실시하였다. 대기 중에서 자연 건조시킨 슬라이드 글라스는 점토광물 동정과 반정량적 함량 분석을 위하여 경상대학교의 X-선 회절분석기(SIEMENS/BRUKER D5005)를 이용하여 분석한 후, Brunton (1955)에 의해 제안된 방법을 따라 60℃에서 24시간 동안 에틸렌 글리콜 처리(ethylene glycol)하고 다시 X-선 회절분석을 실시하였다. X선 회절분석은 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.
- 발산슬릿(divergence slit)은 1.0°, 수광슬릿(receiving slit)은 0.6°로 측정하였다.
- 베링해에서는 코아 PC25A에서 방사성 탄소동위원소 연대가 측정되지 않았기 때문에, 연대층서가 잘 설정된 인근에서 채취된 코아 PC23A (60° 09.52' N, 179° 27.82' W, 수심 1002 m)와 퇴적물의 색도(a*, b* 값) 및 엽리퇴적층(laminated sediment layer)의 대비를 이용하여 PC25A의 연대를 추정하였다(그림 3) (Itaki et al., 2009).
- 이 연구에서는 베링해 알류샨 분지(Aleutian Basin)의 북부 사면 지역에서 채취한 피스톤 코아(PC25A) 퇴적물의 점토광물 조성을 이용하여 지난 마지막 빙하기동안 고해양/고기후 환경 변화와 관련하여 점토광물의 기원지 및 유입 경로 변화를 해석하였다.
- 이들 연구 결과에 의하면 베링해 대륙붕 지역의 점토광물의 분포 양상은 대륙붕에서 북쪽으로 흐르는 표층 해류의 순환 경로와 밀접한 관계가 있다. 이러한 점토광물의 연구결과를 바탕으로 코아 PC25A 지역에 운반될 수 있는 점토 입자들과 관련된 주변 지역의 점토광물 조성을 정리하였다(표 1) (Naidu et al., 1982; Naidu and Mowatt, 1983).
- 점토광물의 동정은 대기중 건조시킨 시료와 에틸렌글리콜 처리된 시료의 X-선 회절분석도에 나타나는 광물 고유의 특징적인 피크를 기준으로 실시하였다(그림 2). 스멕타이트는 대기중 건조시킨 시료의 X-선 회절분석도에서 (001) 피크가 5.
- 코아 PC25A에서 코아 상부의 손실로 인해 홀로세의 점토광물 조성비를 알 수 없기 때문에, 인근 코아 MC24의 홀로세 퇴적물에서 점토광물을 분석하였다. 그 결과 홀로세기간동안 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트, 녹니석의 함량이 각각 14, 43, 14, 28%로 나타났으며, 캐올리나이트와 녹니석의 비는 0.
- 2 m이다. 코아는 선상에서 절개되어 암상의 특성을 기재하고 부시료를 채취한 후, 냉장 보관한 것을 이용하였다.
- 퇴적물 내의 유기물을 6% 과산화수소수를 이용하여 제거한 후, 63 µm 체를 사용하여 사질 퇴적물을 분리한 후, 남아있는 세립질 입자에 2% 확산제(sodium hexametaphosphate) 50 ml를 넣고 물을 500 ml까지 넣은 후, 유리막대로 잘 저어준 뒤 2 µm 이하의 점토 입자를 Stoke’s law를 이용하여 추출하였다.
대상 데이터
- 이 연구에서 이용된 코아 MR06-04 PC25A (60° 04.48' N, 179° 27.80' W, 수심 1158 m), PC23A (60° 09.52' N, 179° 27.82' W, 수심 1002 m), MC24 (60° 15.70' N, 179° 25.34' W, 수심 852 m)는 베링해의 알류샨 분지의 북부 사면에서 R/V Mirai호에 의해서 2006년 8월에 피스톤 코아러를 이용하여 채취되었으며(그림 1), 길이는 각각 17.5, 17.5, 0.2 m이다.
- 코아 PC25A의 퇴적율은 상부 3 m 구간은 약 60 cm/kyr로 매우 높으며 하부 15 m 구간은 약 35 cm/kyr로 감소한다. 점토광물 분석에 사용된 시료 구간 50 cm는 코아 깊이 3 m보다 상부 구간은 800년, 하부 구간은 1500년 간격에 해당된다.
- 코아 퇴적물은 부산대학교 공동실험실습관에서 동결 건조된 후 점토광물 분석을 위하여, 약 50 cm 간격으로 총 36개의 구간에서 선택되었다. 퇴적물 내의 유기물을 6% 과산화수소수를 이용하여 제거한 후, 63 µm 체를 사용하여 사질 퇴적물을 분리한 후, 남아있는 세립질 입자에 2% 확산제(sodium hexametaphosphate) 50 ml를 넣고 물을 500 ml까지 넣은 후, 유리막대로 잘 저어준 뒤 2 µm 이하의 점토 입자를 Stoke’s law를 이용하여 추출하였다.
이론/모형
- Biscaye (1965)의 방법을 따라 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트, 녹니석의 상대적 함량을 피크의 면적을 이용하여 반정량적으로 계산하였다. X선 회절분석도에서 주요 점토광물들의 피크 면적은 구적계(Digitizing Area-liner MT-10S, ± 0.
- 원심분리기를 이용하여 4000 rpm으로 30분간 추출된 2 µm 이하의 점토 입자들을 농축시킨 후에, Stokke and Carson (1973)의 방법을 따라 슬라이드 글라스(slide glass) 위에 얇게 도포하는 “smear-on-glass slide” 방법을 이용하여 방향성 시료를 제작하여 점토광물 분석을 실시하였다.
성능/효과
- 해수면이 가장 낮았던 마지막 최대 빙하기동안 스멕타이트 함량의 증가는 스멕타이트가 풍부한 남쪽의 Province 4에서 점토입자 퇴적물의 공급이 증가했기 때문으로 해석된다. MIS 3에서 MIS 2로 가면서 스멕타이트, 일라이트 함량이 감소한 반면, 녹니석의 함량은 증가하였다. 아마도 해수면이 낮아지고 더 추운 기후로 되면서 해빙의 형성 및 발달 지역이 점점 남쪽으로 확장되어 일라이트 함량이 풍부한 Province 1으로부터 유입되는 점토 퇴적물에 비해 남쪽에 위치한 Province 2와 Province 3으로부터 점토광물의 유입이 증가한 것으로 보인다.
- 지난 마지막 빙하기(60∼10 ka) 동안 스멕타이트 함량은 5∼24%, 일라이트 함량은 36∼58%, 캐올리나이트 함량은 9∼19%, 녹니석 함량은 21∼40%의 범위에서 변화한다. 각 점토광물의 평균 함량은 11, 47, 13, 29%로, 코아 MC24에서 분석된 홀로세기간과 비교하면 스멕타이트 함량이 감소했고, 일라이트 함량은 증가하였다. 캐올리나이트와 녹니석의 비는 0.
- 아마도 해수면이 낮아지고 더 추운 기후로 되면서 해빙의 형성 및 발달 지역이 점점 남쪽으로 확장되어 일라이트 함량이 풍부한 Province 1으로부터 유입되는 점토 퇴적물에 비해 남쪽에 위치한 Province 2와 Province 3으로부터 점토광물의 유입이 증가한 것으로 보인다. 결과적으로 코아 PC25A에서 분석된 점토광물 조성의 변화는 마지막 빙하기동안 기후변화와 관련된 해수면의 변동으로 인하여 점토광물의 이동과 관련된 베링해의 표층 해류 순환이 현재와는 다른 양상으로 변화되었기 때문으로 해석된다.
- 코아 PC25A에서 코아 상부의 손실로 인해 홀로세의 점토광물 조성비를 알 수 없기 때문에, 인근 코아 MC24의 홀로세 퇴적물에서 점토광물을 분석하였다. 그 결과 홀로세기간동안 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트, 녹니석의 함량이 각각 14, 43, 14, 28%로 나타났으며, 캐올리나이트와 녹니석의 비는 0.52로 계산되었다(표 1).
- 베링해 알류샨 분지의 북부 사면 지역에서 획득한 코아 PC25A의 점토광물 조성 변화 분석을 통해 지난 마지막 빙하기 동안의 점토광물의 기원지 및 운송 경로 변화를 복원할 수 있었다. 매우 높은 일라이트 함량이 특징적인 해수면이 급격히 상승한 홀로세 전기동안 일라이트 함량이 높은 고위도 지역 Province 1에서 융빙수의 유입에 의한 점토광물 공급이 우세한 반면, 해수면 상승 속도가 다른 BA 시기 동안에는 홀로세 전기에 비해 일라이트의 함량이 낮고, Province 2와 Province 3의 점토광물 조성과 비슷하기 때문에, Province 2와 Province 3으로부터 융빙수에 의한 점토광물의 유입이 증가했을 것으로 해석된다.
- (2008)은 지난 17,000년 동안 남중국해 남서쪽 지역의 퇴적물의 점토광물 조성 변화가 해수면의 변화에 따른 기원지 및 경로 변화에 기인된다고 발표하였다. 이상의 연구결과에서 알 수 있듯이, 해양퇴적물의 점토광물 조성과 함량의 시간적 변화는 고기후 및 고환경의 변화와 매우 밀접한 관련이 있다.
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