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문제 정의
- 망간단괴의 기원과 성장은 주로 저층해류나 표층퇴적물에 포함된 금속성분과 같은 요인에 영향을 받지만, 이러한 광역적인 요인 이외에도 해저면의 지형과 기복, 퇴적률, 저층해류의 속도, 단괴 핵의 수와 특성, 단괴의 연령, 심해구릉과 해저산 사면의 사태, 저서생물 활동과 같은 지역적인 변화에 따라서도 달라진다(Skornyakova and Murdmaa, 1992). 이번 연구에서는 우리나라 광구지역 중의 하나인 KR1 지역에서 정밀수심 측량 지형조사와 망간단괴의 특성을 분석하여 지역적인 환경요인이 망간단괴의 성장과 분포에 어떤 영향을 미치는지를 파악하고자 한다.
제안 방법
- 용해가 끝난 후 증발시킨 후 1 M 염산으로 20분 이상 용출시켜 30 ml 폴리에틸렌 용기에 옮겨 담고 최종량이 20 g이 되도록 하였다. 그리고 원소에 따라 이 용액을 희석하여 한국해양과학기술원에 있는 유도결합 플라즈마 원자방출분광기(ICP-AES; Optima 3300DV, Perkin-Elmer Co.)로 분석하였다.
- 망간단괴 분석은 자유 낙하식 망간단괴 채취기(Free Fall Grab, FFG)를 이용하여 KR1 지역의 102개 정점에서 획득한 망간단괴 시료를 사용하여 망간단괴의 형태, 조직, 크기를 분류하였다. 망간단괴는 외형에 따라 세 축의 길이가 비슷한 구형(spheroidal, S-형), 한 축이 길고 두 축이 짧은 타원형(ellipsoidal, E-형), 두 축이 길고 한 축이 짧은 원반형(discoidal, D-형), 얇은 판 같은 모양의 평판형(tabular, T-형), 특정한 모양을 갖추지 않은 불규칙형(irregular, I-형), 그리고 몇 개의 단괴들이 서로 붙어서 산출되는 다단괴형(polybate, P형)등으로 구분하였다.
- 망간단괴 전암 화학분석은 퇴적물을 제거하고 오븐에서 건조시킨 망간단괴를 마노유발을 이용하여 분말화 하였으며, 분말시료를 가압용 테플론 용기에 넣고 불산과 염산을 넣어서 완전히 용해시켰다. 용해가 끝난 후 증발시킨 후 1 M 염산으로 20분 이상 용출시켜 30 ml 폴리에틸렌 용기에 옮겨 담고 최종량이 20 g이 되도록 하였다.
- 망간단괴 분석은 자유 낙하식 망간단괴 채취기(Free Fall Grab, FFG)를 이용하여 KR1 지역의 102개 정점에서 획득한 망간단괴 시료를 사용하여 망간단괴의 형태, 조직, 크기를 분류하였다. 망간단괴는 외형에 따라 세 축의 길이가 비슷한 구형(spheroidal, S-형), 한 축이 길고 두 축이 짧은 타원형(ellipsoidal, E-형), 두 축이 길고 한 축이 짧은 원반형(discoidal, D-형), 얇은 판 같은 모양의 평판형(tabular, T-형), 특정한 모양을 갖추지 않은 불규칙형(irregular, I-형), 그리고 몇 개의 단괴들이 서로 붙어서 산출되는 다단괴형(polybate, P형)등으로 구분하였다.
- 망간단괴의 표면조직은 육안관찰과 촉감을 기준으로, 단괴의 전 표면이 세립의 돌기들로 피복되어 있어 손을 대었을 때 거친 느낌을 주고 돌기들이 쉽게 부스러져 나오는 것을 r-형(rough type), 돌기들이 발달되어 있지 않아 표면이 매끈하며 비교적 단단한 느낌을 주는 것을 s-형(smooth type), 그리고 전술한 두 가지의 특성이 단괴의 상·하부에 따라 달리 나타나는 것을 d-형(dimorphic type)으로 구분하였고, 거친 형과 매끈한 형의 중간에 해당되는 것을 t-형(transitional type) 으로 구분하였다. 망간단괴의 크기분포는 FFG로 수거된 망간단괴를 장축을 기준으로 2 cm 간격으로 구분한 후 크기별로 각각의 분포를 백분율로 계산하여 표기하였다.
- 망간단괴의 표면조직은 육안관찰과 촉감을 기준으로, 단괴의 전 표면이 세립의 돌기들로 피복되어 있어 손을 대었을 때 거친 느낌을 주고 돌기들이 쉽게 부스러져 나오는 것을 r-형(rough type), 돌기들이 발달되어 있지 않아 표면이 매끈하며 비교적 단단한 느낌을 주는 것을 s-형(smooth type), 그리고 전술한 두 가지의 특성이 단괴의 상·하부에 따라 달리 나타나는 것을 d-형(dimorphic type)으로 구분하였고, 거친 형과 매끈한 형의 중간에 해당되는 것을 t-형(transitional type) 으로 구분하였다.
- 수심과 해저지형의 환경요인이 망간단괴의 성장과 분포에 영향을 미치는지를 파악하기 위하여 KR1 지역 102개의 정점에서 FFG를 이용하여 망간단괴를 회수하여 분석하였다. KR1-1 지역은 평균적으로 KR1-2 지역에 비해서 150 m 정도 수심이 깊은 지역이고, KR1-2 지역은 소규모 해저산이 많이 분포하는 지역이다.
- 우리나라의 단독개발광구를 확정하는 과정에서 수심 및 해저지형을 분석하였으며 망간단괴와 퇴적물도 광역적인 격자간격으로 시료를 채취하여 분석하였다. 따라서 단독개발광구가 확정되기 전까지는 주로 광역적인 자료가 취득되었다(Chi et al.
대상 데이터
- KR1 지역에서 수심과 경사도 등의 해저지형 관측은 한국해양과학기술원 온누리호에 탑재되어 있는 Kongsberg Simrad사의 다중빔 음향측심기 EM 120 장비를 사용하였다. EM120 장비는 종전의 SeaBeam 2000과 비교하여 총 빔의 개수가 191개로 종전의 121개에 비해 증가하였고, 조사선 운항 방향의 직각 방향 (across track)의 자료 획득 방식도 종전의 EquiAngular에서 Equi-distance 방법으로 크게 개선하였다.
- 연구지역은 대한민국 광구 중 북동쪽에 위치한 KR1 지역으로 북위 15°44'~16°55', 서경 125°20'~126°30'에 위치한다(Fig. 1).
- 연구지역은 하와이에서 동남쪽으로 약 2,000 km 떨어져 있고 동태평양 해령(East Pacific Rise, EPR)으로부터 서쪽으로 약 2,500 km 떨어져 있는 북동 태평양의 클라리온-클리퍼톤 균열대에 위치한다. 대한민국 망간단괴 광구는 대략 북위 9~17°, 서경 125~136° 범위에 속한다.
데이터처리
- EM120 장비는 종전의 SeaBeam 2000과 비교하여 총 빔의 개수가 191개로 종전의 121개에 비해 증가하였고, 조사선 운항 방향의 직각 방향 (across track)의 자료 획득 방식도 종전의 EquiAngular에서 Equi-distance 방법으로 크게 개선하였다. 경사(slope) 분석은 EM 120에 의하여 획득된 수심 자료를 이용하였으며, 분석은 GIS 상용프로그램인 ArcGIS를 사용하였다.
성능/효과
- KR1 지역에서 수심과 경사도 등의 해저지형 관측은 한국해양과학기술원 온누리호에 탑재되어 있는 Kongsberg Simrad사의 다중빔 음향측심기 EM 120 장비를 사용하였다. EM120 장비는 종전의 SeaBeam 2000과 비교하여 총 빔의 개수가 191개로 종전의 121개에 비해 증가하였고, 조사선 운항 방향의 직각 방향 (across track)의 자료 획득 방식도 종전의 EquiAngular에서 Equi-distance 방법으로 크게 개선하였다. 경사(slope) 분석은 EM 120에 의하여 획득된 수심 자료를 이용하였으며, 분석은 GIS 상용프로그램인 ArcGIS를 사용하였다.
- 또한, 산출되는 망간단괴는 상호간에 외형, 조직, 크기 등의 상대적인 분포와 금속함량이 다르게 나타났다. KR1-1 지역에서는 원반형(D-형)의 외형과 망간단괴 상부에는 매끄럽고 하부에는 거친 이질형(d-형)의 표면조직의 망간단괴가 많이 산출되었으며, 지화학 분석 결과 Mn, Cu, Ni의 금속함량과 Mn/Fe가 높게 나타났다(Table 2). 반면에 KR1-2 지역에서는 불규칙형(I-형)의 외형과 매끄러운(s-형) 표면조직과 작고(0~2 cm) Fe의 함량이 높은 망간단괴가 많이 나타났다.
- KR1-1과 KR1-2 지역에서 가장 많이 나타나는 망간단괴의 외부형태는 다단괴형 (P-형)으로 KR2 지역의 망간단괴 외부형태 특성과 유사하게 나타났다(Table 2). KR1-1 지역에서 산출되는 원반형(D-형) 망간단괴는 KR2와 KR1-2 지역에 비해서 2배정도 많이 산출되었다.
- , 1983). 또한 Fe의 함량은 KR1-2 지역이 다소 높게 나타났으며, Co와 Fe의 함량은 수심과 약한 음(-)의 상관성이 나타났다. 이러한 관계 또한 태평양에서 망간단괴의 Co의 함량이 1%가 넘는 높은 함량이 나타나는 최적 수심은 800~1,850 m이며, Co는 해저산에서 높게 나타나며 수심이 깊어지면서 감소하는 경향과 일치한다(Mckelvey et al.
- 즉, KR1-1 지역은 소규모 해저산이 발달한 KR1-2 지역에 비해서 수심이 깊고, 뚜렷한 해저곡과 해저구릉이 발달해 있기 때문에 상대적으로 경사도가 높게 나타났다. 또한, 산출되는 망간단괴는 상호간에 외형, 조직, 크기 등의 상대적인 분포와 금속함량이 다르게 나타났다. KR1-1 지역에서는 원반형(D-형)의 외형과 망간단괴 상부에는 매끄럽고 하부에는 거친 이질형(d-형)의 표면조직의 망간단괴가 많이 산출되었으며, 지화학 분석 결과 Mn, Cu, Ni의 금속함량과 Mn/Fe가 높게 나타났다(Table 2).
- 즉, 유사한 경계선을 중심으로 KR1-1 지역에서는 D-형, E-형의 외형, d-형의 표면조직, 2~4 cm 크기의 망간단괴, Mn, Cu, Ni, Zn 등의 금속함량과, Mn/Fe, 망간단괴 부존률이 높게 나타나고, KR1-2 지역에서는 I-형, P-형의 외형과 s-형의 표면조직, 2 cm 이하의 망간단괴 크기, Fe의 함량이 높게 나타났다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 수심과 해저지형은 국부적으로 KR1 지역에서 망간단괴의 성장과 분포에 영향을 미친 것으로 판단된다.
- , 1989). 이러한 결과를 종합해보면 표면이 거친 KR1-1 지역에 분포하는 단괴가상대적으로 속성작용을 더 많이 받은 단괴로 볼 수 있다. 그러나 KR1-1 지역 망간단괴의 Mn, Cu, Ni의 금속함량은 일반적인 북쪽광구의 평균값보다는 높지만 남쪽광구의 전형적인 값보다는 작게 나타난다(Table 3).
- , 1996). 이번 연구지역에서 채취한 망간단괴에 대하여 화학조성을 표면조직에 따라 나누어 단괴의 성인을 분류할 수 있는 삼각도에 표시해보면 KR1-2 지역이 KR1-1 지역에 비해서 상대적으로 수성기원의 영향을 더 많이 받은 것으로 나타났다(Fig. 3). 또한 일반적으로 해저의 퇴적물이나 공극수에서 Mn은 Fe에 비해서 유동성이 크고, 농도가 높아 망간단괴에 공급될 수 있는 Mn의 양이 Fe보다 상대적으로 많기 때문에 속성기원의 단괴는 수성기원의 단괴보다 Mn/Fe 비가 높다(Takematsu et al.
- 정밀 해저지형도와 망간단괴 요인들의 분포도는 자료획득 과정이 전혀 다름에도 불구하고 망간단괴의 여러 요인별로 분석된 분포도에서 수심과 해저지형으로 구분한 KR1-1과 KR1-2와 비슷한 경계가 많이 나타났다(Fig. 5). 즉, 유사한 경계선을 중심으로 KR1-1 지역에서는 D-형, E-형의 외형, d-형의 표면조직, 2~4 cm 크기의 망간단괴, Mn, Cu, Ni, Zn 등의 금속함량과, Mn/Fe, 망간단괴 부존률이 높게 나타나고, KR1-2 지역에서는 I-형, P-형의 외형과 s-형의 표면조직, 2 cm 이하의 망간단괴 크기, Fe의 함량이 높게 나타났다.
- 5). 즉, 유사한 경계선을 중심으로 KR1-1 지역에서는 D-형, E-형의 외형, d-형의 표면조직, 2~4 cm 크기의 망간단괴, Mn, Cu, Ni, Zn 등의 금속함량과, Mn/Fe, 망간단괴 부존률이 높게 나타나고, KR1-2 지역에서는 I-형, P-형의 외형과 s-형의 표면조직, 2 cm 이하의 망간단괴 크기, Fe의 함량이 높게 나타났다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 수심과 해저지형은 국부적으로 KR1 지역에서 망간단괴의 성장과 분포에 영향을 미친 것으로 판단된다.
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