황해 남동부 흑산니질대 퇴적물의 분포, 지화학적 조성 및 퇴적물 기원지 Distribution Pattern, Geochemical Composition, and Provenance of the Huksan Mud Belt Sediments in the Southeastern Yellow Sea원문보기
대부분 니질 퇴적물로 구성된 황해 남동부 흑산니질대 퇴적물의 기원지를 밝히기 위해 퇴적물 시료에 대해 주성분 원소와 희토류 원소(REE)를 분석하였다. 표층 퇴적물 시료는 흑산니질대 내 51지점에서 피스톤식과 박스형 시료 채취기로 획득하였다. 흑산니질대의 표층퇴적물은 니 퇴적물이 우세하게 나타나며, 평균입도는 $5-6{\phi}$이다. 공간적으로 북쪽지역은 실트함량이 높고, 남쪽지역으로 갈수록 점토함량이 증가한다. 흥미롭게도 주성분 원소와 희토류 원소 함량 특성은 퇴적물 기원 해석에 있어 다른 결과를 가져왔다. Fe/Al과 Mg/Al 함량 비, $Al_2O_3$와 MgO 함량 비, $Al_2O_3$와 $K_2O$를 각각 도시한 결과, 흑산니질대 퇴적물은 한국 기원의 퇴적물이 우세한 것으로 나타났다. 하지만 희토류 원소의 특성은 중국 기원의 퇴적물이 우세함을 반영한다. 이러한 기원 불일치는 각 원소의 함량 조절요인이 다르기 때문이다. 주성분 원소는 입도와 높은 상관관계를 고려할 때 입도에 따라 그 함량이 영향을 받는 것으로 해석된다. 반면에 희토류 원소는 입도와는 상관관계가 낮으며, 중광물 함량에 의해 조절되는 것으로 사료된다. 이와 같이, 각기 다른 추적자에 따른 기원의 불일치를 해결하기 위해 추가적인 연구가 필요하다.
대부분 니질 퇴적물로 구성된 황해 남동부 흑산니질대 퇴적물의 기원지를 밝히기 위해 퇴적물 시료에 대해 주성분 원소와 희토류 원소(REE)를 분석하였다. 표층 퇴적물 시료는 흑산니질대 내 51지점에서 피스톤식과 박스형 시료 채취기로 획득하였다. 흑산니질대의 표층퇴적물은 니 퇴적물이 우세하게 나타나며, 평균입도는 $5-6{\phi}$이다. 공간적으로 북쪽지역은 실트함량이 높고, 남쪽지역으로 갈수록 점토함량이 증가한다. 흥미롭게도 주성분 원소와 희토류 원소 함량 특성은 퇴적물 기원 해석에 있어 다른 결과를 가져왔다. Fe/Al과 Mg/Al 함량 비, $Al_2O_3$와 MgO 함량 비, $Al_2O_3$와 $K_2O$를 각각 도시한 결과, 흑산니질대 퇴적물은 한국 기원의 퇴적물이 우세한 것으로 나타났다. 하지만 희토류 원소의 특성은 중국 기원의 퇴적물이 우세함을 반영한다. 이러한 기원 불일치는 각 원소의 함량 조절요인이 다르기 때문이다. 주성분 원소는 입도와 높은 상관관계를 고려할 때 입도에 따라 그 함량이 영향을 받는 것으로 해석된다. 반면에 희토류 원소는 입도와는 상관관계가 낮으며, 중광물 함량에 의해 조절되는 것으로 사료된다. 이와 같이, 각기 다른 추적자에 따른 기원의 불일치를 해결하기 위해 추가적인 연구가 필요하다.
In order to determine the provenance of the Huksan Mud Belt sediments in the southeastern Yellow Sea, the major and rare earth elements of the same sediments were analyzed. The surface sediments were sampled from top of piston-cores and box-cores taken at 51 sites within the Huksan Mud Belt. With th...
In order to determine the provenance of the Huksan Mud Belt sediments in the southeastern Yellow Sea, the major and rare earth elements of the same sediments were analyzed. The surface sediments were sampled from top of piston-cores and box-cores taken at 51 sites within the Huksan Mud Belt. With the mean grain size of $5-6{\phi}$, the sediments of the study area are mud-dominated. The spatial distribution patterns show that silt content is high in the northern Mud Belt, whereas clay content increases as it moves toward the southern Mud Belt. Interestingly, the geochemical compositions both of major and rare earth elements have resulted in differences of sediment provenance. Among the major elements, plots of Fe/Al vs. Mg/Al ratios, $Al_2O_3$ vs. MgO ratios, and $Al_2O_3$ vs. $K_2O$ reveal that the Huksan Mud Belt sediments are dominated by the Korean river-derived sediments. However, the characteristics of rare earth elements infer sediments originating from the Chinese rivers. This discrepancy between the above provenances is attributed to the different contributory factors in the content of chemical elements. Considering strong correlation between major elements with grain sizes, the contents of the major elements are thought to be influenced by the grain size. However, there is a weak correlation between rare earth elements and grain sizes. The behaviour of rare earth elements may be controlled by heavy minerals, rather than grain sizes. Further study requires to solve the discrepancy arose from the difference in applied chemical tracers.
In order to determine the provenance of the Huksan Mud Belt sediments in the southeastern Yellow Sea, the major and rare earth elements of the same sediments were analyzed. The surface sediments were sampled from top of piston-cores and box-cores taken at 51 sites within the Huksan Mud Belt. With the mean grain size of $5-6{\phi}$, the sediments of the study area are mud-dominated. The spatial distribution patterns show that silt content is high in the northern Mud Belt, whereas clay content increases as it moves toward the southern Mud Belt. Interestingly, the geochemical compositions both of major and rare earth elements have resulted in differences of sediment provenance. Among the major elements, plots of Fe/Al vs. Mg/Al ratios, $Al_2O_3$ vs. MgO ratios, and $Al_2O_3$ vs. $K_2O$ reveal that the Huksan Mud Belt sediments are dominated by the Korean river-derived sediments. However, the characteristics of rare earth elements infer sediments originating from the Chinese rivers. This discrepancy between the above provenances is attributed to the different contributory factors in the content of chemical elements. Considering strong correlation between major elements with grain sizes, the contents of the major elements are thought to be influenced by the grain size. However, there is a weak correlation between rare earth elements and grain sizes. The behaviour of rare earth elements may be controlled by heavy minerals, rather than grain sizes. Further study requires to solve the discrepancy arose from the difference in applied chemical tracers.
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문제 정의
따라서, 이 연구는 분석 시료와 분석 항목의 차이에서 기인하는 영향을 최소화하고자 흑산니질대의 니질 퇴적물에서 동일한 시료를 대상으로 각각 주성분 원소와 희토류 원소를 분석하여, 니질 퇴적물의 기원에 대해 토의하였다. 특히, 주성분 원소와 희토류 원소 분석에 따른 기원지 해석의 불일치에 대하여 논하였다.
특히, 주성분 원소와 희토류 원소 분석에 따른 기원지 해석의 불일치에 대하여 논하였다. 마지막으로, 단일 니질대 내에서 공간적으로 지화학적 특성의 차이가 나타나는지를 밝혔다.
따라서, 이 연구는 분석 시료와 분석 항목의 차이에서 기인하는 영향을 최소화하고자 흑산니질대의 니질 퇴적물에서 동일한 시료를 대상으로 각각 주성분 원소와 희토류 원소를 분석하여, 니질 퇴적물의 기원에 대해 토의하였다. 특히, 주성분 원소와 희토류 원소 분석에 따른 기원지 해석의 불일치에 대하여 논하였다. 마지막으로, 단일 니질대 내에서 공간적으로 지화학적 특성의 차이가 나타나는지를 밝혔다.
제안 방법
위의 주성분 원소 함량 분석과 마찬가지로 흑산니질대에서 공간적인 희토류 원소 분포 특성을 알아보았다. 흑산니질대 북쪽과 남쪽 퇴적물의 희토류 원소 분포 양상은 북쪽 퇴적물이 전체적으로 높은 부화된 값을 보이고, 중희토류원소에서 한국과 중국 기원 퇴적물보다 높은 분포양상이 나타난다(Fig.
전처리를 마친 시료는 4 φ (0.0625 mm)체를 이용하여 습식 체질을 한 후, 조립질 퇴적물은 로탭 진탕기(RoTap Sieve Shaker)를 사용하여, 세립질 퇴적물은 2%확산제(Sodium Hexametaphosphate)를 첨가한 후 자동입도분석기(Sedigraph 5100)를 사용하여 0.25 φ 간격으로 분석하였다.
주성분 원소 함량 특성에 따른 흑산니질대 퇴적물의 기원지를 추정하기 위해 Lim et al. (2007b)에서 제시한 입도보정을 통한 Fe/Al과 Mg/Al 함량 비, Al2O3와 MgO 함량 비를 각각 도시하였다(Fig. 4). 일반적인 Fe/Al과 Mg/Al 함량 비를 도시한 경우, 흑 산니질대 퇴적물은 한국과 중국 기원의 퇴적물 사이에 위치하지만 명확히 구분되지 않는다(Fig 4a).
1b). 퇴적물의 입도분석은 Carver(1971)의 표준입도분석 절차에 따라 따라붓기를 실시 하여 염분을 제거하고 6%의 과산화수소수를 첨가, 유기물을 제거한 후 약 60o C의 중탕기에서 1-2시간가열하여 남아있는 과산화수소수를 제거하였다. 이후 10%의 염산을 첨가하여 탄산염을 제거한 후 3회 따라붓기를 하여 남아있는 염산을 제거하였다.
표층퇴적물의 주성분 원소 및 희토류 원소 정량 분석을 위해 퇴적물 동결 건조 후 분말화하고 산처리하여 원소별로 화학분석을 실시하였다. 주성분 원소 분석은 한국지질자원연구원이 보유한 XRF (Shimadzu MXF-2400)을 사용하였고, 분석값의 LOI (Loss on ignition)는 제거 후 전체 100%로 환산한 결과값을 연구에 사용하였다.
흑산니질대에서 주성분 원소의 공간분포 양상을 확인하기 위해 흑산니질대 중심퇴적체를 따라 북쪽에 위치한 7개의 시료(P16, B30, B31, B32, B33, B34, B35), 남쪽에 위치한 퇴적체 주변부에서 4개의 시료(B01, B02, B03, B04), 동쪽에 위치한 6개의 시료(P08, P09, B12, B15, B17, B20), 그리고 서쪽에 위치한 6개의 시료(P06, P07, B13, B18, B19, B22)를 각각 선택하여 그룹화하였다(Fig. 1b). Fig.
흑산니질대의 표층에서 획득한 51점의 퇴적물에 대하여 주성분 원소와 희토류 원소를 분석하였다. 이들의 함량 특성은 흑산니질대가 한국과 중국 기원의 퇴적물이 공급되어 형성된 혼합 복합체임을 시사한다.
주성분 원소 분석은 한국지질자원연구원이 보유한 XRF (Shimadzu MXF-2400)을 사용하였고, 분석값의 LOI (Loss on ignition)는 제거 후 전체 100%로 환산한 결과값을 연구에 사용하였다. 희토류 원소는 한국지질자원연구원이 보유한 ICP-MS (Elan DRC-II)로 분석하였다.
대상 데이터
흑산니질대 내 표층퇴적물은 2012년 3-4월에 걸쳐 피스톤식 주상시료 채취기와 박스형 시료채취기로 획득하였다. 각 시료의 표층에서 총 51점의 퇴적물 시료를 얻었다(Fig. 1b). 퇴적물의 입도분석은 Carver(1971)의 표준입도분석 절차에 따라 따라붓기를 실시 하여 염분을 제거하고 6%의 과산화수소수를 첨가, 유기물을 제거한 후 약 60o C의 중탕기에서 1-2시간가열하여 남아있는 과산화수소수를 제거하였다.
또한, Na은 해수의 염분에 의해, Ca는 화학적, 생물학적으로 형성되는 탄산염(carbonate)의 영향을 받는 것으로 알려졌다. 이와 같이, 주성분 원소중 Fe2O3, MgO 원소는 선행 연구에서 퇴적물 기원지를 밝히는 추적자로 사용되어 왔으며, 이 연구에서는 K2O 원소를 추가로 기원지 구분에 활용하였다 (Fig. 4).
표층퇴적물의 주성분 원소 및 희토류 원소 정량 분석을 위해 퇴적물 동결 건조 후 분말화하고 산처리하여 원소별로 화학분석을 실시하였다. 주성분 원소 분석은 한국지질자원연구원이 보유한 XRF (Shimadzu MXF-2400)을 사용하였고, 분석값의 LOI (Loss on ignition)는 제거 후 전체 100%로 환산한 결과값을 연구에 사용하였다. 희토류 원소는 한국지질자원연구원이 보유한 ICP-MS (Elan DRC-II)로 분석하였다.
흑산니질대 내 표층퇴적물은 2012년 3-4월에 걸쳐 피스톤식 주상시료 채취기와 박스형 시료채취기로 획득하였다. 각 시료의 표층에서 총 51점의 퇴적물 시료를 얻었다(Fig.
흑산니질대 퇴적물의 희토류 원소 분석은 주성분 원소 분석과 마찬가지로 동일한 42개의 시료에 대해 분석하였다(Table 3). 희토류 원소의 농도는 La 31.
흑산니질대에서 채취된 총 51개의 시료 중, 니 퇴적물의 지화학적 특성만을 조사하기 위해 5 φ 이상의 평균 입도를 가진 총 42개의 시료를 대상으로 주성분 원소를 분석하였다.
이론/모형
25 φ 간격으로 분석하였다. 표층퇴적물의 조직 변수값은 Folk (1968)이 제안한 방법을 적용하여 평균 입도와 분급도를 계산하였다(Table 1).
성능/효과
일반적으로 퇴적물에서 원소의 함량은 퇴적물의 입도(grain size)에 영향을 받으므로(Calvert, 1976), 입도보정 효과를 보이는 알루미늄(Al2O3)과 다른 주성분 원소들의 함량 관계를 도시하여 입도와의 관련성을 확인하였다. 그 결과, Fe2O3, MgO, K2O 원소에서 뚜렷한 양의 상관관계가 나타났다(Fig. 3). 그 이외의 주성분 원소는 상관관계를 보이지 않았다.
, 1980), 화학적 작용에 약하므로, 퇴적물 운반 중 그 함량이 조절되어 기원지의 추적자로 부적합 한 것으로 보인다. 또한, Na은 해수의 염분에 의해, Ca는 화학적, 생물학적으로 형성되는 탄산염(carbonate)의 영향을 받는 것으로 알려졌다. 이와 같이, 주성분 원소중 Fe2O3, MgO 원소는 선행 연구에서 퇴적물 기원지를 밝히는 추적자로 사용되어 왔으며, 이 연구에서는 K2O 원소를 추가로 기원지 구분에 활용하였다 (Fig.
Jung et al, (2006)는 희토류 원소 함량 주요조절 인자로 중광물인 모나자이트를 제안하였다. 연구지역의 Th과 La의 농도비는 뚜렷한 상관관계가 나타나는 것으로 보아, 희토류 원소의 분포는 중광물이 영향을 미치는 것으로 생각된다. 이와 같이, 주성분 원소와 희토류 원소의 함량 특성은 퇴적물 기원지에 대한 서로 다른 결과를 낳는다.
그러나 주성분과 희토류 원소 함량은 퇴적물 기원지 해석에 있어 상이한 결과를 낳았다. 주성분 원소는 한국 기원의 퇴적물이 우세한 특징을 보인 반면에, 희토류 원소 분포양상은 중국 기원의 퇴적물이 우세한 특징이 나타났다. 동일 시료 내에서 분석 원소에 따른 기원지의 불일치는 주성분과 희토류 원소의 함량 조절요인이 서로 다르기 때문으로 생각된다.
퇴적물 입도 분석 결과, 연구지역의 표층퇴적물은 주로 점토와 실트로 구성된 니 퇴적물이 우세하게 나타나며, 지역적으로 모래가 포함된 니질사 퇴적물이 분포한다(Fig. 2a). 니 퇴적물의 평균 입도(Mz)는 6-7 φ 범위이며, 니질사 퇴적물은 2-4 φ 값을 보이며, 이는 세립사 내지는 중립사에 해당한다(Table 1).
5, 8). 표층퇴적물의 분포 양상은 북쪽에서 남쪽으로 갈수록 실트의 함량은 감소하고 점토의 함량은 증가하였다(Fig. 2b, c). 따라서 한국 기원은 실트 퇴적물이 우세한 반면, 중국 기원은 점토 퇴적물에서 우세하다.
위의 주성분 원소 함량 분석과 마찬가지로 흑산니질대에서 공간적인 희토류 원소 분포 특성을 알아보았다. 흑산니질대 북쪽과 남쪽 퇴적물의 희토류 원소 분포 양상은 북쪽 퇴적물이 전체적으로 높은 부화된 값을 보이고, 중희토류원소에서 한국과 중국 기원 퇴적물보다 높은 분포양상이 나타난다(Fig. 8a). 또한 북쪽 퇴적물은 한국과 중국 기원의 중간형태, 남쪽은 중국 기원의 형태와 비슷한 분포양상을 띈다.
흑산니질대에서 채취된 총 51개의 시료 중, 니 퇴적물의 지화학적 특성만을 조사하기 위해 5 φ 이상의 평균 입도를 가진 총 42개의 시료를 대상으로 주성분 원소를 분석하였다. 흑산니질대 퇴적물의 주성분 원소의 함량은 Al2O3 14.4-17.88% (평균 16.33%), Fe2O3 4.91-6.95% (평균 6.1%), CaO 1.18-6.97% (평균 2.93%), MgO 1.82-3.04% (평균 2.31%), K2O 3.15-3.62% (평균 3.37%), NaDO 2.54-4.16% (평균 3.2%), TiO2 0.72-0.88% (평균 0.82%), MnO 0.07-0.15% (평균 0.1%), P2O5 0.09-0.19% (평균 0.13%) 등으로 나타났다(Table 2). 일반적으로 퇴적물에서 원소의 함량은 퇴적물의 입도(grain size)에 영향을 받으므로(Calvert, 1976), 입도보정 효과를 보이는 알루미늄(Al2O3)과 다른 주성분 원소들의 함량 관계를 도시하여 입도와의 관련성을 확인하였다.
후속연구
하지만 이 연구의 결과는 퇴적물 기원지의 불일치에 대하여 주성분과 희토류 원소 중 어떤 것이 적합한 것인지 결정하기 어렵다. 이것을 해결하기 위해서는 물리적 풍화 및 화학적 작용에 비교적 영향을 받지 않는 중광물 함량에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
희토류 원소는 입도와 뚜렷한 상관관계가 나타나지 않으며 중광물에 의해 조절되는 것으로 해석된다. 이러한 불일치를 해결하기 위해서 퇴적물 내 중광물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
황해란 무엇인가?
황해는 한반도와 중국 사이에 위치하며, 평균 수심이 약 55 m인 전형적인 연해(epicontinental sea)이다. 특히 중국 대륙의 황하강과 양쯔강, 한반도의 한강, 금강, 및 영산강 등을 통해 전 세계 하천 퇴적물의약 10%에 달하는 많은 양의 세립 퇴적물이 유입되어 여러 유형의 니질 퇴적층을 형성하고 있다 (Milliman and Meade, 1983; Alexander et al.
흑산니질대 퇴적체는 어떤 특징을 갖고 있는가?
1a). 강에서 유출된 퇴적물이 전진퇴적하며 형성되는 삼각주(delta)와는 달리, 흑산니질대 퇴적체는 연안에서 분리되어 대륙붕 지형을 따라 독립적으로 발달하는 특징을 갖고 있다 (Jin and Chough, 1998).
황해는 어떤 퇴적층을 형성하고 있는가?
황해는 한반도와 중국 사이에 위치하며, 평균 수심이 약 55 m인 전형적인 연해(epicontinental sea)이다. 특히 중국 대륙의 황하강과 양쯔강, 한반도의 한강, 금강, 및 영산강 등을 통해 전 세계 하천 퇴적물의약 10%에 달하는 많은 양의 세립 퇴적물이 유입되어 여러 유형의 니질 퇴적층을 형성하고 있다 (Milliman and Meade, 1983; Alexander et al., 1991).
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