[논문]해저 하구의 지하수 중 콜로이드 상 210Pb과 210Po의 중요성

김태훈; 김인태

doi:10.7850/jkso.2014.19.2.125

해저 하구의 지하수 중 콜로이드 상 210Pb과 210Po의 중요성
Importance of Colloidal 210Pb and 210Po in Groundwater of Subterranean Estuary 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.19 no.2, 2014년, pp.125 - 130

김태훈 , 김인태 (한국해양과학기술원 부설 극지연구소 극지해양환경연구부)

초록
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해저 하구의 자하수 중 콜로이드 상 $^{210}Pb$ (반감기: 22.2년)과 $^{210}Po$ (반감기: 138일)의 분포 특성을 알아내기 위해서, 용존 상(<10 kDa)과 콜로이드 상($10kDa-0.45{\mu}m$)의 $^{210}Pb$과 $^{210}Po$ 시료를 채취하여 측정하였다. 함평만(2010년 7월)과 제주도(2011년 1월)의 연안 지하수 중 용존 상 $^{210}Pb$의 농도는 $0.21-2.52mBqL^{-1}$ 범위를 보였고, 콜로이드 상에서는 $0.10-1.71mBqL^{-1}$ 범위를 보였다. 용존 상 $^{210}Po$의 농도는 $0.12-2.07mBqL^{-1}$ 범위를 보였고, 콜로이드 상에서는 $0.03-0.97mBqL^{-1}$ 범위를 보였다. 총 용존 상에서 콜로이드 상 $^{210}Pb$과 $^{210}Po$의 비율은 각각 $40{\pm}5%$와 $28{\pm}5%$를 차지하였다. 이 결과는 해저를 통한 미량 원소의 해양 유출에 콜로이드가 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to evaluate the distributions of colloidal $^{210}Pb$ (half life = 22.2 years) and $^{210}Po$ (half life = 138 days) in subterranean estuary, we have measured $^{210}Pb$ and $^{210}Po$, for the first time, in the total dissolved (< $0.45{\mu}m$), true dissolved (<10 kDa), and colloidal ($10kDa-0.45{\mu}m$) phases in subterranean estuary of Hampyeong Bay in July 2010 and of Jeju Island in January 2011. The $^{210}Pb$ and $^{210}Po$ activities in groundwater were in the ranges of $0.21-2.52mBqL^{-1}$ and $0.12-2.07mBqL^{-1}$ for true dissolved phase and $0.10-1.71mBqL^{-1}$ and $0.03-0.97mBqL^{-1}$ for colloidal phase, respectively. The proportions of the colloidal phase to the total dissolved phase were $40{\pm}5%$ for $^{210}Pb$ and $28{\pm}5%$ for $^{210}Po$ in groundwater. This result indicates that colloids may play an important role in transporting trace elements through subterranean estuary into the coastal ocean.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

그러나, 외양에 비해 해저 하구는 상대적으로 접근성이 낮을 뿐만 아니라 육상기원, 해양기원, 생물기원, 자생적 광물의 침전 등에 의한 퇴적물이 혼재되어 있는 환경이기 때문에, 해저 하구 내에 존재하는 많은 화학종들의 생지화학적 특성과 콜로이드 상 거동에 관해서는 자세히 밝혀지지 않았다. 그러므로, 본 연구에서는 해저 하구 내에서 용존 상(true dissolved phase)과 콜로이드 상(colloidal phase)의 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po농도를 측정하여, 미량 원소의 해양 유출에 콜로이드의 중요성을 평가하였다.
)를 이용하여 측정하였다. 그리고 ²¹⁰Po의 어미 핵종인 ²¹⁰Pb은 ²¹⁰Pb 시료에서 ²¹⁰Po을 완전히 제거한 후 수개월 후에 생성된 ²¹⁰Po의 양을 측정하여 알아내었다. 이때, ²¹⁰Po은 ²⁰⁹Po를 화학적 회수율 추적자로, ²¹⁰Pb은 안정 Pb를 화학적 회수율 추적자로 이용하였다.
본 연구에서는 해저 하구의 지하수에서 콜로이드 상 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po 농도를 처음으로 측정하였다. 콜로이드 상 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po의 비율은 각각 40%와 28%이며, 이는 콜로이드가 해저 하구 내에 존재하는 미량 원소를 해양으로 수송하는 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.
1). 연안 지하수 시료는 간조 시 들어난 부분에 약 50 cm 깊이의 얕은 우물을(shallow-well) 만든 후, 차오르는 물(seeping groundwater)을 플라스틱 비커를 사용하여 2-3 번 걸러낸 후, 다시 차오른 지하수를 채취하였으며, 휴대용 염분계(portable salinometer, Professional, YSI)를 이용하여 현장에서 직접 염분을 측정하였다. 지하수 중 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po은 아주 낮은 농도로 존재하기 때문에 약 30 L의 시료를 채취하여 약 0.
분리 시 유속은 분당 1L로 조절한다. 용존 상과 콜로이드 상의 분리 과정에서 발생하는 손실(loss)을 알아내기 위하여 용존 상과 콜로이드 상 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po의 각각 측정값과 콜로이드를 분리하지 않은 총 용존 상 측정값을 비교하였다. 본 연구에서는 제주도 시료(n=5)를 이용하여 TFF 장치의 회수율을 계산한 결과, ²¹⁰Pb은 92에서 107%(평균: 101±6%), ²¹⁰Po은 85에서 105%(평균: 98±8%) 범위의, 매우 좋은 회수율을 보였다(Fig.
지하수 중 210Pb과 210Po은 아주 낮은 농도로 존재하기 때문에 약 30 L의 시료를 채취하여 약 0.45 µm (Millipore, mixed cellulose ester) 여과지로 여과한 후, 10 L에 대해서 총 용존 상 210Pb과 210Po을 측정하고, 나머지 20 L은 용존 상과 콜로이드 상 210Pb과 210Po을 분리하는데 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 연안 지하수 시료를 함평만에서 2010년 7월에 2개(정점 1, 2) 제주도에서 2011년 1월에 5개(정점 3, 4, 5, 6, 7) 정점에서 채취하였다(Fig. 1). 연안 지하수 시료는 간조 시 들어난 부분에 약 50 cm 깊이의 얕은 우물을(shallow-well) 만든 후, 차오르는 물(seeping groundwater)을 플라스틱 비커를 사용하여 2-3 번 걸러낸 후, 다시 차오른 지하수를 채취하였으며, 휴대용 염분계(portable salinometer, Professional, YSI)를 이용하여 현장에서 직접 염분을 측정하였다.

성능/효과

본 연구지역에서의 총 용존 상의 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po의 농도는 브라질의 Guarani 지하수 중 농도(²¹⁰Pb: <7 mBq L^-1, ²¹⁰Po: <2 mBq L^-1) (Bonotto and Bueno, 2008)와 비슷하였다. 또한, 해저 하구 지하수 중 ²¹⁰Pb 농도는 ²¹⁰Po보다 최대 80%까지 높았다. 이런 특징은 다양한 지역의 연안지하수 중에서도 나타났다(Ruberu et al.
본 연구에서는 제주도 시료(n=5)를 이용하여 TFF 장치의 회수율을 계산한 결과, 210Pb은 92에서 107%(평균: 101±6%), 210Po은 85에서 105%(평균: 98±8%) 범위의, 매우 좋은 회수율을 보였다(Fig. 2).
연안 지하수에서 총 용존 상에서 용존 상과 콜로이드 상 210Pb이 차지하는 비율은 각각 54-69%(평균: 60±5%)와 31-46%(평균: 40±5%)범위를 보였고(Fig. 3), 210Po은 각각 65-79%(평균: 72±5%)와 21-35%(평균: 28±5%)범위를 보였다(Fig. 4).
제주도 전 지역에서 해저를 통해 유출되는 담 지하수와 재순환된 해수를 계산한 결과, 서부지역(1.3×109 m3 yr-1)에서는 동부지역(0.2×109 m3 yr-1)에 비해 담 지하수 유출량이 많은 반면, 동부지역에서는 재순환된 해수가 해저를 통해 유출되는 지하수의 대부분을 차지하는 것으로 나타났다.
Po 농도를 처음으로 측정하였다. 콜로이드 상 ²¹⁰Pb과 ²¹⁰Po의 비율은 각각 40%와 28%이며, 이는 콜로이드가 해저 하구 내에 존재하는 미량 원소를 해양으로 수송하는 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 하지만, 해저 하구의 지하수 중 콜로이드에 대한 연구는 거의 이루어져 있지 않았다.
함평만에서 채취한 연안 지하수 중 염분은 28-30 범위였으며, 제주도에서 채취한 연안 지하수 중 염분은 1-30 범위로 담 지하수(n=2)와 염 지하수(n=3)의 특징을 나타내었다(Table 1).
(2002)는 미국 Long Island의 지하수 중 콜로이드 상 미량원소와 유기 탄소를 관측하였고, 그 결과, 망간(Mn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd)은 콜로이드 상이 차지하는 비율이 약 40%이며, 유기탄소는 약 23%로 나타났다. 환경적으로 다르지만, 본 연구 지역의 결과와 비교해 보면, 미국 Long Island의 지하수 중 Mn, Zn, Cd의 콜로이드 상 비율은 ²¹⁰Pb결과와 유사했고, 유기탄소는 ²¹⁰Po과 비슷하였다. 최근, Kim and Kim (2012)은 콜로이드 상 ²¹⁰Po의 체류시간은 60일 정도로, 일반적으로 알려져 있는 콜로이드 상 234Th의 약 10일 보다 훨씬 더 긴 것을 밝혀내었으며, 콜로이드 상 ²¹⁰Po의 부족량(deficiency)는 용존 유기 탄소와 좋은 상관관계가 보여주어, ²¹⁰Po이 생물친화성 미량 원소(bio-reactive trace element) 추적자로서의 가능성을 제시하였다.

후속연구

하지만, 해저 하구의 지하수 중 콜로이드에 대한 연구는 거의 이루어져 있지 않았다. 향후, 콜로이드에 대한 지속적인 연구를 통해 콜로이드가 미량 원소 뿐만 아니라 방사성 핵종 및 안정 동위원소의 생지화학적 순환에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구도 함께 진행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 해저 하구의 지하수에서 콜로이드 상 210Pb과 210Po 농도를 처음으로 측정한 결과는 어떠한가?	본 연구에서는 해저 하구의 지하수에서 콜로이드 상 210Pb과 210Po 농도를 처음으로 측정하였다. 콜로이드 상 210Pb과 210Po의 비율은 각각 40%와 28%이며, 이는 콜로이드가 해저 하구 내에 존재하는 미량 원소를 해양으로 수송하는 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 하지만, 해저 하구의 지하수 중 콜로이드에 대한 연구는 거의 이루어져 있지 않았다.
	210Pb (반감기: 22.2년)과 210Po (반감기: 138일)은 무슨 계열에 속하는가?	자연방사성 핵종인 210Pb (반감기: 22.2년)과 210Po (반감기: 138일)는 238U의 붕괴계열에 속한다. 210Pb은 어미핵종인 226Ra (반감기: 1620년)의 방사붕괴에 의해 생성되고, 210Po은 어미핵종인 210Pb의 방사붕괴에 의해 생성된다.
	해저 하구는 무엇으로 정의되는가?	해저 하구(subterranean estuary)는 해저 퇴적층 내에서 담 지하수(fresh groundwater)와 재순환된 해수(recirculating seawater)가 만나 혼합되는 지역으로 정의된다(Moore, 1999). 퇴적층 내 공극수가 해저 하구에서 해수와 만나게 되면, 급격한 pH 및 용존 산소의 농도 변화로 인해 용존 유기 물질(dissolved organic matter)과 미량 원소의 생성과 제거에 영향을 미치게 된다(Charette and Sholkovitz, 2002; Swarzenski et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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