본 연구에서는 선진국형의 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해서 요구되는 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술을 확립하였다. 빙하코어 시료는 2008년 6월에 국제공동으로 몽골 알타이 산맥의 참바가라브산에서 시추한 40.2 m 길이의 빙하코어를 활용하였다. 빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다. 전체 빙하코어의 시각적 층위구분 결과 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, ECM 측정으로 11개의 ECM 신호 피크를 찾아냈다. 극지연구소에서 제작한 용융장치를 활용하여 분석한 $SO_4{^{2-}}$ 및 $Cl^-$의 농도와 상부 0.7 m와 1.2 m 깊이의 ECM 신호 피크의 비교 결과는 이들 ECM 신호 피크가 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것을 보여준다. 이러한 결과는 극지연구소에서 자체 제작한 ECM 측정 시스템으로 분석한 ECM 자료의 신뢰성이 높다는 것을 나타낸다. 마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다. 본 연구에서 확립한 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술은 앞으로 우리나라가 독자적으로 남북극 및 고산지역에서 시추하는 빙하코어에 적용하여 다양한 고기후 및 고환경 연구에 활용될 것이다.
본 연구에서는 선진국형의 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해서 요구되는 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술을 확립하였다. 빙하코어 시료는 2008년 6월에 국제공동으로 몽골 알타이 산맥의 참바가라브산에서 시추한 40.2 m 길이의 빙하코어를 활용하였다. 빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다. 전체 빙하코어의 시각적 층위구분 결과 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, ECM 측정으로 11개의 ECM 신호 피크를 찾아냈다. 극지연구소에서 제작한 용융장치를 활용하여 분석한 $SO_4{^{2-}}$ 및 $Cl^-$의 농도와 상부 0.7 m와 1.2 m 깊이의 ECM 신호 피크의 비교 결과는 이들 ECM 신호 피크가 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것을 보여준다. 이러한 결과는 극지연구소에서 자체 제작한 ECM 측정 시스템으로 분석한 ECM 자료의 신뢰성이 높다는 것을 나타낸다. 마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다. 본 연구에서 확립한 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술은 앞으로 우리나라가 독자적으로 남북극 및 고산지역에서 시추하는 빙하코어에 적용하여 다양한 고기후 및 고환경 연구에 활용될 것이다.
We established the first complete ice core processing method and analytical procedures for fundamental proxies, using a 40.2 m long ice core drilled on the Mt. Tsambagarav glacier in the Mongolian Altai mountains in July 2008. The whole core was first divided into two sub ice core sections and the m...
We established the first complete ice core processing method and analytical procedures for fundamental proxies, using a 40.2 m long ice core drilled on the Mt. Tsambagarav glacier in the Mongolian Altai mountains in July 2008. The whole core was first divided into two sub ice core sections and the measurements of the visual stratigraphy and electrical conductivity were performed on the surface of these sub core sections. A continuous sequence of samples was then prepared for chemical analyses (stable isotope ratios of oxygen ($^{18}O/^{16}O$) and hydrogen ($^2H/^1H$), soluble ions and trace elements). A total of 29 insoluble dust layers were identified from the measurement of visual stratigraphy. The electrical conductivity measurement (ECM) shows 11 peaks with the current more than 0.8 ${\mu}A$ Comparing the profiles of $SO_4{^{2-}}$ and $Cl^-$ concentrations to correlate with known volcanic eruptions, the first two ECM peaks appear to be linked to the eruptions (January and June 2007) of Kliuchevskoi volcano on the Kamchatka Peninsula of Russia, which supports the reliability of our ECM data. Finally, the composition of stable isotopes (${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$) shows a well-defined seasonal variation, suggesting that various chemical proxies may have been well preserved in the successive ice layers of Tsambagarav ice core. Our ice core processing method and analytical procedures for fundamental proxies are expected to be used for paleoclimate and paleoenvironmental studies from polar and alpine ice cores.
We established the first complete ice core processing method and analytical procedures for fundamental proxies, using a 40.2 m long ice core drilled on the Mt. Tsambagarav glacier in the Mongolian Altai mountains in July 2008. The whole core was first divided into two sub ice core sections and the measurements of the visual stratigraphy and electrical conductivity were performed on the surface of these sub core sections. A continuous sequence of samples was then prepared for chemical analyses (stable isotope ratios of oxygen ($^{18}O/^{16}O$) and hydrogen ($^2H/^1H$), soluble ions and trace elements). A total of 29 insoluble dust layers were identified from the measurement of visual stratigraphy. The electrical conductivity measurement (ECM) shows 11 peaks with the current more than 0.8 ${\mu}A$ Comparing the profiles of $SO_4{^{2-}}$ and $Cl^-$ concentrations to correlate with known volcanic eruptions, the first two ECM peaks appear to be linked to the eruptions (January and June 2007) of Kliuchevskoi volcano on the Kamchatka Peninsula of Russia, which supports the reliability of our ECM data. Finally, the composition of stable isotopes (${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$) shows a well-defined seasonal variation, suggesting that various chemical proxies may have been well preserved in the successive ice layers of Tsambagarav ice core. Our ice core processing method and analytical procedures for fundamental proxies are expected to be used for paleoclimate and paleoenvironmental studies from polar and alpine ice cores.
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문제 정의
하지만 아직까지 독자적인 빙하코어 시료를 활용하여 빙하시료 전처리 과정과 기초 프록시를 분석한 경험이 없기 때문에 선진국 수준의 종합적인 빙하연구를 수행하기 위해서는 앞서 언급한 두 번째와 세 번째의 기술력 확보가 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라가 주도한 국제공동연구를 통해 2008년 6월에 몽골 알타이산맥 참바가라브(Tsambagarav)산에서 시추한 40.2 m 길이의 빙하코어를 활용하여 국내 처음으로 빙하 시료 전처리 기술과 기초 프록시 분석 기술을 확립하여 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위한 기초연구를 시도 하였다. 이에 다양한 분석 목적에 맞는 빙하코어 처리방법 (processing method)과 시각적 층위구분(visual stratigraphy) 방법을 설정하였으며, 전기전도도 측정(electrical conductivity measurement) 장비를 제작하여 빙하시료에 적용함으로써 성능 검증과 더불어 ECM 기록을 복원하였다.
2011). 따라서 ECM 자료와 더불어 현재 진행 중인 주요 이온성분과 극미량 원소들의 고분해능 분석이 완료되면 화산활동과 산불에 의한 불용성 먼지층을 구분하여 참바가라브 빙하코어의 연대측정에 활용하고자 한다.
본 연구에서는 선진국형의 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해서 요구되는 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술을 확립하였다. 빙하코어 시료는 2008년 6월에 국제공동으로 몽골 알타이 산맥의 참바가라브산에서 시추한 40.
물 안정동위원소의 분별작용(fractionation)은 일차적으로 수증기의 증발(evaporation) 및 응축(condensation) 과정과 밀접한 연관이 있고, 부차적으로 대륙효과(continental effect)와 고도효과(altitude effect)와 같은 지형변수와 온도효과(temperature effect)와 우량효과(amount effect) 같은 기상변수에 의해서도 발생한다(Dansgaard 1964). 본 연구에서는 물 안정동위원소비의 변화 추세와 연관된 기후학적 해석보다는 참바가라브 빙하코어의 상부에서 분석한 물 안정동위원소비의 계절 주기성을 고찰하여 빙하층이 여름철 융해작용에 의해 교란되었는지를 살펴보고자 한다.
제안 방법
마지막으로 물 안정동위원소(stable water isotopes, δ18O 와 δD)를 분석하여 몽골 참바가라브 빙하코어에 기록된 화학적 프록시의 보존 상태를 확인하였다.
2 m 길이의 빙하코어를 활용하여 국내 처음으로 빙하 시료 전처리 기술과 기초 프록시 분석 기술을 확립하여 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위한 기초연구를 시도 하였다. 이에 다양한 분석 목적에 맞는 빙하코어 처리방법 (processing method)과 시각적 층위구분(visual stratigraphy) 방법을 설정하였으며, 전기전도도 측정(electrical conductivity measurement) 장비를 제작하여 빙하시료에 적용함으로써 성능 검증과 더불어 ECM 기록을 복원하였다. 마지막으로 물 안정동위원소(stable water isotopes, δ18O 와 δD)를 분석하여 몽골 참바가라브 빙하코어에 기록된 화학적 프록시의 보존 상태를 확인하였다.
1차 절삭된 SIC의 절삭면에서 시각적 층위구분과 ECM을 측정하였으며, 측정이 완료된 빙하코어 시료는 물 안정동위원소(δ18O와 δD)와 화학적 프록시 분석을 위한 2차 절삭을 진행하였다.
참바가라브산의 빙하코어 시추 지점은 GPR(Ground Penetrating Radar) 탐사를 통해 빙하의 두께와 내부구조를 조사한 후 빙하의 수평적 내부층이 교란되지 않고 최대 두께(90 m)가 관측된 모자형 빙원의 정상부 부근에서 진행되었다(Fig. 1b). 빙하시추기는 외부 경통이 없고 경량의 고산용 빙하시추기로 개량된 중국 란저우 빙하연구소의 빙하시추기(내경 90 mm)를 사용하였다.
빙하시추기는 외부 경통이 없고 경량의 고산용 빙하시추기로 개량된 중국 란저우 빙하연구소의 빙하시추기(내경 90 mm)를 사용하였다. 빙하코어 시추는 총 72회에 걸쳐 시행되었고 1회 시추에서 획득된 빙하코어의 길이는 30~80 cm(평균길이 55 cm)이며, 시추 도중에 케이블 절단으로 인하여 40.2 m 깊이에서 시추가 중단되었다(극지연구소 2011). 시추한 빙하코어 시료는 베이스캠프에서 발전기를 이용하여 −20℃ 냉동고에 보관하였으며, 이후 극지연구소 빙하코어 시료저장실까지 운반하는 전 과정에서 −20℃의 냉동 상태를 유지하였다.
2002). 1차 절삭 과정에서는 직경 90 mm의 빙하코어에서 향후 추가 분석이나 분석 자료 검증을 위한 보관용 시료로 활용하기 위하여 전체 시료 양의 40%에 해당하는 35 mm의 단면 지점을 수직으로 절삭하였다(Fig. 2의 R1). 나머지 60%(65 mm)의 코어 시료는 SIC로 분류하여 물리적 특성, 산성도, 물 안정동위원소, 수용성 이온성분, 극미량 무기원소 그리고 불용성 먼지 분석을 수행하기 위한 시료의 양을 확보하였다(Fig.
2의 R1). 나머지 60%(65 mm)의 코어 시료는 SIC로 분류하여 물리적 특성, 산성도, 물 안정동위원소, 수용성 이온성분, 극미량 무기원소 그리고 불용성 먼지 분석을 수행하기 위한 시료의 양을 확보하였다(Fig. 2). 1차 절삭된 SIC의 절삭면에서 시각적 층위구분과 ECM을 측정하였으며, 측정이 완료된 빙하코어 시료는 물 안정동위원소(δ18O와 δD)와 화학적 프록시 분석을 위한 2차 절삭을 진행하였다.
2의 S-2 부분은 연구지역의연 강수량(160 mm/yr)을 고려하여 물 안정동위원소의 연주기 변화를 복원하는데 필요한 최소한의 시료 개수(8개)를 확보하도록 20 ± 2 mm 간격으로 재 절삭하였으며, 물 안정동위원소 분석에 이용할 총 1,935개의 시료를 확보하였다. 절삭된 시료는 세척된 스테인리스 강 재질의 끌로 표면을 약 1 mm 정도 깎아 내서 절삭 과정에서 유입될 수 있는 오염물질을 제거하였다. 빙하시료 용융을 통해 화학 성분 분석에 사용될 시료는 S-2 부분이 절삭된 SIC에서 빙하코어 시료표면의 오염물질 제거를 위한 용융장치에 적합하도록 사각형 막대 형태(가로 40 ± 4 mm, 세로 40 ± 4 mm, 길이 80 mm)로 재 절삭하여 분석이 불가능한 부분을 제외하고 총 374개의 시료를 확보하였다.
본 연구에서는 퇴적물코어 시료표면 스캐닝시스템 (scanjet G4000 series, Hewlett-Packard, USA)을 이용하여 총 72개의 SIC의 표면에서 시각적 층위구분을 측정하였다(극지연구소 2010a). 코어 시료표면 스캐닝시스템은 4800 dpi 이상의 해상도를 가지고 있으며, 1회에 가로 31.
1989)로 구분된다. 본 연구에서는 극지연구소에서 제작한 ECM 시스템 (빙하 전도도 측정 스캐너, Digiparts, KOREA)을 이용하여 산성도를 측정하였다(Fig. 3). ECM 시스템은 1827년 Georg Simon Ohm의 옴의 법칙(Ohm's law)과 1843년 Sir Charles Wheatstone의 휘스톤 브릿지 이론(Wheatstone Bridge Theory)을 적용하여 빙하 코어의 저항값(Ω)과 전류값(μA)을 측정하였으며 적용되는 수식은 다음과 같다.
빙하코어의 ECM 측정은 자료의 신뢰성을 확보하기 위하여 스테인리스 강 재질의 끌로 SIC 절단면을 3~5회 연마하여 1차 절삭과정에서 유입될 수 있는 이물질에 의한 영향을 제거하는 과정이 반드시 필요하다. 본 연구에서 활용한 ECM 측정기기는 2개의 ECM 측정 probe가 표면이 평탄한 SIC 표면을 약 10 mm/s 의 일정한 속도로 이동하면서 probe 간 전류흐름의 값을 연속적으로 측정하며, ECM 시스템에 대한 구성도는 Fig. 3에 나타내었다. 동일한 빙하코어에 대해 3회 이상 ECM 측정을 수행하였다.
3에 나타내었다. 동일한 빙하코어에 대해 3회 이상 ECM 측정을 수행하였다.
본 연구에서는 극지연구소에서 제작한 용융장치를 이용 하여 시료를 용융한 후 화학분석을 수행하는 방법을 적용 하였다(Fig. 4a). 용융장치의 용융면은 열전도도가 낮은 단점이 있으나 반응성이 매우 낮아 화학적 간섭현상이 적은 Ti 재질로 제작되었다(Meconnell et al.
2014). 그리고 시료 용융과정에서 오염물질이 유입되어 있는 바깥 표면 층이 용융되면서 가장 외부의 slit으로 제거되고 오염되지 않은 중심부 시료가 가장 내부의 slit을 통해 포집되도록 용융면은 3개의 영역(inner, middle, outer)으로 구분하여 설계되었다(Fig. 4b). 용융면은 시료가 안정하게 용융되는 45℃의 일정한 온도를 유지하도록 온도조절장치가 연결되어 있으며, 45℃의 온도에서 용융 속도는 평균 1 cm/min이다.
용융면은 시료가 안정하게 용융되는 45℃의 일정한 온도를 유지하도록 온도조절장치가 연결되어 있으며, 45℃의 온도에서 용융 속도는 평균 1 cm/min이다. 시료의 용융 과정에서 외부 오염원을 차단하기 위해서 HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터가 달린 class 100의 클린부스에서 진행되었으며, 실험자는 방진복, 방진 마스크, 그리고 비닐 장갑을 착용하였다. 용융 시료의 포집은 극지연구소의 청정실험실에서 세척된 LDPE 재질의 플라스틱 병을 사용 하였다.
극미량 무기원소 분석을 위한 용융 시료 포집병은 Hong 등 (2000)이 제시한 방법에 따라 질산으로 세척하였다. 이온 성분 분석을 위한 시료 포집병은 Milli-Q Element 의 3차 증류수로 3회 공 세척을 수행한 후 24시간 동안 3차 증류수를 이용하여 용출과정을 거쳐 초음파세척기를 이용하여 1시간 동안 초음파 세척을 진행하였다. 그리고 최종적으로 증류수로 3회 공 세척을 하고 class 10의 클린 벤치에서 건조한 후에 시료분석을 위하여 사용하였다(극지연구소 2010b).
절삭된 빙하 시료의 물 안정동위원소는 Milli-Q Element 의 3차 증류수로 2~3회 세척 후 건조시킨 용기 안에서 분석 직전에 시료를 용해하여 분석하였다. 물 안정동위원소의 검량선(calibration curve)은 국제원자력기구(IAEA)에서 제공하는 SMOW(Standard Mean Ocean Water), GISP (Greenland Ice Sheet Precipitation), 그리고 SLAP(Standard Light Antarctic Precipitation) 표준물질을 사용하여 작성하였으며, 표준물질에 대한 물 안정동위원소 조성비는 Table 1과 같다.
절삭된 빙하 시료의 물 안정동위원소는 Milli-Q Element 의 3차 증류수로 2~3회 세척 후 건조시킨 용기 안에서 분석 직전에 시료를 용해하여 분석하였다. 물 안정동위원소의 검량선(calibration curve)은 국제원자력기구(IAEA)에서 제공하는 SMOW(Standard Mean Ocean Water), GISP (Greenland Ice Sheet Precipitation), 그리고 SLAP(Standard Light Antarctic Precipitation) 표준물질을 사용하여 작성하였으며, 표준물질에 대한 물 안정동위원소 조성비는 Table 1과 같다.
본 연구에서 나타나는 ECM 신호 피크와 화산활동과의 연관성을 알아보기 위하여 상부 3 m 깊이까지 분석이 완료된 이온성분 중에서 화산활동을 지시하는 프록시인 SO42−와 Cl− 의 농도 변화와 ECM 신호 피크 1과 2를 비교 하였다(Fig. 7).
대상 데이터
본 연구에서 이용된 빙하코어는 2008년 6월에 한국, 중국 그리고 몽골 3개국의 국제공동연구를 통해 몽골 알타이(Altai) 산맥의 참바가라브산(48° 38'N, 90° 57'E, 해발 3,830 m) 정상부 빙원에서 시추되었다(Fig. 1a).
Fig. 2의 S-2 부분은 연구지역의연 강수량(160 mm/yr)을 고려하여 물 안정동위원소의 연주기 변화를 복원하는데 필요한 최소한의 시료 개수(8개)를 확보하도록 20 ± 2 mm 간격으로 재 절삭하였으며, 물 안정동위원소 분석에 이용할 총 1,935개의 시료를 확보하였다.
빙하코어 절삭은 극지연구소 빙하코어시료 저장실(−15℃)에 설치된 수직 띠톱 (BS10KA vertical band saw, Rexon, US)을 이용하였다.
1b). 빙하시추기는 외부 경통이 없고 경량의 고산용 빙하시추기로 개량된 중국 란저우 빙하연구소의 빙하시추기(내경 90 mm)를 사용하였다. 빙하코어 시추는 총 72회에 걸쳐 시행되었고 1회 시추에서 획득된 빙하코어의 길이는 30~80 cm(평균길이 55 cm)이며, 시추 도중에 케이블 절단으로 인하여 40.
시료의 용융 과정에서 외부 오염원을 차단하기 위해서 HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터가 달린 class 100의 클린부스에서 진행되었으며, 실험자는 방진복, 방진 마스크, 그리고 비닐 장갑을 착용하였다. 용융 시료의 포집은 극지연구소의 청정실험실에서 세척된 LDPE 재질의 플라스틱 병을 사용 하였다. 극미량 무기원소 분석을 위한 용융 시료 포집병은 Hong 등 (2000)이 제시한 방법에 따라 질산으로 세척하였다.
본 연구에서는 선진국형의 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해서 요구되는 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술을 확립하였다. 빙하코어 시료는 2008년 6월에 국제공동으로 몽골 알타이 산맥의 참바가라브산에서 시추한 40.2 m 길이의 빙하코어를 활용하였다. 빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다.
2 m 길이의 빙하코어를 활용하였다. 빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다. 전체 빙하코어의 시각적 층위구분 결과 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, ECM 측정으로 11개의 ECM 신호 피크를 찾아냈다.
빙하시료 용융을 통해 화학 성분 분석에 사용될 시료는 S-2 부분이 절삭된 SIC에서 빙하코어 시료표면의 오염물질 제거를 위한 용융장치에 적합하도록 사각형 막대 형태(가로 40 ± 4 mm, 세로 40 ± 4 mm, 길이 80 mm)로 재 절삭하여 분석이 불가능한 부분을 제외하고 총 374개의 시료를 확보하였다.
이론/모형
본 연구에 적용된 빙하코어 절삭방법은 이전의 남극 Dome Fuji 빙하코어와 그린란드 GRIP 빙하코어의 절삭방법을 참고하였다(Shuji et al. 2002). 1차 절삭 과정에서는 직경 90 mm의 빙하코어에서 향후 추가 분석이나 분석 자료 검증을 위한 보관용 시료로 활용하기 위하여 전체 시료 양의 40%에 해당하는 35 mm의 단면 지점을 수직으로 절삭하였다(Fig.
ECM 시스템은 1827년 Georg Simon Ohm의 옴의 법칙(Ohm's law)과 1843년 Sir Charles Wheatstone의 휘스톤 브릿지 이론(Wheatstone Bridge Theory)을 적용하여 빙하 코어의 저항값(Ω)과 전류값(μA)을 측정하였으며 적용되는 수식은 다음과 같다.
전기전도도 측정은 1980년 Claus Hammer에 의해 제안된 electrical conductivity measurement (ECM) (Hammer 1980)과 1987년 Moore와 Paren에 의해 제안된 dielectric profiling technique (DEP) (Moore et al. 1989)로 구분된다. 본 연구에서는 극지연구소에서 제작한 ECM 시스템 (빙하 전도도 측정 스캐너, Digiparts, KOREA)을 이용하여 산성도를 측정하였다(Fig.
용융 시료의 포집은 극지연구소의 청정실험실에서 세척된 LDPE 재질의 플라스틱 병을 사용 하였다. 극미량 무기원소 분석을 위한 용융 시료 포집병은 Hong 등 (2000)이 제시한 방법에 따라 질산으로 세척하였다. 이온 성분 분석을 위한 시료 포집병은 Milli-Q Element 의 3차 증류수로 3회 공 세척을 수행한 후 24시간 동안 3차 증류수를 이용하여 용출과정을 거쳐 초음파세척기를 이용하여 1시간 동안 초음파 세척을 진행하였다.
2008). 본 연구에서는 물 안정동위원소 분석은 파장 스캔 공동 광자 감쇠 분광법(Wavelength Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy, WS-CRDS)이 적용된 안정동위원소 측정 시스템(L2120-i, Picarro Inc, US)을 이용하였다. WSCRDS 시스템은 액상시료를 기화시키는 기화장치(liquid evaporator)와 다량의 시료를 신속하고 연속적으로 측정할 수 있는 자동시료주입장치(HTC-PAL, Leap Technologies, US), 진공펌프(vacuum pump), 그리고 측정된 자료를 처리하는 데이터 수집 시스템(DAS)으로 구성되어 있다.
성능/효과
그리고 최종적으로 증류수로 3회 공 세척을 하고 class 10의 클린 벤치에서 건조한 후에 시료분석을 위하여 사용하였다(극지연구소 2010b). 인공 빙하시료를 이용하여 용융장치에 의한 시료 오염 제거 여부를 검증하였으며, 3개 영역 중가장 내부 영역인 inner 영역은 표면 오염물질에 의해 영향을 받지 않는 것으로 판명되었다.
몽골 참바가라브 빙하코어의 시각적 층위구분을 통해 확인된 불용성 입자층들을 Table 2에 명시하였다. 시각적층위구분 결과 전체 72개 시료 가운데 26개의 시료에서 다양한 두께(1~15 cm)를 가진 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, 특히 1, 18, 51 시료의 표면촬영 자료에서는 확연하게 눈에 띄는 불용성 입자층이 관찰되었다 (Fig. 5). 빙하코어의 불용성 입자층 존재와 두께는 대기순환의 변화, 입자 기원지의 계절적 건조 상태, 입자 이동 중의 유실(washout) 정도, 대규모 화산폭발, 그리고 산불 발생과 같은 다양한 환경적 요인과 연관되어 있다.
본 연구에서 전체 72개 코어시료에서 측정한 ECM 신호 자료를 보면 전반적으로 0.5 μA 범위 내에서 ECM 신호가 변화하고 있으며, 특정 깊이(0.7, 1.2, 10.6, 17.2, 25.8, 27.7, 30.2, 33.6, 34.8, 37.8, 그리고 39.8 m)에서 총 11개의 ECM 신호 피크(>0.8 μA)가 나타나는 것을 알 수 있다(Fig. 6).
따라서 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m 구간에서 나타나는 δ18O와 δD의 변화는 계절변화를 반영하고 있다고 판단되며, 2003/2004년 겨울부터 총 6차례의 계절주기를 확인할 수 있었다.
극지연구소에서 제작한 용융장치를 활용하여 분석한 SO42− 및 Cl− 의 농도와 상부 0.7 m와 1.2 m 깊이의 ECM 신호 피크의 비교 결과는 이들 ECM 신호 피크가 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것을 보여준다.
빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다. 전체 빙하코어의 시각적 층위구분 결과 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, ECM 측정으로 11개의 ECM 신호 피크를 찾아냈다. 극지연구소에서 제작한 용융장치를 활용하여 분석한 SO42− 및 Cl− 의 농도와 상부 0.
2 m 깊이의 ECM 신호 피크의 비교 결과는 이들 ECM 신호 피크가 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것을 보여준다. 이러한 결과는 극지연구소에서 자체 제작한 ECM 측정 시스템으로 분석한 ECM 자료의 신뢰성이 높다는 것을 나타낸다. 마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다.
이러한 결과는 극지연구소에서 자체 제작한 ECM 측정 시스템으로 분석한 ECM 자료의 신뢰성이 높다는 것을 나타낸다. 마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다. 본 연구에서 확립한 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술은 앞으로 우리나라가 독자적으로 남북극 및 고산지역에서 시추하는 빙하코어에 적용하여 다양한 고기후및 고환경 연구에 활용될 것이다.
후속연구
2000). 첫째, 대부분 극한지에 분포하는 빙하에 접근할 수 있는 로지스틱스(logistics)와 빙하코어를 시추할 수 있는 공학기술이 요구된다. 둘째, 시추한 빙하코어의 전처리 기술과 기초 프록시 분석기술이 필요하다.
본 연구에서 적용된 퇴적물코어 시료표면 촬영시스템에 의한 시각적 층위구분 자료는 입체적인 정보를 제공하지는 못하였지만, 빙하시료 내부의 물리적 상태를 파악하는데 필요한 기초적인 정보를 획득할 수 있었으며, 향후 하부에서 빛을 투과하는 빙하코어 전용 이미징 장치인 디지털라인스캐너 시스템 도입과 운영에 필요한 참고 자료로서 활용 가능성을 보여주고 있다.
다음 절에서 설명되는 물 안정동위원소의 기록에서 유추한 연대측정 결과를 보면 ECM 신호 피크 1과 2는 2007년 1월과 6월에 발생한 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것으로 추정된다. 본 연구에서 확보한 ECM 분석 자료는 앞으로 이온성분 분석이 완료된 후에 과거의 화산 활동과 관련 있는 ECM 신호 피크들을 검색하여 연대측정의 오차를 최소화할 수 있는 보정자료로서 활용할 예정이다.
참바가라브 빙하코어에서 물 안정동위원소 조성비 변화의 계절 주기성이 잘 보전되었다는 것은 수용성 이온과 같은 화학적 프록시들의 보존상태도 양호할 것으로 추정할 수 있으며, 앞으로 다양한 화학적 프록시 분석이 완료 되면 빙하코어의 연대측정이 가능할 것으로 기대된다.
마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다. 본 연구에서 확립한 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술은 앞으로 우리나라가 독자적으로 남북극 및 고산지역에서 시추하는 빙하코어에 적용하여 다양한 고기후및 고환경 연구에 활용될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
빙하는 어떻게 형성되는가?
극지방과 중저위도 고산지역에 분포하는 빙하는 매년 내리는 강설이 녹지 않고 쌓이면서 짧게는 수백 년에서 길게는 수십만 년에 걸쳐 형성된다. 강설은 구름에서 눈의 결정체가 형성되고 지표면으로 퇴적되는 과정을 통해 당시의 기후 및 대기성분들에 의해 조절되는 다양한 물리화학적 특성들을 간직하기 때문에 빙하를 과거의 기후와 환경변화 기록을 보존하고 있는 ‘냉동타임캡슐’이라 일컫는다(Boutron 1995; Legrand and Mayewski 1997).
선도국가들처럼 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해 어떠한 조건이 충족되어야 하는가?
2000). 첫째, 대부분 극한지에 분포하는 빙하에 접근할 수있는 로지스틱스(logistics)와 빙하코어를 시추할 수 있는 공학기술이 요구된다. 둘째, 시추한 빙하코어의 전처리 기술과 기초 프록시 분석기술이 필요하다. 셋째, 물리화학적 프록시 기록을 활용하기 위해서는 빙하코어의 연대측정 (age-dating)이 선행되어야 한다. 마지막으로 빙하코어에서 극미량으로 존재하는 화학성분을 분석할 수 있는 청정실험실과 분석 장비의 인프라가 구축되어야 한다.
강설의 특징으로 인하여 뭐라고 불리는가?
극지방과 중저위도 고산지역에 분포하는 빙하는 매년 내리는 강설이 녹지 않고 쌓이면서 짧게는 수백 년에서 길게는 수십만 년에 걸쳐 형성된다. 강설은 구름에서 눈의 결정체가 형성되고 지표면으로 퇴적되는 과정을 통해 당시의 기후 및 대기성분들에 의해 조절되는 다양한 물리화학적 특성들을 간직하기 때문에 빙하를 과거의 기후와 환경변화 기록을 보존하고 있는 ‘냉동타임캡슐’이라 일컫는다(Boutron 1995; Legrand and Mayewski 1997). 빙하에 축적되어 있는 물리화학적 특성들을 과거의 기후와 환경 변화를 지시하는 ‘프록시’라고 하며, 이러한 프록시를 분석하여 고기후 및 고환경변화의 기록을 복원하기 위해 기계적 절삭이나 가열 방법을 이용하여 원통형(내경 60~200 mm)으로 시추한 빙하시료를 빙하코어(ice core)라고 한다.
참고문헌 (42)
극지연구소 (2010a) 고산빙하, 육상퇴적물 및 기후모델을 이용한 아시아 고기후 복원. 기상청, RACS 2010-3007, 182 p (KOPRI (2010a) Paleoclimate Reconstruction of Asia using Alpine Ice Core, Land Sediment and Climate Model. Korea Polar Research Institute, RACS 2010-3007, 182 p (in Korean))
극지연구소 (2010b) 빙하코어시료의 용융장치 개발을 통한 극미량 proxies 측정 기법 연구. 한국해양과학기술원 부설 극지연구소, PK09050, 32 p (KOPRI (2010b) Development of Advanced Meltering System for Measurement of Traceable Proxies in Ice Core. Korea Polar Research Institute, PK09050, 32 p (in Korean))
극지연구소 (2011) 극한지 빙하시추와 Ice Core Bank 운영을 위한 핵심 기술 개발. 한국해양과학기술원 부설 극지연구소, BSPP10010-174-7, 733 p (KOPRI (2011) Development of Core Technology for Ice Core Drilling and Ice Core Bank. Korea Polar Research Institute, BSPP10010-174-7, 733 p (in Korean))
Aizen VB, Aizen EM, Fujita K, Nikitin SA, Kreutz KJ, Takeuchi LN (2005) Stable-isotope time series and precipitation origin from firn-core and snow samples, Altai glaciers, Siberia. J Glaciol 51:637-654
Alley RB, Shuman CA, Meese DA, Gow AJ, Taylor KC, Cuffey KM, Fitzpatrick JJ, Grootes PM, Zielinski GA, Ram M, Spinelli G, Elder B (1997) Visual-stratigraphic dating of the GISP2 ice core: Basic, reproducibility, and application. J Geophys Res 102:26367-26381
Anders S, Soren WN, Sepp K, Sigfus JJ, Jorgen PS, Matthias B, Urs R, Regine R (2005) Visual stratigraphy of the North Greenland Ice Core Project (NorthGRIP) ice core during the last glacial period. J Geophys Res 110:D02108. doi:10.1029/2004JD005134
Boutron CF (1995) Historical reconstruction of the earth's past atmospheric environment from Greenland and Antarctic snow and ice cores. Environ Rev 3:1-28
Candelone JP, Hong S, Boutron CF (1994) An improved method for decontaminating polar snow or ice cores for heavy metal analysis. Anal Chim Acta 29:9-16
Cole-Dai J, Budner DM, Ferris AG (2006) High speed, high resolution, and continuous chemical analysis of ice cores using a melter and ion chromatography. Environ Sci Technol 40:6764-6769
Dansgaard W (1964) Stable isotope in precipitation. Tellus 14:436-468
Eichler A, Tinner W, Brutsch S, Olivier S, Papina T, Schwikowski M (2011) An ice-core based history of Siberian forest fires since AD 1250. Quat Sci Rev 30:1027-1034
Enkhtaivan (2006) Physical-Geographical Characteristics of the Altai Region. In: Vogtmann H, Dobretsov N (eds) Environmental Security and Sustainable Land Use-with special reference to Central Asia, NATO Security through Science Series, pp 349-351
Glen JW, Paren JG (1975) The electrical properties of snow and ice. J Glaciol 15:15-38
Gupta P, Noone D, Galewsky J, Sweeney C, Vaughn BH (2009) Demonstration of high-precision continuous measurements of water vapor isotopologues in laboratory and remote field deployments using wavelength-scanned cavity ring-down spectroscopy (WS-CRDS) technology. Rapid Commun Mass Sp 23:2534-2542
Hammer CU, Clausen HB, Langway CC (2004) Electrical conductivity method (ECM) stratigraphic dating of the Byrd Station ice core, Antarctica. Ann Glaciol 20:115-120
Hong S, Liuberas A, Rodriguez F (2000) A clean protocol for determining ultralow heavy metal concentrations: its application to the analysis of Pb, Cd, Cu, Zn and Mn in Antarctic snow. Korean J Pol Res 11:35-47
Hong S, Kim Y, Boutron CF, Ferrari CP, Petit JR, Barbante C, Rosman K, Lipenkov VY (2003) Climate-related variations in lead concentrations and sources in Vostok Antarctic ice from 65,000 to 240,000 years BP. Geophys Res Lett 30:2138. doi:10.1029/2003GL018411
Hong S, Boutron CF, Gabrielli P, Barbante C, Ferrari CP, Petit JR, Lee K, Lipenkov VY (2004) Past natural changes in Cu, Zn and Cd in Vostok Antarctic ice dated back to the penultimate interglacial period. Geophys Res Lett 31:L20111. doi:10.1029/2004GL021075
Hong S, Lee K, Hou S, Hur SD, Ren J, Burn LJ, Rosman K, Barbante C, Boutron CF (2009) An 800-year record of atmospheric As, Mo, Sn, and Sb in central Asia in high-altitude ice cores from Mt. Qomolangma (Everest), Himalayas. Environ Sci Technol 43:8060-8065
Hong SB, Lee K, Hur SD, Hong S, Soyol-Erdene T-O, Kim SM, Jung JW (2014) Development of advanced melting system for measurement of trace elements and ions in ice core. J Glaciol (Submitted)
Hur SD, Soyol-Erdene T-O, Hwang HJ, Han C, Gabrielli P, Barbante C, Boutron CF, Hong S (2013) Climate-related variations in atmospheric Sb and Tl in the EPICA Dome C ice (East Antarctica) during the past 800,000 years. Global Biogeochem Cy 27:930-940
Kang S, Mayewski PA, Yan Y, Qin D, Yao T, Ren J (2003) Dust records from three ice cores: relationships to spring atmospheric circulation over the Northern Hemisphere. Atmos Environ 37:4823-4835
Kellerhals T, Tobler L, Brutsch S, Sigl M, Wacker L, Gaggeler HW, Schwikowski M (2010) Thallium as a tracer for preindustrial volcanic eruptions in an ice core record from Illimani, Bolivia. Environ Sci Technol 44:888-893
Kinnard C, Koerner RM, Zdanowicz CM, Fisher DA, Zheng J, Sharp MJ, Nicholson L, Lauriol B (2008) Stratigraphic analysis of an ice core from the Prince of Wales Icefield, Ellesmere Island, Arctic Canada, using digital image analysis: High-resolution density, past summer warmth reconstruction, and melt effect on ice core solid conductivity. J Geophys Res 113:D24120. doi:10.1029/2008JD011083
Kreutz KJ, Aizen VB, Cecil LD, Wake CP (2001) Oxygen isotopic and soluble ionic composition of a shallow firn core, Inilchek glacier, central Tien Shan. J Glaciol 47:548-554
Lee K, Hur SD, Hou S, Hong S, Qin X, Ren J, Liu Y, Rosman K, Barbante C, Boutron CF (2008) Atmospheric pollution for trace elements in the remote high-altitude atmosphere in central Asia as recorded in snow from Mt. Qomolangma (Everest) of the Himalayas. Sci Total Environ 404:171-181
Lee K, Hur SD, Hou S, Burn-Nunes LJ, Hong S, Barbante C, Boutron CF, Rosman K (2011) Isotopic signatures for natural versus anthropogenic Pb in high-altitude Mt. Everest ice cores during the past 800 years. Sci Total Environ 412-413:194-202
Moore JC, Mulvaney R, Paren JG (1989) Dielectric stratigraphy of ice: A new technique for determining total ionic concentrations in polar ice cores. Geophys Res Lett 16:1177-1180
Olivier S, Blaser C, Brutsch S, Frolova N, Gaggeler HW, Henderson KA, Palmer AS, Papina T, Schwikowski M (2006) Temporal variations of mineral dust, biogenic tracers, and anthropogenic species during the past two centuries from Belukha ice core, Siberian Altai. J Geophys Res 111:D05309. doi:10.1029/2005JD005830
Osterberg EC, Handley MJ, Sneed SB, Mayewski PA, Kreutz KJ (2006) Continuous ice core melter system with discrete sampling for major ion, trace element, and stable isotope analyses. Environ Sci Technol 40:3355-3361
Schotterer U, Frohlich K, Gaggeler HW, Sandjordj S, Stichler W (1997) Isotope records from Mongolian and alpine ice cores as climate indicators. Climatic Change 36:519-530
Schotterer U, Stichler W, Ginot P (2004) The influence of postdepositional effects on ice core studies: examples from the Alps, Andes, and Altai. In: Cecil LD, Green JR, Thompson LG (eds) Earth Paleoenvironments: Records Preserved in Mid-and Low-Latitude Glaciers, Developments in Paleoenvironmental Research, Volume 9, Kluwer Academic Publishers, pp 39-60
Shuji F, Nobuhiko A, Yoshiyuki F, Takao K, Kokichi K, Hideaki M, Hideki N, Hitoshi S, Okitsugu W (2002) Ice core processing at Dome Fuji Station, Antractica. Mem Natl Inst Polar Res 56:275-286
Stauffer B, Burkhalter J, Sigg A (1988) New Methods in Ice Core Processing. In: Proceeding of the Third International Workshop on Ice Drilling Technology, US Ice Drilling Program, pp 151-157
Tian L, Yao T, Li Z, MacClune K, Wu G, Xu B, Shen Y (2006) Recent rapid warming trend revealed from the isotopic record in Muztagata ice core, eastern Pamirs. J Geophys Res 111:D13103. doi:10.1029/2005JD006249
Thompson LG, Mosley-Thompson E, Davis M, Lin PN, Yao T, Dyurgerov M, Dai J (1993) "Recent warming": ice core evidence from tropical ice cores with emphasis on Central Asia. Global Planet Change 7:145-156
Wake CP, Mayewski PA, Zichu X, Ping X, Zhonggin L (1993) Regional distribution of monsoon and desert dust signals recorded in Asian glaciers. Geophys Res Lett 20:1411-1414
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