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문제 정의
- 본 연구에서는 군산분지 해역의 표층 퇴적물과 황해 중앙 니질대(CYSM)에서 취득한 코어 퇴적물의 점토광물 분석을 통하여 표층 퇴적물의 점토광물 공간분포 양상과 코어 퇴적물 현생 퇴적층 내에서의 점토광물 함량 변화를 파악하고, 이를 통하여 황해 니질퇴적물의 이동경향을 파악하고자 한다.
가설 설정
- 1. 연구해역 표층 퇴적물의 점토광물 함량분포는 평균입도분포에 직접적인 상관관계를 보이지 않는다. 표층퇴적물 평균 입도는 연구지역의 중앙 수로를 중심으로 동-서 방향의 변화 패턴이 뚜렷한 반면에, 각 점토광물 함량 분포는 남-북 방향의 변화 패턴이 우세하게 나타난다.
- 점토광물의 상대적 함량은 일반적으로 널리 이용되고 있는 Biscaye(1965) 방법을 적용하였다. 각 점토광물의 상대 함량 계산은 일라이트, 고령석, 녹니석, 스멕타이트의 4개 광물 총량을 100%로 가정하여 계산 하였다.
제안 방법
- X-선 회절 분석은Nickel-filtered Cu-Kα radiation을 사용하여 40 Kv, 100 mA 조건에서 3~35° 2θ까지 분석 하였으며, 주사속도 (Scanning speed)는 2.4° 20θ/min 그리고 step angle 0.02° 2θ로 분석 하였다.
- 1). 따라서 지형도 상의 수로 방향에 따른 시료채집 위치를 따라 연구지역의 동쪽부터 서쪽까지 A~D4개의 경로(Fig. 3)를 추출하였으며, 이 경로에 따른 점토광물 함량 변화를 통해 이동양상을 살펴보았다(Fig. 1, Fig. 6).
- 5 cm)을 제작 하였다. 또한 퇴적물의 퇴적 시기를 알아보기 위해 코어 퇴적층 내 조개 파편 중에서 온전한 형체를 갖는것들을 취하여 연대 측정을 실시하였다. 연대 측정은 미국 Beta Analytic 사에 의뢰 하여 결과를 얻었다.
- 실험실로 옮겨진 나머지 코어퇴적물시료를 가지고 퇴적상과 퇴적물 색상(MUNSELL soil color chart) 등을 기술하고, 연X-선 촬영을 위한 슬랩(30×4×0.5 cm)을 제작 하였다.
- 연구지역 32개 정점에 대한 각 점토광물 함량의 평균값에 대한 편차를 비율로 표현하고, 해저지형을 바탕으로 한 A~D 4개 경로에 대한 편차비의 변화 경향을 토대로 점토광물의 이동양상을 추정 하였다. 4가지 경로에 따른 변화를 보면, 일라이트와 고령석+ 녹니석의 함량편차는 약 –8~9%로 편차가 크지 않았다.
- 현 퇴적환경에서의 점토광물 상대함량비 양상과 과거 해수면 상승 이후부터 현재까지의 함량변화 양상을 분석해 보고자, 황해 중앙부 니질대에서 채취한 코어 퇴적물의 점토광물 분석을 실시하였다. 우선 전체 코어 퇴적물에서 현생 퇴적층을 구분 하였으며, 구분된 현생 퇴적층에서의 각 점토광물의 함량 변화를 살펴보았다. 황해 중앙 니질대에서 채집된 코어 14YS-PC-3는 약 75 cm를 기준으로 상부와 하부 퇴적층의 입도와 퇴적구조가 뚜렷하게 구분된다.
- 이러한 지역구분을 바탕으로 해수 및 퇴적물의 이동경로로 예상되는 연구지역 중앙의 조류수로를 따라 각 점토광물 함량 변화 경향을 추가로 살펴보았다. 연구지역의 해저 지형은 남쪽 황해 해곡으로 부터 북쪽, 북동쪽으로 길게 완만한 곡선을 그리며 발달한 조류로의 형태를 보인다(Fig.
- 5ø 간격으로 측정 진행하였다. 입도분석 결과는 각 간격별 무게비를 이용한 통계처리(moment method)를 거쳐 퇴적물 입자의 평균 입도, 분산도 등의 조직 표준치를 구하였다.
- 02° 2θ로 분석 하였다. 점토광물에 대한 동정은 무 처리 정상시료와 에틸렌글리콜 처리된 시료의 X-선 회절분석도(X-ray Diffractogram) 상에 나타나는 광물 고유의 특징적인 피크를 기준으로 실시하였다. 점토광물의 상대적 함량은 일반적으로 널리 이용되고 있는 Biscaye(1965) 방법을 적용하였다.
- 점토광물은 X-선 회절 분석법을 이용하여 점토입자(<2 µm)에 대한 대표 점토광물(일라이트(Illite), 고령석(Kaolinite), 녹니석(Chlorite), 스멕타이트(Smectite))의 상대적 함량을 분석하였다.
- 일차적으로 “Stokes Law”에 따라 피펫을 이용하여 2 µm 이하의 점토입자를 분리한 후 슬라이드 글라스(slide glass) 위에 얇게 도포하는 “smear-on-glass slide” 방법을 이용하여 방향성 시료를 제작 하였다(Gibbs, 1965, 1977; Stokke and Carson, 1973). 점토광물의 동정과 반정량적 함량 분석을 위해 먼저 준비된 방향성 슬라이드 시료를 X-선 회절분석기를 이용하여 분석하였으며, 스멕타이트를 분리하기 위해 동일한 시료에 대하여 에틸렌글리콜(ethylene glycol)처리한 후 다시 X-선 회절 분석을 실시하였다. X-선 회절 분석은Nickel-filtered Cu-Kα radiation을 사용하여 40 Kv, 100 mA 조건에서 3~35° 2θ까지 분석 하였으며, 주사속도 (Scanning speed)는 2.
- 현 퇴적환경에서의 점토광물 상대함량비 양상과 과거 해수면 상승 이후부터 현재까지의 함량변화 양상을 분석해 보고자, 황해 중앙부 니질대에서 채취한 코어 퇴적물의 점토광물 분석을 실시하였다. 우선 전체 코어 퇴적물에서 현생 퇴적층을 구분 하였으며, 구분된 현생 퇴적층에서의 각 점토광물의 함량 변화를 살펴보았다.
- 황해 중앙부에서 채취한 코어(14YS-PC-3, 길이 260 cm) 퇴적물은 이러한 해수면 변동에 따른 퇴적상의 변화를 잘 보여주며, 최상부의 퇴적물을 통해 해수면 상승이 완료된 이후의 현생 퇴적물 특성 변화를 살펴보았다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 황해 군산분지 32개 정점(중앙부에서 17개(2013), 북동부에서 15개(2014))에서 표층 시료를 채취 하였으며, 황해 중앙부에서 1개의 코어퇴적물시료(2014)를 채취 하였다(Fig. 1, Table 1). 연구지역의 지형도는 수심자료 KorBathy30s DEM(서승남, 2008)과 국립해양조사원 수심측량 자료를 혼합하여 작성하였다(Fig.
- 본 연구지역의 해저지형은 중앙부에 남북 방향의 조류로를 중심으로 동부와 서부가 구분된다(Fig. 1). 조류로는 부챗살 모양의 호상을 그리며 남쪽 황해 해곡으로 부터 북쪽으로 발달해 있으며, 상대적으로 가장 조립한 평균 입도를 보인다.
- 연구지역은 동경 약 124°30'과 125° 부근 사이에서 약 98 m의 최고 수심을 보이는 황해해곡을 중심으로 중국방향의 서쪽으로는 완만하게, 한국 방향의 동쪽으로는 상대적으로 급하게 수심이 얕아지는 양상을 보인다(Fig. 1).
- 1, Table 1). 연구지역의 지형도는 수심자료 KorBathy30s DEM(서승남, 2008)과 국립해양조사원 수심측량 자료를 혼합하여 작성하였다(Fig. 1). 연구지역은 동경 약 124°30'과 125° 부근 사이에서 약 98 m의 최고 수심을 보이는 황해해곡을 중심으로 중국방향의 서쪽으로는 완만하게, 한국 방향의 동쪽으로는 상대적으로 급하게 수심이 얕아지는 양상을 보인다(Fig.
- 이러한 지역구분을 바탕으로 해수 및 퇴적물의 이동경로로 예상되는 연구지역 중앙의 조류수로를 따라 각 점토광물 함량 변화 경향을 추가로 살펴보았다. 연구지역의 해저 지형은 남쪽 황해 해곡으로 부터 북쪽, 북동쪽으로 길게 완만한 곡선을 그리며 발달한 조류로의 형태를 보인다(Fig. 1). 따라서 지형도 상의 수로 방향에 따른 시료채집 위치를 따라 연구지역의 동쪽부터 서쪽까지 A~D4개의 경로(Fig.
- 연구해역은 최대 수심 약 98 m의 황해 해곡(Yellow Sea trough)을 중심으로 서쪽과 동쪽 지역이 다른 해저지형 형태를 보여주고 있다(Fig. 1). 서쪽 지역은 수심 50 m 미만으로 매우 완만한 경사를 이루며 황해 중앙부와 연결되는 반면, 동쪽으로는 상대적으로 수심의 변화가 급하고, 다수의 사주(sand bar or sand ridge)가 존재하는 연안역이 발달하고 있다(Fig.
- 채집된 코어퇴적물시료는 현장에서 반으로 절개하여 고해상도 사진을 찍은 후, 입도분석과 점토광물 분석을 위하여 각각 1 cm와 10~15 cm 간격으로 부시료를 채취하였다.
- 1). 표층퇴적물 정점의 위치는 연구지역 해저지형의 특성을 고려하여 연안, 수로지형, 니질대 등의 지역을 모두 포함하도록 선정하였다. 표층퇴적물은 중력 코어러 또는 그랩을 이용하여 채집 한 후 상부 2 cm 이내의 시료를 취하였고, 코어퇴적물은 피스톤 코어러를 이용하여 약 260 cm 길이의 시료를 채집 하였다.
- 표층퇴적물 정점의 위치는 연구지역 해저지형의 특성을 고려하여 연안, 수로지형, 니질대 등의 지역을 모두 포함하도록 선정하였다. 표층퇴적물은 중력 코어러 또는 그랩을 이용하여 채집 한 후 상부 2 cm 이내의 시료를 취하였고, 코어퇴적물은 피스톤 코어러를 이용하여 약 260 cm 길이의 시료를 채집 하였다.
이론/모형
- 일차적으로 “Stokes Law”에 따라 피펫을 이용하여 2 µm 이하의 점토입자를 분리한 후 슬라이드 글라스(slide glass) 위에 얇게 도포하는 “smear-on-glass slide” 방법을 이용하여 방향성 시료를 제작 하였다(Gibbs, 1965, 1977; Stokke and Carson, 1973).
- 점토광물에 대한 동정은 무 처리 정상시료와 에틸렌글리콜 처리된 시료의 X-선 회절분석도(X-ray Diffractogram) 상에 나타나는 광물 고유의 특징적인 피크를 기준으로 실시하였다. 점토광물의 상대적 함량은 일반적으로 널리 이용되고 있는 Biscaye(1965) 방법을 적용하였다. 각 점토광물의 상대 함량 계산은 일라이트, 고령석, 녹니석, 스멕타이트의 4개 광물 총량을 100%로 가정하여 계산 하였다.
- 퇴적물의 입도분석은 Ingram(1971)의 방법에 따라 시료의 전처리를 마친 후 레이저 회절 입도분석기(Sympatec OASIS/M)를 이용하여 0.5ø 간격으로 측정 진행하였다.
성능/효과
- 2. 황해 군산분지 중앙부의 표층 니질퇴적물 이동을 살펴본 결과 스멕타이트는 남쪽으로부터 유입되었으며, 고령석+녹니석은 한국 연안으로부터 유입되었음이 뚜렷하게 나타났다. 일라이트의 경우는 연구지역 전체에서 지역간 편차 없이 높은 함량을 나타내고 있어 뚜렷한 이동경향을 보여주지 않는다.
- 3. 황해 중앙부의 코어 퇴적물의 현생퇴적물 분석결과 해수면 상승 이후 현재로 올수록 중국의 강들로부터 유입된 니질 퇴적물은 점점 감소하고 한국의 강들로부터 기원한 니질 퇴적물은 증가하는 경향을 보여준다.
- 4가지 경로에 따른 변화를 보면, 일라이트와 고령석+ 녹니석의 함량편차는 약 –8~9%로 편차가 크지 않았다.
- 고령석과 녹니석의 경우 한국 연안에 가까운 지역에서 상대적으로 높은 함량분포를 보이며, 연구지역의 중앙수로 동편을 따라 북에서 남쪽으로 길게 발달하는 모습을 보인다. 기존연구에서 요동 반도 남쪽 지역의 고령석 평균 함량은 약 5%, 녹니석 평균 함량은 약 16%(Li et al., 2014)인 반면 본 연구지역의 고령석 함량은 10.29~17.23%, 녹니석 함량은 15.07~20.23%로 상대적으로 높은 값을 나타내는 것으로 보아 본 연구지역의 동쪽 표층퇴적물은 한국 연안으로부터 기원된 퇴적물의 영향을 더 강하게 받은 것으로 판단된다.
- 이는 연구지역 현생 퇴적물의 점토광물 유입 양상의 변화를 직접적으로 반영 하는 것으로 판단된다. 기존의 많은 연구들을 통해서 스멕타이트는 중국강에서 높은 함량을 보이고, 고령석+녹니석의 함량은 상대적으로 한국강에서 높은 함량을 보였으며, 본 연구의결과 스멕타이트는 남쪽으로부터 유입되고 고령석+녹니석은 한국 연안으로부터 유입되었음을 고려 할 때(박찬홍 2010; 최진용 외 2010; Lim et al., 2015), 위와 같은 변화는 황해 중앙부의 현생퇴적물에서는 상대적으로 중국강으로부터 유입된 니질퇴적물은 점점 감소하고 한국의 강들로부터 기원한 니질 퇴적물이 상대적으로 증가했음을 보여준다.
- 5). 일라이트 함량의 수직적 변화는 입도 변화와 유사하여, 코어 퇴적물의 하부층(최하부~약 75 cm, Unit II, III)에서 약 64%에서 약 70%까지 증가하며, 상부층(약 0~75 cm, Unit I)에서는 약 69% 내외의 비교적 일정한 값을 보인다(Fig. 4). 스멕타이트 함량은 하부층에서 높고(약 2%) 상부로 갈수록 0.
- 코어 퇴적물 점토광물의 수직적인 함량 변화는 해수면 변동에 따른 퇴적상 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 보인다. 특히 후기 현세(late Holocene) 대륙붕 환경에서 형성된 최상부 약 75 cm의 니질 퇴적층(Unit 1)에서의 점토광물 함량 변화는 스멕타이트는 감소하고 고령석+녹니석의 함량은 증가 하는 경향을 나타내었다. 이는 연구지역 현생 퇴적물의 점토광물 유입 양상의 변화를 직접적으로 반영 하는 것으로 판단된다.
- 4). 특히, 하부 퇴적층의 평균입도는 상부로 갈수록 점진적으로 세립해지는 상향세립화(fining-upward facies)의 경향을 보이며, 분급도는 점토(clay)의 함량이 증가하는 상부로 갈수록 불량해진다. 코어 약 220 cm에는 약 2~3 cm 두께의 패각층이 발견 되며, 14C 연대측정 결과는 약 11,000년 BP로 산출되었다.
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