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문제 정의
- 이번 연구에서는 나리테프라층 하부의 부석질 퇴적층에서 산출된 원형이 잘 보존된 탄화목을 대상으로 고식생의 생장과 관련된 정보를 활용하여 수종, 고환경, 화산분출 시기 및 화쇄류의 정치온도를 밝히고자 한다.
제안 방법
- 본 연구에서는 탄화목 시료의 연대가 포함될 확률이 더 높으며 일반적으로 이용하고 있는 약 95% 신뢰도(2σ)를 선택하였으며 선행 연구된 연대와의 비교를 위해 Cal BC를 Cal BP 단위로 환산하여 이용하였다.
- 수종 식별(분석)은 제작된 삼단면(횡단면, 방사단면, 접선단면) 시료에 대한 구성세포의 종류 및 구조, 배열 등의 해부학적 특징에 기초하고(Park et al., 1987; Lee, 1994; Anagnost et al., 1994; Lee, 1997a, 1997b), 최종적으로 충북대학교 목재연륜소재은행 소장 목재재감 프레파라트로 대조하였다. 탄화목의 해부학적인 특징은 다음과 같다.
- 2). 수종 식별은 탄화목의 삼단면(횡단면, 방사단면, 접선단면)에 대한 해부학적 특징에 기초하여 결정되었으며, 충북대학교 공동실험실습관 전계방출형 주사전자현미경(FESEM, LEO-1530)을 이용하여 가속전압 3 kV 조건하에서 실시하였다. 연륜 분석은 횡단면이 가장 잘 남아있는 부분을 선택하여 연륜 경계가 명확히 관찰되도록 표면을 정리한 후, 0.
- 연대측정은 나이테의 중심에서 1점(시료명; UN1)과 최외각에서 2점(시료명; UN2, UN3)을 사용하였으며, UN3이 UN2보다 약간 더 바깥쪽 나이테에 해당한다. 시료는 산/염기/산(AAA) 화학처리를 통해 오염물을 제거한 후 분석용 흑연을 추출하였다. AMS 분석법은 직접 14C 원자의 비율을 측정하는 초극미량 정량분석 기법으로서, 분석에 필요한 시료의 양은 수 mg에 불과하며 수 분 정도의 짧은 분석시간을 이용하여 10-15의 차이까지 아주 정밀하게 탄소 동위원소의 비율을 측정할 수 있어 정확도(측정오차 ±1% 이하)가 높으며(Tuniz et al.
- 수종 식별은 탄화목의 삼단면(횡단면, 방사단면, 접선단면)에 대한 해부학적 특징에 기초하여 결정되었으며, 충북대학교 공동실험실습관 전계방출형 주사전자현미경(FESEM, LEO-1530)을 이용하여 가속전압 3 kV 조건하에서 실시하였다. 연륜 분석은 횡단면이 가장 잘 남아있는 부분을 선택하여 연륜 경계가 명확히 관찰되도록 표면을 정리한 후, 0.01 mm의 정확도를 가진 Lintab 연륜폭 측정기를 이용하여 수행하였다. 방사성탄소(14C)연대측정은 한국지질자원연구원 지질자원특성분석센터에서 질량분석 이온빔 가속기(Accelerator Mass Spectrometer)를 이용한 14C 연대 측정법에 의해 수행되었다.
- 울릉도 나리테프라층의 최하부 층원에 해당하는 Member N-5의 부석질 퇴적층에서 채취된 탄화목에 대한 수종 식별, 연륜 분석, 방사성탄소 연대측정을 실시하였다. 탄화목 시료는 나이테와 조직이 비교적 잘 보존된 가지부분에 해당하고 완전히 탄화되어 표면색과 조흔색 모두 검은색을 띄며 물성은 매우 약해 잘 부스러진다.
- 이번 연구에서는 나리테프라층 하부의 부석질 퇴적층에서 산출된 원형이 잘 보존된 탄화목을 대상으로 고식생의 생장과 관련된 정보를 활용하여 수종, 고환경, 화산분출 시기 및 화쇄류의 정치온도를 밝히고자 한다. 이를 위하여 탄화목의 기재, 수종식별, 연륜분석 및 방사성탄소 연대 분석을 실시하였다.
- 탄화목의 연륜폭 측정은 중심인 수(pith)부분부터 나이테 100년까지 측정되었으며 그 이후로는 불가능하였다. 횡단면에서 나이테의 연륜의 위치는 1년, 10년, 40년, 70년, 100년 및 최외각 나이테로 표시하였다(Fig. 4). 나이테 100년까지의 평균 연륜 폭은 0.
대상 데이터
- 1a). 연구지역은 나리칼데라 남측 내벽에 약 70 m 두께로 노출된 나리테프라층 일대이다(Fig. b, c). 나리테프라층은 19개의 퇴적상을 가지며 Member N-5(최하부)~Member N1(최상부)까지 크게 5개의 층원으로 나뉜다(Kim et al.
- , 2014). 연구지역인 Member N-5에 해당하는 화산쇄설층은 Unit N5A~Unit N-5D 및 Unit N-5R까지 총 다섯 개의 층 단위로 구성된다(Kim et al., 2014). 이번 연구에 이용된 탄화목 시료는 Unit N-5B (N37°30'18.
- 방사성탄소(14C)연대측정은 한국지질자원연구원 지질자원특성분석센터에서 질량분석 이온빔 가속기(Accelerator Mass Spectrometer)를 이용한 14C 연대 측정법에 의해 수행되었다. 연대측정은 나이테의 중심에서 1점(시료명; UN1)과 최외각에서 2점(시료명; UN2, UN3)을 사용하였으며, UN3이 UN2보다 약간 더 바깥쪽 나이테에 해당한다. 시료는 산/염기/산(AAA) 화학처리를 통해 오염물을 제거한 후 분석용 흑연을 추출하였다.
- 연대측정에 대한 결과는 표 1에 나타내었다. 연대측정은 최내각 나이테(UN1) 1점과 최외각 나이테(UN2, UN3) 2점을 이용하였다. 표준편차 1σ을 사용한 방사성탄소 연대(conventional radiocarbon age)는 16,790±70, 16,580±70 및 16,570±80 BP 로 얻어졌다.
- 이번 연구에 이용된 탄화목 시료는 Unit N-5B (N37°30'18.3" E130°51'52.7", 597 m)에서 채취되었다(Fig. 2).
이론/모형
- 이 결과는 1950년을 기준으로 하여 계산된 통상적인 방사성탄소 연대로 표현된 것이다. 방사성탄소 연대에 대한 보정연대(calibrated age)는 국제적으로 사용하고 있는 Reimer et al. (2013)의 고정밀보정곡선을 이용하였으며, Bronk Ramsey (2013)의 보정법을 적용하여 역년(calendar age, AD/BC year)으로 전환하였다. 보정연대의 분포는 표준편차 1σ와 2σ를 이용하여 각각 약 68%와 약 95% 신뢰도로 나타낼 수 있다.
- 01 mm의 정확도를 가진 Lintab 연륜폭 측정기를 이용하여 수행하였다. 방사성탄소(14C)연대측정은 한국지질자원연구원 지질자원특성분석센터에서 질량분석 이온빔 가속기(Accelerator Mass Spectrometer)를 이용한 14C 연대 측정법에 의해 수행되었다. 연대측정은 나이테의 중심에서 1점(시료명; UN1)과 최외각에서 2점(시료명; UN2, UN3)을 사용하였으며, UN3이 UN2보다 약간 더 바깥쪽 나이테에 해당한다.
성능/효과
- 탄화목 시료는 나이테와 조직이 비교적 잘 보존된 가지부분에 해당하고 완전히 탄화되어 표면색과 조흔색 모두 검은색을 띄며 물성은 매우 약해 잘 부스러진다. SEM 이미지상에서 관찰된 해부학적 특징을 해석한 결과, 수종은 소나무과 중 가문비나무속으로 식별되었다. 나이테의 연륜 폭을 살펴보면, 초기 50년까지 빠른 생장 후 안정기에 접어들었으며 최외각 나이테의 연륜은 263+α 년이다.
- 4). 나이테 100년까지의 평균 연륜 폭은 0.17 mm로 매우 좁은 연륜 폭을 보이며, 초기 50년을 제외하고 안정기에 접어드는 50년 이후부터 100년까지의 평균 연륜 폭은 0.11 mm로 조사되었다(Fig. 5). 100년 이후의 탄화목의 직경은 약 1.
- 이번 연구결과와 종합해볼 때, 가문비나무속은 적어도 20,490∼18,690 cal BP (약 1800년)동안 울릉도 나리칼데라 일대에 군락을 형성하였을 것으로 해석된다.
- 이번 연구에서 채취된 탄화목의 해부학적 특성에 의하면, 울릉도 나리칼데라의 고식생은 소나무과 중 가문비나무속에 속한다. 가문비나무속의 중심(최내각 나이테)에서 최외각 나이테에 대한 보정연대는 각각 20,260±230, 19,995±245, 19,975±265 cal BP 로 나이테의 성장방향과 조화적인 경향을 보인다.
후속연구
- 뿐만 아니라, 목재의 나이테는 나무의 수령을 밝히는 것에서부터 연륜연대학(dendrochronology) 및 연륜기후학(dendroclimatology)분야에 널리 활용되고 있다(Creber, 1977). 나이테와 관련된 정보의 축적은 향후 고기후의 재건을 위한 자료로 활용될 수 있을 것이다. 그 외에도 탄화목은 초기 탄화온도를 모를 경우, 화산쇄설층(pyroclastic deposit)의 최소 정치온도(emplacement temperature)를 추정하기 위한 온도 프록시(temperature proxy)로서 이용될 수 있다(Scott and Glasspool, 2005; Scott et al.
- , 2007). 보다 정확한 정치온도를 구하기 위해서는 동일한 시기의 화산퇴적물에서 충분히 많은 탄화목 시료들의 반사도 측정 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.
- 또한, 울릉도 나리테프라층의 최하부 층원을 형성한 화쇄류는 < 19,710 cal BP 시기에 분출하였으며 최소 정치온도는 약 350~500℃ 정도로 추정된다. 이번 연구의 결과는 향후 고기후의 재건을 위한 기초 자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
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