벨링스하우젠 해의 동쪽 대륙붕과 대륙대의 코어의 점토광물을 이용한 기원지 연구 Sediment Provenance using Clay Mineral in the Continental Shelf and Rise of the Eastern Bellingshausen Sea, Antarctica원문보기
남극 벨링스하우젠 해(Bellingshausen Sea)의 동쪽 대륙붕과 대륙대에 위치한 중력코어(BS17-GC15, BS17-GC04)를 2017년 ANA07D 탐사 동안 획득하였다. 두 코어를 이용하여 벨링스하우젠 해의 해양 퇴적물 내 빙기-간빙기에 따른 점토광물의 분포와 성인을 조사하였다. 두 코어에 대해 퇴적상의 특성을 기술하고, 입도 분석, X선 회절 분석을 실시하여 점토광물의 조성 변화를 관찰하였다. 퇴적학적 특성에 따라 BS17-GC15 코어는 세 개의 퇴적상들로 구분되며 이들은 마지막 빙하기, 전이퇴적상, 간빙기 시기의 퇴적작용에 의해 형성된 것으로 보인다. BS17-GC04 코어는 하부에 빙하기저부 기원의 저탁류의 조합으로 퇴적되는 저탁류 퇴적층과 니질층이 관찰되고, 위쪽으로 올라갈수록 실트질 엽층이 나타나며 상부에서는 생물교란 흔적이 포함된 반원양성 니질층이 나타난다. 퇴적상이 변함에 따라 점토광물의 함량비도 다르게 나타난다. BS17-GC15 코어는 시기에 따라 일라이트가 평균 28.4~44.5 %로 가장 큰 변화를 보이고, 스멕타이트는 빙하기 때 평균 31.1 %에서 20 %로 감소하였다가 간빙기때 25.1 %로 다시 증가하는 양상을 보였다. 녹니석과 카올리나이트의 합은 빙하기 때 평균 40.5 %에서 간빙기 때 30.4 %로 감소하였다. 빙하기 동안 퇴적물이 남극 반도로부터 유입되기 때문에 높은 일라이트와 녹니석 함량을 보인다. 반면, 대륙대에 위치한 BS17-GC04 코어는 빙하기 때 스멕타이트의 함량이 평균 47.2 %에서 상부로 갈수록 평균 20.6 %까지 감소하고 일라이트는 하부에서 평균 21.3 %에서 43.2 %로 증가한다. 빙하기 동안의 높은 스멕타이트 함량은 근처의 스멕타이트가 풍부한 퇴적물인 피터 1세 섬에서 퇴적물이 남극순환류에 의해 운반되었을 것으로 예상되고, 그 이후 간빙기에는 상대적으로 서쪽으로 흐르는 등수심 해류의 영향으로 동쪽의 벨링스하우젠 해의 대륙붕 퇴적물로부터 일라이트와 클로라이트가 풍부한 퇴적물이 운반되었을 것이라 예상된다.
남극 벨링스하우젠 해(Bellingshausen Sea)의 동쪽 대륙붕과 대륙대에 위치한 중력코어(BS17-GC15, BS17-GC04)를 2017년 ANA07D 탐사 동안 획득하였다. 두 코어를 이용하여 벨링스하우젠 해의 해양 퇴적물 내 빙기-간빙기에 따른 점토광물의 분포와 성인을 조사하였다. 두 코어에 대해 퇴적상의 특성을 기술하고, 입도 분석, X선 회절 분석을 실시하여 점토광물의 조성 변화를 관찰하였다. 퇴적학적 특성에 따라 BS17-GC15 코어는 세 개의 퇴적상들로 구분되며 이들은 마지막 빙하기, 전이퇴적상, 간빙기 시기의 퇴적작용에 의해 형성된 것으로 보인다. BS17-GC04 코어는 하부에 빙하기저부 기원의 저탁류의 조합으로 퇴적되는 저탁류 퇴적층과 니질층이 관찰되고, 위쪽으로 올라갈수록 실트질 엽층이 나타나며 상부에서는 생물교란 흔적이 포함된 반원양성 니질층이 나타난다. 퇴적상이 변함에 따라 점토광물의 함량비도 다르게 나타난다. BS17-GC15 코어는 시기에 따라 일라이트가 평균 28.4~44.5 %로 가장 큰 변화를 보이고, 스멕타이트는 빙하기 때 평균 31.1 %에서 20 %로 감소하였다가 간빙기때 25.1 %로 다시 증가하는 양상을 보였다. 녹니석과 카올리나이트의 합은 빙하기 때 평균 40.5 %에서 간빙기 때 30.4 %로 감소하였다. 빙하기 동안 퇴적물이 남극 반도로부터 유입되기 때문에 높은 일라이트와 녹니석 함량을 보인다. 반면, 대륙대에 위치한 BS17-GC04 코어는 빙하기 때 스멕타이트의 함량이 평균 47.2 %에서 상부로 갈수록 평균 20.6 %까지 감소하고 일라이트는 하부에서 평균 21.3 %에서 43.2 %로 증가한다. 빙하기 동안의 높은 스멕타이트 함량은 근처의 스멕타이트가 풍부한 퇴적물인 피터 1세 섬에서 퇴적물이 남극순환류에 의해 운반되었을 것으로 예상되고, 그 이후 간빙기에는 상대적으로 서쪽으로 흐르는 등수심 해류의 영향으로 동쪽의 벨링스하우젠 해의 대륙붕 퇴적물로부터 일라이트와 클로라이트가 풍부한 퇴적물이 운반되었을 것이라 예상된다.
Variations in grain size distribution and clay mineral assemblage are closely related to the sedimentary facies that reflect depositional conditions during the glacial and interglacial periods. Gravity cores BS17-GC15 and BS17-GC04 were collected from the continental shelf and rise in the eastern Be...
Variations in grain size distribution and clay mineral assemblage are closely related to the sedimentary facies that reflect depositional conditions during the glacial and interglacial periods. Gravity cores BS17-GC15 and BS17-GC04 were collected from the continental shelf and rise in the eastern Bellingshausen Sea during a cruise of the ANA07D Cruise Expedition by the Korea Polar Research Institute in 2017. Core sediments in BS17-GC15 consisted of subglacial diamicton, gravelly muddy sand, and bioturbated diatom-bearing mud from the bottom to the top sediments. Core sediments in BS17-GC04 comprised silty mud with turbidites, brownish structureless mud, laminated mud, and brownish silty bioturbated diatom-bearing mud from the bottom to the top sediments. The clay mineral assemblages in the two core sediments mainly consisted of smectite, chlorite, illite, and kaolinite. The clay mineral contents in core GC15 showed a variation in illite from 28.4 % to 44.5 % in down-core changes. Smectite contents varied from 31.1 % in the glacial period to 20 % in the deglacial period and 25.1 % in the interglacial period. Chlorite and kaolinite contents decreased from 40.5 % in the glacial period to 30.3 % in the interglacial period. The high contents of illite and chlorite indicated a terrigenous detritus supply from the bedrocks of the Antarctic Peninsula. Core GC04 from the continental rise showed a decrease in the average smectite content from 47.2 % in the glacial period to 20.6 % in the interglacial period, while the illite contents increased from the 21.3 % to 43.2 % from the glacial to the interglacial period. The high smectite contents in core GC04 during the glacial period may be supplied from Peter I Island, which has a known smectite-rich sediment contributed by Antarctic Circumpolar Currents. Conversely, the decrease in smectite and increase in chlorite and illite contents during the interglacial period was likely caused by a higher supply of chlorite- and illite-enriched sediment from the eastern Bellingshausen Sea shelf by the southwestward flowing contour current.
Variations in grain size distribution and clay mineral assemblage are closely related to the sedimentary facies that reflect depositional conditions during the glacial and interglacial periods. Gravity cores BS17-GC15 and BS17-GC04 were collected from the continental shelf and rise in the eastern Bellingshausen Sea during a cruise of the ANA07D Cruise Expedition by the Korea Polar Research Institute in 2017. Core sediments in BS17-GC15 consisted of subglacial diamicton, gravelly muddy sand, and bioturbated diatom-bearing mud from the bottom to the top sediments. Core sediments in BS17-GC04 comprised silty mud with turbidites, brownish structureless mud, laminated mud, and brownish silty bioturbated diatom-bearing mud from the bottom to the top sediments. The clay mineral assemblages in the two core sediments mainly consisted of smectite, chlorite, illite, and kaolinite. The clay mineral contents in core GC15 showed a variation in illite from 28.4 % to 44.5 % in down-core changes. Smectite contents varied from 31.1 % in the glacial period to 20 % in the deglacial period and 25.1 % in the interglacial period. Chlorite and kaolinite contents decreased from 40.5 % in the glacial period to 30.3 % in the interglacial period. The high contents of illite and chlorite indicated a terrigenous detritus supply from the bedrocks of the Antarctic Peninsula. Core GC04 from the continental rise showed a decrease in the average smectite content from 47.2 % in the glacial period to 20.6 % in the interglacial period, while the illite contents increased from the 21.3 % to 43.2 % from the glacial to the interglacial period. The high smectite contents in core GC04 during the glacial period may be supplied from Peter I Island, which has a known smectite-rich sediment contributed by Antarctic Circumpolar Currents. Conversely, the decrease in smectite and increase in chlorite and illite contents during the interglacial period was likely caused by a higher supply of chlorite- and illite-enriched sediment from the eastern Bellingshausen Sea shelf by the southwestward flowing contour current.
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문제 정의
않다. 그러므로 본 연구에서는 벨링스하우젠 해의 동쪽 대륙붕과 대륙대에서 획득한 중력 코어를 이용하여 퇴적물의 점토광물 함량 변화를 통해 이 지역의 빙기-간빙기에 따른 빙붕의 성장과 후퇴에 의한 퇴적 환경 및 퇴적물 공급지의 변화를 복원해보고자 한다.
제안 방법
X선 회절 분석 (XRD) 은 코어 별로 채취한 부시료에서 진행하였다. 30 % 과산화수소수를 이용하여 퇴적물 내의 유기물을 충분히 제거한 후, 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거한다 그리고 증류수로 워싱을 실시한 뒤 동결건조하여 유기물을 제거한 분말 상태의 퇴적물 시료를 획득하였다.
전체적인 코어의 광물 동정을 위해 입도 분리를 하지 않은 시료를 부정방위법으로 X선 회절 분석을 실시하였다. X선 회절 분석기는 연세대학교 지구시스템과학과에서 보유하고 있는 Rigaku 사의 Miniflex II를 이용하였으며 Cu-Ka radiation 을 이용하여 분석 조건은 30 kV, 15 mA에서 2 theta 구간 2〜70 ° 범위를 주사 간격 0.02 °, 스캔 속도 1.5 °/min 조건으로 측정하였다. 동시에 퇴적물 내 점토광물의 정확한 동정을 위해 유기물을 제거한 분말 상태의 퇴적물 시료를 증류수로 채운 후, Stoke’s law 를 이용하여 원심분리기를 이용해 2 pm 이하의 입자만포함된 현탁액을 추출하였다.
피크 면적에 각 광물의 (001) 피크 강도차를 보정하기 위해일라이트에 4 녹니석과 카올리나이트 합의 면적에 2의 일정한 가중치(weighting factor)를 곱하였다 (Biscaye, 1965). 녹니석과 카올리나이트의 상대적인 함량은 XRD 결과에서 카올리나이트의 3.58 피크와 녹니석의 3.54 피크의 회절 강도 비를 이용하여 결정하였다.
5 °/min 조건으로 측정하였다. 동시에 퇴적물 내 점토광물의 정확한 동정을 위해 유기물을 제거한 분말 상태의 퇴적물 시료를 증류수로 채운 후, Stoke’s law 를 이용하여 원심분리기를 이용해 2 pm 이하의 입자만포함된 현탁액을 추출하였다. 이 현탁액을 진공펌프에 연결된 유리 깔대기에 넣고 필터에 침전시켜서 점토광물의 정방위 시료를 획득하였다.
두 중력 코어의 깊이에 따른 입도 분석 결과를 자세히 관찰하기 위해 모래, 실트, 점토 크기를 기준으로 삼각 도표를 도시하였다(Fig. 3). 대륙붕에 위치한 GC15 코어는 퇴적상 B에서 모래는 평균 28.
벨링스하우젠 해 동쪽 대륙붕과 대륙대에서 획득한 BS17-GC15와 BS17-GC04 코어의 퇴적상, 입도 분석, 점토광물의 함량을 통해 빙하기와 간빙기의 퇴적환경과 퇴적물의 공급지 변화에 대해 알아보았다. 벨링스하우젠 해의 대륙붕의 역질층이나대륙대의 저탁류 퇴적층과 빙하기 니질층이 나타나는 구간에서는 빙하기의 빙상의 발달로 저탁류나융빙수에 의한 퇴적물 공급으로 분급이 나쁜 퇴적물이 나타난다.
점토광물의 반정량 분석은 공기 중 건조 시료와 에틸렌글리콜 처리 시료의 X선회절 분석 결과를 비교하여 결정하였다. 에틸렌글리콜 처리 시료의 XRD 에서 스멕타이트는 17의 피크일라이트는 10의 피크, 녹니석 + 카올리나이트는 7의 피크에 대해 확인하고 면적을 구했다. 피크의 면적은 피크의 양 끝 지점을 설정하여 바탕선 (base line) 을 그려서 면적을 계산하였다.
를 사용하여 측정하였다. 입자 크기의 구분은 2 pm 이하는 점토, 2 ㎛ 에서 63 pm 사이는 실트, 63 pm 보다 큰 입자 크기는 모래 입자 크기로 구분하였다.
정방위시료는 유리슬라이드 위에 도포하여 공기 중에서 건조한 뒤 X선 분석을 실시하였다 공기 중 건조 시료 (air dried)는 2 theta 구간 2〜70 ° 범위를 측정하고, 건조된 슬라이드를 24시간 동안 에틸렌글리콜 (ethylene glycol) 로 포화시킨 시료(ethylene glyco- lated)는 2 theta 구간 2〜30 ° 범위를 측정하여 그결과를 비교하였다. 점토광물의 반정량 분석은 공기 중 건조 시료와 에틸렌글리콜 처리 시료의 X선회절 분석 결과를 비교하여 결정하였다. 에틸렌글리콜 처리 시료의 XRD 에서 스멕타이트는 17의 피크일라이트는 10의 피크, 녹니석 + 카올리나이트는 7의 피크에 대해 확인하고 면적을 구했다.
이 현탁액을 진공펌프에 연결된 유리 깔대기에 넣고 필터에 침전시켜서 점토광물의 정방위 시료를 획득하였다. 정방위시료는 유리슬라이드 위에 도포하여 공기 중에서 건조한 뒤 X선 분석을 실시하였다 공기 중 건조 시료 (air dried)는 2 theta 구간 2〜70 ° 범위를 측정하고, 건조된 슬라이드를 24시간 동안 에틸렌글리콜 (ethylene glycol) 로 포화시킨 시료(ethylene glyco- lated)는 2 theta 구간 2〜30 ° 범위를 측정하여 그결과를 비교하였다. 점토광물의 반정량 분석은 공기 중 건조 시료와 에틸렌글리콜 처리 시료의 X선회절 분석 결과를 비교하여 결정하였다.
코어 BS17-GC04 와 BS17-GC15 에서 분석한 각각의 점토 광물의 함량을 스멕타이트/(녹니석 + 일 라이트)로 계산한 값과 평균 입도 크기를 코어의 이미지와 함께 도시했다(Fig. 2). GC15의 경우 하부의 퇴적상 B 에 자갈과 함께 어두운 회색의 사질역질층이 나타난다.
퇴적물의 입도 분석은 연세대학교 지구시스템과학과에서 보유중인 Malvern 사의 Mastersizer 에서 Laser 를 사용하여 측정하였다. 입자 크기의 구분은 2 pm 이하는 점토, 2 ㎛ 에서 63 pm 사이는 실트, 63 pm 보다 큰 입자 크기는 모래 입자 크기로 구분하였다.
피크의 면적은 피크의 양 끝 지점을 설정하여 바탕선 (base line) 을 그려서 면적을 계산하였다. 피크 면적에 각 광물의 (001) 피크 강도차를 보정하기 위해일라이트에 4 녹니석과 카올리나이트 합의 면적에 2의 일정한 가중치(weighting factor)를 곱하였다 (Biscaye, 1965). 녹니석과 카올리나이트의 상대적인 함량은 XRD 결과에서 카올리나이트의 3.
에틸렌글리콜 처리 시료의 XRD 에서 스멕타이트는 17의 피크일라이트는 10의 피크, 녹니석 + 카올리나이트는 7의 피크에 대해 확인하고 면적을 구했다. 피크의 면적은 피크의 양 끝 지점을 설정하여 바탕선 (base line) 을 그려서 면적을 계산하였다. 피크 면적에 각 광물의 (001) 피크 강도차를 보정하기 위해일라이트에 4 녹니석과 카올리나이트 합의 면적에 2의 일정한 가중치(weighting factor)를 곱하였다 (Biscaye, 1965).
대상 데이터
진행하였다. 30 % 과산화수소수를 이용하여 퇴적물 내의 유기물을 충분히 제거한 후, 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거한다 그리고 증류수로 워싱을 실시한 뒤 동결건조하여 유기물을 제거한 분말 상태의 퇴적물 시료를 획득하였다. 전체적인 코어의 광물 동정을 위해 입도 분리를 하지 않은 시료를 부정방위법으로 X선 회절 분석을 실시하였다.
본 연구에서 사용한 코어 시료는 2017년도에 극지연구소 쇄빙선 아라온호를 이용해 수행된 ANA07D 서남극 탐사 동안 획득한 시료로 벨링스하우젠 해의 대륙붕 동쪽에 위치한 중력 코어인 BS17-GC15 (70°51.6187'S, 79°41.9466, W, 수심 631 m, 길이 218 cm) 와 대륙대에 위치한 중력코어 BS17-GC04 (68°17.2026'S, 82°58.8510'W, 수심 3, 662 m, 길이 771 cm) 를 채취하였다(Fig. 1). 입도분석과 광물분석을 위해 코어의 절개 면을 따라 퇴적상을 바탕으로 BS17-GC15 코어는 10~15 cm 간격으로 17 개의 부시료를 채취하였고, BS17-GC04 코어는 30 개의 부시료를 채취하였다.
1). 입도분석과 광물분석을 위해 코어의 절개 면을 따라 퇴적상을 바탕으로 BS17-GC15 코어는 10~15 cm 간격으로 17 개의 부시료를 채취하였고, BS17-GC04 코어는 30 개의 부시료를 채취하였다.
코어 BS17-GC15는 벨링스하우젠 해 동쪽 대륙붕에서 채취하였다(Fig. 1). 코어를 채취한 벨링스하우젠 해의 대륙붕에서 퇴적환경의 변화를 일으키는 가장 중요한 요인은 서남극 빙붕의 기후 변화에 따른 전진과 후퇴이다.
데이터처리
30 % 과산화수소수를 이용하여 퇴적물 내의 유기물을 충분히 제거한 후, 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거한다 그리고 증류수로 워싱을 실시한 뒤 동결건조하여 유기물을 제거한 분말 상태의 퇴적물 시료를 획득하였다. 전체적인 코어의 광물 동정을 위해 입도 분리를 하지 않은 시료를 부정방위법으로 X선 회절 분석을 실시하였다. X선 회절 분석기는 연세대학교 지구시스템과학과에서 보유하고 있는 Rigaku 사의 Miniflex II를 이용하였으며 Cu-Ka radiation 을 이용하여 분석 조건은 30 kV, 15 mA에서 2 theta 구간 2〜70 ° 범위를 주사 간격 0.
성능/효과
X선 회절 분석 결과 깊이에 따른 전반적인 광물종류는 두 중력 코어 대부분 석영, 장석류의 조장석, 점토광물인 스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트, 녹니석 위주로 나타났다(Fig. 4). 깊이에 따라피크 강도는 미미한 차이를 보였지만, 구성 광물종은 유사하게 나타났다.
6). 대륙붕에 위치한 GC15 코어 퇴적상 B 구간에서는 스멕타이트가 평균 31.1 %, 일라이트가 28.4 %, 녹니석이 22.3 % 카올리나이트가 18.2 % 의 함량을 보이고 전이퇴적상층에서는 스멕타이트가 20 %, 일라이트가 38 %, 녹니석이 21 %, 카올리나이트가 21 %의 평균적인 함량을 보인다. 가장위쪽의 갈색 실트질 규조토가 포함된 퇴적상 A 에서는 평균 스멕타이트가 25.
깊이에 따라피크 강도는 미미한 차이를 보였지만, 구성 광물종은 유사하게 나타났다. 또한 두 중력 코어의 점토광물의 정확한 동정을 위해 2 이하의 점토를 분리하여 공기 중 건조 시료와 에틸렌글리콜 처리 시료를 X선 회절 분석한 결과 스멕타이트, 녹니석, 일라이트 카올리나이트가 우세하게 존재하는 것을 확인하였다(Fig. 5).
2). 벨링스하우젠해 동쪽 대륙대에 위치한 GC04 코어는 퇴적상 G1, G3 에서는 스멕타이트가 평균 47.2 %, 일라이트가 21.3 %, 녹니석이 16 %, 카올리나이트가 15.5 %의함량을 보이고, 퇴적상 G2 에서는 스멕타이트가 19.3 %, 일라이트가 37 %, 녹니석이 29.1 %, 카올리나이트가 14.5 %의 평균 함량으로 스멕타이트가 감소한다. 테프라가 포함된 퇴적상 F 의 실트질 이토층에서는 스멕타이트가 54.
6 %이다. 상부로 가면서 갈색 퇴적물이 나타나기 시작하는 전이 퇴적 상층에서는 모래가 평균 43.8 %, 실트는 42.4 % 점토는 13.8 %로 모래 함량이 증가한다 그리고 최상부의 갈색 실트질 규조토인 퇴적상 A는 모래가 평균 3.3 %, 실트가 77.9 %, 점토가 18.8 %를 보인다. 대륙대에 위치한 GC04 코어는 하부의 퇴적상 G1, G3 인 회색 이토로 구성된 터비다이트 층에서는 점토가 평균 35.
5 %, 일라이트가 41 %, 녹니석이 26 %, 카올리나이트가 14.5 %이고, 상부의 퇴적상。에서는 스멕타이트가 24.7 %, 일라이트가 38.5 %, 녹니석이 20.6 %, 카올리나이트가 16.2 %의 평균적인 함량을 보이고 최상부 퇴적상 C 에서는 스멕타이트가 20.6 %, 일 라이트가 43.2 %, 녹니석이 22 %, 카올리나이트가 14.2 %로 일라이트의 함량이 가장 우세하게 나타난다. 카올리나이트는 코어에서 전반적으로 거의 일정한 함량 변화를 보인다 스멕타이트/(녹니석 + 일 라이트)의 비율은 퇴적상 G3, G1 의 터비다이트 구조가 관찰되는 층에서 높은 값을 보이다가 G2 를 포함한 나머지 부분에서 감소한다(Fig.
4). 전체적으로 석영, 조장석 등의 화산활동 기원 초생광물 위주로 나타났고, 스멕타이트, 일라이트, 녹니석, 카올리나이트의 경우 깊이에 따라 함량의 변화를 보였다(Fig. 5). 또한 코어의 주변부로부터 빙하기-간빙기에 따른 점토광물 기원지의 변화를 알아보기 위해 주변 코어들의 점토광물 함량비를 함께 도시하였다(Fig.
5 %의 평균 함량으로 스멕타이트가 감소한다. 테프라가 포함된 퇴적상 F 의 실트질 이토층에서는 스멕타이트가 54.4 %, 일라이트가 20.1 %, 녹니석이 12.2 %, 카올리나이트가 13.3 %로 다시스멕타이트가 증가하고 녹니석 일라이트의 비율이 감소한다. 퇴적상 E 에서는 평균 스멕타이트가 18.
4 %의 함량을 보인다. 퇴적상 D 인 녹회색 실트질 엽리층에서는 모래가 평균 2.2 %, 점토가 36 %, 실트가 61.8 %의 함량이며 퇴적상 C 의갈색의 이토층에서는 평균적으로 모래가 0.7 %, 점토가 30.2 %, 실트가 69.1 %로 나타난다. GC04 코어의 경우 대륙대에 위치한 코어이기 때문에 퇴적상이 다르지만 입도는 대부분 실트질로 구성되어 있다.
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