[논문]가로림만 표층 퇴적물 내 미량금속 분포 특성

박경규; 최만식; 조동진; 장동준; 박소정

doi:10.7850/jkso.2020.25.2.009

가로림만 표층 퇴적물 내 미량금속 분포 특성
Trace Metals in Surface Sediments of Garolim Bay, Korea 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.25 no.2, 2020년, pp.9 - 25

박경규 (충남대학교 해양환경과학과) , 최만식 (충남대학교 해양환경과학과) , 조동진 (충남대학교 해양환경과학과) , 장동준 (충남대학교 해양환경과학과) , 박소정 (충남대학교 해양환경과학과)

초록
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가로림만 퇴적물에서 미량금속의 인위적인 영향을 평가하기 위하여 2010년과 2015년 총 77개의 표층 퇴적물 시료를 채취하여 물리적 특성 요소(입도 및 비표면적)와 지화학적 요소(주성분(Al, Ca, Fe, K, Ba) 및 미량금속(Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb), 유기탄소 및 탄산칼슘)들을 분석하였다. 가로림만 표층 퇴적물의 평균 입도는 0.51-5.58 Ø(평균 3.98 Ø) 범위였으며 외만에서부터 내만으로 증가하였고, 수로에서 육지 방향으로 증가하였다. 일부 원소를 제외한 대부분의 금속 농도는 입자의 크기가 작아지고 비표면적이 증가함에 따라 증가하였다. 미량금속의 농도를 조절하는 요인을 추정하기 위하여 요인분석(factor analysis)을 실시하여, 총 3개의 요인을 추출(총 변이의 92.7%) 하였다. 요인 1은 총 변이의 71.3%를 설명하였는데 입도 요인이었고, 요인 2는 총 변이의 14.2%를, 요인 3에서는 총 변이의 7.2%를 설명하였다. 배경농도를 이용하여 농축인자를 계산하였다. 농축인자가 1.5 이상인 금속과 그 시료 수는 Cr 4개(정점 1, 16, 27, 39)와 Pb 1개(정점 39)였으나 이 들 금속에 대한 용출 금속 농도에서는 타 시료와 차이가 없었다. 가로림만의 총 금속 농도에 대한 1M HCl 용출 금속 농도의 백분율은 Pb~Co>Cu>Zn~Mn>Ni>Cr 순서로 감소하였으며 Pb은 입도에 따른 변화를 보였으나 다른 금속들은 모래를 제외하면 매우 일정한 값을 보였다. 이 값을 오염된 지역 및 청정 해역과 비교하면 모든 지역에서 Cu, Zn 및 Pb의 농도 수준과 관련없이 금속별 백분율이 유사하였다. 이는 1M HCl 용액과 퇴적물 구성 성분 사이의 반응 여부에 따른 결과라고 판단되고, 농축 정도를 판단하는데 이 용출 비율을 사용하는 것은 한계가 있음을 나타낸다.

Abstract ▼ AI-Helper

In 2010 and 2015, total 77 surface sediment samples were collected to assess the anthropogenic effects of trace metals in surface sediments of Garolim Bay, and the physical characteristics (particle size and specific surface area) and geochemical components (major (Al, Ca, Fe, K, Ba) and trace metals (Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb), organic carbon and calcium carbonate) were analyzed. Mean grain size of Garolim Bay surface sediments ranged from 0.51-5.58 Ø (mean 3.98 Ø) and increased from the inlet of bay to the inner bay, and from the waterway to the land. Most of the metal concentrations except for some elements showed the similar distribution to those of mean grain size and specific surface area. As the particle size decreased and the specific surface area increased, the metal concentration increased. In order to estimate the factors controlling the concentration of trace metals, factor analysis was performed, and three factors were extracted (92.7% of the total variation). Factor 1 accounted for 71.3% of the total variation, which was a grain size factor. Factor 2 accounted for 14.2% of the total variation, Factor 3 accounted for 7.2% of the total variance. Enrichment factor was calculated using the particle size corrected background concentration. Metals with a enrichment factor of 1.5 or higher and the number of samples were 4 for Cr (St. 1, 16, 27, 39) and 1 for Pb (St. 39), but there were little differences in the concentrations of 1M HCl leached metals for these metals. The percentage of 1M HCl leached fraction to total metal concentration decreased in the order of Pb~Co>Cu>Zn~Mn>Ni>Cr. Comparing this value with contaminated and clean sediments in other coastal areas, the percentages for each metal were similar regardless of the trace metal levels in all regions. This fact might be resulted from the reaction between the 1M HCl solution and the different sediment constituents, indicating that there is a limit to apply this percentage of leached metal to the estimation of the contamination extent.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Sampling sites in the Garolim Bay, Korea.
표 Table 1. Analytical results of elements for Canadian sediment reference material, MESS-3 (NRCC)
그림 Fig. 2. The spatial distribution of (a)mean grain size, (b) specific surface area, (c) organic carbon, (d) CaCO₃, (e) Al, (f) Ca, (g) Fe, (h) K and (i) Ba in surface sediments.
그림 Fig. 3. The spatial distribution of heavy metal concentrations in surface sediments.
그림 Fig. 4. Relationships between heavy metals and Cs concentrations in surface sediments.
표 Table 2. Varimax rotated factor loadings for metals and sediment properties in Garolim Bay sediments
$Table 3. Comparison of metal concentration and the percentage of labile fraction for metal in Garolim Bay sediments with other coastal environments in Korea$ 표 Table 3. Comparison of metal concentration and the percentage of labile fraction for metal in Garolim Bay sediments with other coastal environments in Korea

AI 본문요약
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문제 정의

, 2009) 외해와의 물질 교환이 잘 이루어진다. 가로림 만의 표층 퇴적물은 만의 안쪽으로 갈수록 세립한 퇴적물이 분포하는 경향을 보이며(Woo et al., 2009), 만의 외부에는 수도 권의 영향을 받는 경기만, 대산 공업단지, 대산항 등 오염 발생원이 많아 오염물질의 영향이 우려되는 장소로 외부의 오염물질이 원활한 해수 교환에 의해 내만의 세립질 퇴적물로의 축적이 이루어질 수 있으므로 이에 대한 평가가 필요한 시점이라 판단된다. 황해 연안 퇴적물에서의 미량금속 농도 분포, 조절 요인 및 오염 정도 평가에 대한 연구들이 기존에 보고되었으나 (Choi et al.
, 2012), 가로림만 표층 퇴적물에서의 미량금속 농도 분포 및 오염 정도에 대한 평가는 미흡한 편이다. 이에 본 연구에서는 가로림만 표층 퇴적물의 총 금속 농도 및 용출 부분의 금속 농도, 퇴적물의 물리, 화학적 요소들을 통하여 미량 금속의 농도 분포 및 조절 요인을 살펴보고자 하였고, 농축 인자(enrichment factor)를 이용하여 미량금속 농축 정도를 평가하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 Song et al.(2014)에서 제시한 식을 이용하여 Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb의 농축인자를 계산하였으며, 모래 시료를 제외한 Cs 3 mg/kg 이상의 시료에 대해 계산하여 나타내었다. 가로림만의 농축인자는 Cr 0.
4.2 가로림만 퇴적물 내 미량금속 농축도 평가

가로림만 퇴적물 내 미량금속(Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb)의 총 금속 농도를 국내 다른 지역과 비교해 보았다(Table 3). 우선 인근지역이자 국내에서 인위적인 유입이 적고 깨끗하다고 알려진 천수만과 비교해보았을 때, Mn은 절반 정도였으나 다른 금속들은 유사한 값을 보였다.
가로림만 퇴적물 내 미량금속의 총 금속 농도에 대한 용출 금속 농도의 백분율을 국내 다른 지역과 비교해 보았다(Table 3).우선 천수만과 비교해보았을 때, Cr, Cu, Pb은 유사한 값을 보였고, Co, Ni, Zn는 가로림만에서, Mn은 천수만에서 높은 값을보였다.
가로림만 표층퇴적물 내 미량금속의 분포 특성을 파악하기 위하여 총 77개 퇴적물 시료의 입도, 비표면적, 유기탄소와 총금속 및 용출부분 금속을 분석하였다. 대부분의 미량금속은 가로림만 내측으로 갈수록 농도가 높아지는 경향을 보였으며, 입도와 유기탄소에 의한 영향으로 주로 농도가 조절되었다.
가로림만 표층퇴적물 내 미량금속의 지화학적 특성을 알아보기 위해 분석된 결과들 중 물리적 요소들(평균 입도, 비표면적, <16μm, Sand), 유기탄소, 탄산칼슘, 주성분(Al, Ca, Fe, K, Ba) 및 미량 금속들(Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb) 사이의 관계성을 살펴보았다.
가로림만의 입도, 비표면적, 유기 탄소, 탄산칼슘, 주성분 원소의 분포를 살펴보았다(Fig. 2). 가로림만 표층 퇴적물의 평균 입도는 0.
모든 금속 원소들의 총 금속 농도가 Cs의 농도 증가에 따라 함께 증가하며 모두 퇴적물 입자의 크기와 좋은 상관성을 보였다. 그러므로 본 연구에서는 가로림만 퇴적물의 금속 농축도 평가에서배경 농도 설정을 위해 퇴적물을 잘 설명할 수 있는 표준화 요소로서 Cs을 이용하였다. 아래의 식을 이용하여 농축인자를 계산하였다.
6이었다. 농축인자의 값이 1.6을 보이며 배경농도에 비해 농축이 일어났다고 여겨진 정점들(정점 1, 16, 27, 39)의 용출금속 농도를 살펴보았다. 농축이의심되는 정점들의 용출금속 농도는 각각 Cr과 Pb에서의 평균값보다 한 정점을 제외하고 약간 높은 값을 보였으며, 자연적인 농도변화의 폭을 고려하였을 때 값의 차이가 거의 없었다.
2 g을 50 mL 원심분리관에 넣고 1M HCl 20 mL 를 주입한 후 24시간 동안 수평방식 진탕기를 사용하여 반응시킨다. 반응 후 원심분리하여 상등액만 취한 후 1% HNO₃ (EP: extra pure, ㈜삼전순약공업, 평택시, 경기도)으로 10배 희석하여 전처리를 진행하였다.
상기 결과들을 통하여 가로림만 퇴적물 내 금속농도의 정확한 조절 요인을 알아보기 위하여 측정된 물리적 요소(<16μm, 비표면적, Sand), 유기탄소 그리고 주성분(Al, Ca, Fe, K, Ba) 및 미량 금속들(Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb)을 변수로 하여 요인 분석(factor analysis)을 실시하였다.
1% HNO₃ 으로 잔류물을 용해시킨 후 20 mL로 만든다(Song and Choi, 2017). 이를 다시 10배 희석하여 충남대학교 공동실험실습관의 유도 결합 플라즈마 방출 분광기 (ICP-AES; Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer, OPTIMA 7300 DV, Perkin-Elmer)와 유도 결합플라즈마 질량 분석기(ICP-MS; Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ELAN DRC II, Perkin-Elmer)룰 사용하여 분석하였다.
퇴적물 입자의 비표면적을 분석하기 위하여 2015년 49개의 시료 중 20개의 시료를 선정하여 입자 표면에 질소 흡착을 이용하는 BET 방법을 사용하며 충남대학교 공동실습실험관에서 운영하는 비표면적분석기III (Surface Area Analyzer III, BELSORP-max, BEL Japan Inc.)로 분석하였다.
만내의 수로에 해당하는 정점들은 선박과 채니기(van Veen grab sampler)를 이용하여 채취하였고, 다른 정점들은 도보로 이동하여 직접 채취하였다. 퇴적물은 비닐백에 담아 실험실로 이동하였으며 입도 및 비표면적을 분석할 시료는 냉장보관하였고, 유기탄소 및 미량 금속 농도 분석을 위한 시료는 동결 건조 후 아게이트 모르타르(agate mortar)에서 분말 및 균질화하여 플라스틱 병(HDPE Scintillation vials, Kartell)에 보관하였다.
퇴적물의 유기탄소 함량은 분말화된 시료 약 10 mg 을 주석 캡슐 에 담은 후 1M HCl 으로 반응시켜 탄산칼슘(CaCO₃)을제거한 후, 충남대학교 공동실험실습관의 자동원소분석기(Automatic Elemental Analyzer, Flash 2000 series, Thermo Scientific)를 사용하여 분석하였다. 탄산칼슘은 측정한 Ca 및 Al 의 농도를 사용하여 다음과 같은 식을 이용하여 계산하였다(Song et al.
퇴적물의 입도를 분석하기 위해 일정량의 습시료를 비커에 담은 후 과산화수소를 첨가하여 유기물을 제거한 후, 4Φ 이하의 입자는 표준체를 이용한 체질방법으로, 4Φ 이상의 입자는 한국지질자원연구원의 입도 분석기(Microtrac, S3500 Series, Microtrac Inc.)를 사용하여 분석하였다.
퇴적물의 총 금속 분석을 위해 분말화된 퇴적물 시료 0.2 g을 테플론 산분해 용기에 넣은 후, 진한 질산과 과염소산 (HNO₃ :HClO₄ = 3:1) 4 mL 추가하여 가열판(170℃)에서 6시간 이상 반응시키고 식힌 후 증발시키고, 불산과 과염소산 (HF:HClO₄ = 3:1) 4 mL를 가하여 24시간 반응시키고 증발 건조시키고 이 과정을 2회 반복한 후, 과포화 붕산 용액과 과염소산(H₃ BO₃ :HClO₄ = 5:2) 7 mL를 넣고 증발하면서 불화물을 증발시킨다. 1% HNO₃ 으로 잔류물을 용해시킨 후 20 mL로 만든다(Song and Choi, 2017).

대상 데이터

, 2007).본 연구에서의 보존성 원소들과 입도 사이의 그래프를 보았을 때, y축 절편의 농도와 최대 농도(전체 시료들 중 가장 큰 농도) 사이의 비율이 가장 작은 금속인 Cs을 입도대변성 원소로써 사용하였다. 입도 자료에서 모래 시료의 기준인 4Φ 에 해당하는 시료의 Cs 농도는 약 3.
)를 사용하여 분석하였다. 분석시 칼곤((NaPO₃)₆ )용액을 확산제로 사용하였다.
퇴적물 시료는 2010년 8월, 2015년 6월 두 차례에 걸쳐 총 77개를 채취하였다(Fig. 1). 만내의 수로에 해당하는 정점들은 선박과 채니기(van Veen grab sampler)를 이용하여 채취하였고, 다른 정점들은 도보로 이동하여 직접 채취하였다.

데이터처리

상기 결과들을 통하여 가로림만 퇴적물 내 금속농도의 정확한 조절 요인을 알아보기 위하여 측정된 물리적 요소(<16μm, 비표면적, Sand), 유기탄소 그리고 주성분(Al, Ca, Fe, K, Ba) 및 미량 금속들(Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb)을 변수로 하여 요인 분석(factor analysis)을 실시하였다. 요인 분석은 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 베리맥스 회전요인 분석(Varimax rotated factor analysis)을 이용하여 통계 분석하였다. 분석 결과 총 3가지 요인이 추출되었으며, 전체 자료 변이의 92.

성능/효과

각 원소들의 백분율의 변화폭을 살펴보면 Co, Ni, Cu는 변화폭이 약 10%이내로 일정한 값을 보였고 Zn와 Pb은 약 12% 의 변화폭을 보였는데, Zn는 입도 등의 여러 요소들과의 관계성이 없으며 전체적인 자료의 분산에 의한 결과로 판단된다.
Mn은 만의 중앙부에서 높은 농도로 존재하였고 내만으로 갈수록 농도가 감소하였다. Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb의 농도 분포는 입도 및 비표면적의 분포와 같이 만의 중앙부에서 낮은 농도로 존재하고 내만으로 갈수록 농도가 증가하는 경향을 보였다. 퇴적물 내 미량금속의 화학적 존재형태를 파악하는 방법은여러 연구에서 해양 환경에 대한 오염 여부를 판단하는데 활용되고 있다(Jeon and Cho, 2002; Um et al.
각 원소들의 백분율의 변화폭을 살펴보면 Co, Ni, Cu는 변화폭이 약 10%이내로 일정한 값을 보였고 Zn와 Pb은 약 12% 의 변화폭을 보였는데, Zn는 입도 등의 여러 요소들과의 관계성이 없으며 전체적인 자료의 분산에 의한 결과로 판단된다. Pb의총금속 및 용출금속 농도는 입도가 세립해짐에 따라 증가하였는데, 입도에 대한 용출금속 농도 증가폭이 총금속 농도 증가폭보다 더 컸다. 이는 조립질 시료에서 Pb이 주로 격자부분(lattice)에 존재하여 비잔류 부분이 적었으나 세립질 시료에서는 비표면적 증가에 따라 비잔류 부분에서 크게 나타났기 때문이다.
가로림만 표층 퇴적물의 평균 입도는 0.5-5.6Φ(평균 4.0Φ) 범위이며 만의 입구쪽인 정점 48에서 가장 작은 값을 보였으며, 내만에 위치한 정점 16에서 가장 큰 값을 보였다.
하지만 Mn, Pb과 같은 경우 조립질 퇴적물에서의 암석기원의 영향 (K-feldspar)으로 인하여 입도와의 상관성은 전반적으로 보이지 않았지만, 세립한 퇴적물(4Φ 이상)에서는 다른 금속과 유사 하게 입도의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 가로림만 표층퇴적물내 미량금속의 농축도 평가결과 전반적으로 양호한 환경을 나타내었다. Cr과 Pb의 4개 정점에서 1.
가로림만의 총 금속 농도에 대한 용출 금속 농도의 백분율은 Cr 12±7%, Co 61±6%, Ni 40±5%, Cu 54±4%, Zn 48±12%, Pb 63±12% 로 나타났다.
1)의 값을 보였다. 결과들 중 농축인자가 1.5 이상인 금속은 Cr 4개(정점 1, 16, 27, 39)과 Pb 1개(정점 39)였으며, 모두 농축인자의 값이 1.6이었다. 농축인자의 값이 1.
우선 인근지역이자 국내에서 인위적인 유입이 적고 깨끗하다고 알려진 천수만과 비교해보았을 때, Mn은 절반 정도였으나 다른 금속들은 유사한 값을 보였다. 공업단지와 같은 여러 산업시설들로부터 인위적 금속유입이 많아 오염이 되었다고 알려진 영일만, 울산-온산 해역, 마산만, 시화호에서의 총 금속 농도와 비교해보면 영일만에서의 Cr 농도를 제외하고 모든 원소들이 가로 림만에서 가장 낮은 농도를 보였다. 비교적 입도가 세립한 한반도 서남해안의 외해 지역과 비교해보면 Cr은 유사하나 다른 금속들은 가로림만에서 낮은 농도를 보였다.
서남해안의 외해 지역과 비교해 보면 Pb은 유사하고, Mn은 가로림만에서 낮았으며, 다른 금속들은 모두 가로림만에서 높은 값으로 나타났다. 그러나 서남해 안에서도 가로림만과 동일하게 Cr, Ni이 낮은 백분율을 보였고, Mn과 Pb에서 가장 높은 백분율을 보였다. 마지막으로 오염 지역인 영일만, 울산-온산 해역, 마산만 및 시화호의 백분율 값과 비교해보면 Cr은 모든 지역에서 가장 낮으며 유사한 백분율을 보였으나 Cu는 마산만 제외, Zn는 영일만 제외하고 가로림만과 유사한 값을 보였다.
총 금속 농도를 위에서 언급한 지역과 비교하면 가로림만은 천수만과 유사한 농도 수준을 보였으며, 영일만, 울산-온산 해역, 마산만 및 시화호에 비해서 매우 낮은 농도를 나타내었다. 그러나 총 금속 농도에 대한 용출 금속 농도의 백분율을 비교하면 지역의 오염여부와는 관계없이 Cr, Cu, Zn, Pb의 값은 유사하였고 Co, Ni은 오히려 가로림만에서 높게 나타났다. 이 결과는 1M HCl 용출 부분의 총 금속에 대한 백분율은 시료의 오염 정도와 관계없이 금속 종류에 따라 결정된다는 것을 나타낸다.
내만으로 그리고 수로에서 육지쪽으로 갈수록 퇴적물의 평균 입도가 점점 증가하는 경향을 보였으며, 만내의 수로가 있는 해역에서 모래질 퇴적물이 우세하게 분포하였고 특히 정점 6, 48의 퇴적물은 평균 입도가 1.0Φ 이하의 값을 보였다.
6을 보이며 배경농도에 비해 농축이 일어났다고 여겨진 정점들(정점 1, 16, 27, 39)의 용출금속 농도를 살펴보았다. 농축이의심되는 정점들의 용출금속 농도는 각각 Cr과 Pb에서의 평균값보다 한 정점을 제외하고 약간 높은 값을 보였으며, 자연적인 농도변화의 폭을 고려하였을 때 값의 차이가 거의 없었다.
가로림만 표층퇴적물 내 미량금속의 분포 특성을 파악하기 위하여 총 77개 퇴적물 시료의 입도, 비표면적, 유기탄소와 총금속 및 용출부분 금속을 분석하였다. 대부분의 미량금속은 가로림만 내측으로 갈수록 농도가 높아지는 경향을 보였으며, 입도와 유기탄소에 의한 영향으로 주로 농도가 조절되었다. 하지만 Mn, Pb과 같은 경우 조립질 퇴적물에서의 암석기원의 영향 (K-feldspar)으로 인하여 입도와의 상관성은 전반적으로 보이지 않았지만, 세립한 퇴적물(4Φ 이상)에서는 다른 금속과 유사 하게 입도의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.
우선 천수만과 비교해보았을 때, Cr, Cu, Pb은 유사한 값을 보였고, Co, Ni, Zn는 가로림만에서, Mn은 천수만에서 높은 값을보였다. 두 지역 모두 Cr이 가장 낮은 백분율을 보였고, Pb에서 가장 높은 백분율을 보였다. 서남해안의 외해 지역과 비교해 보면 Pb은 유사하고, Mn은 가로림만에서 낮았으며, 다른 금속들은 모두 가로림만에서 높은 값으로 나타났다.
그러나 서남해 안에서도 가로림만과 동일하게 Cr, Ni이 낮은 백분율을 보였고, Mn과 Pb에서 가장 높은 백분율을 보였다. 마지막으로 오염 지역인 영일만, 울산-온산 해역, 마산만 및 시화호의 백분율 값과 비교해보면 Cr은 모든 지역에서 가장 낮으며 유사한 백분율을 보였으나 Cu는 마산만 제외, Zn는 영일만 제외하고 가로림만과 유사한 값을 보였다. 반면에 Ni은 오염 지역 모두보다 가로림만에서 큰 백분율을 보였으며 Pb은 시화호와 유사한 백분율을 보였으나 다른 오염 지역들보다는 낮은 백분율을 보였다.
배경 농도는 생물에 미치는 영향이나 금속의 생물이용도에 대한 정보를 제공하지는 못하지만 퇴적 물의 오염 정도를 가늠하고 수치화하는데 가장 유용하다. 모든 금속 원소들의 총 금속 농도가 Cs의 농도 증가에 따라 함께 증가하며 모두 퇴적물 입자의 크기와 좋은 상관성을 보였다. 그러므로 본 연구에서는 가로림만 퇴적물의 금속 농축도 평가에서배경 농도 설정을 위해 퇴적물을 잘 설명할 수 있는 표준화 요소로서 Cs을 이용하였다.
그러나 각 금속의 비율값은 변화폭이 매우 컸었는데 상대표준편차로 표시하면 ±14%(Co)에서 ±54%(Cr)의 변화폭을 나타 내었다. 미량금속들의 백분율은 공통적으로 만의 중앙부에서 높은 비율을 보인 반면에, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Zn는 만 내측으로 갈수록 비율이 낮아지고 Pb은 만 내측에서도 높은 비율을 보이는 차이를 나타내었다. 즉, 입도 특히 모래 함량이 높은 장소 에서 비율 변화가 큰 것으로 판단되었다.
마지막으로 오염 지역인 영일만, 울산-온산 해역, 마산만 및 시화호의 백분율 값과 비교해보면 Cr은 모든 지역에서 가장 낮으며 유사한 백분율을 보였으나 Cu는 마산만 제외, Zn는 영일만 제외하고 가로림만과 유사한 값을 보였다. 반면에 Ni은 오염 지역 모두보다 가로림만에서 큰 백분율을 보였으며 Pb은 시화호와 유사한 백분율을 보였으나 다른 오염 지역들보다는 낮은 백분율을 보였다.
, 2012). 본 연구결과를 살펴보면 CaCO₃의 농도가 높게 나타나는 정점6, 28, 31에서 Mn의 농도 또한 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 요인2는 CaCO 3 의 영향에 기인한 것으로 해석된다.
Mn은 전체적으로 입자가 세립해질수록 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 4Φ 이하의 조립한 사질 퇴적물에서 높은 농도를 나타내는 정점들이 존재하였다. 본 연구에서 Mn의 공간적인 분포를 살펴보면 만내의 중앙부분 정점과 만내측에서 높은 농도를 나타내었다. 서해의 Mn의 농도는 생물기원 탄산칼슘(CaCO₃) 에 의해 높게 나타난 기존의 연구 결과가 있었으며(Yuan et al.
본 연구에서는 4Φ 이상의 세립한 시료에서는 양호한 양의 상관관계를 보였으나(r2=0.81), 4Φ 이하의 조립질 시료에서는 입도와의 상관관계가 좋지 않았다(r2=0.03).
이러한 생물학적 요인이 고려된 값을 이용하는 퇴적물의 금속 오염 평가 방법은 퇴적물의 금속 농도를 기준 농도와 비교하여 생물의 악영향에 대한 가능성을 예측할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구의 가로림만 퇴적물 내 미량금속 농도를 해양환경기 준값과 비교해 보았을 때, 모든 원소들의 농도가 해양환경기준값을 넘지 않는 수준을 보여주었다. 두번째 오염 평가 방법으로 금속의 배경 농도를 이용하는 농축인자(Enrichment Factor, EF)를 이용하는 방법이 있다.
가로림만 표층퇴적물 내 미량금속의 지화학적 특성을 알아보기 위해 분석된 결과들 중 물리적 요소들(평균 입도, 비표면적, <16μm, Sand), 유기탄소, 탄산칼슘, 주성분(Al, Ca, Fe, K, Ba) 및 미량 금속들(Mn, Cs, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb) 사이의 관계성을 살펴보았다. 본 연구의 결과 중 미량금속의 농도(Mn, Pb 제외)는 평균 입도, 유기탄소와 양호한 양의 상관관계를 보이며, 입도가 세립하고 유기탄소의 농도가 높은 만내측의 시료인 정점 14, 15, 16, 37에서 상대적으로 높은 농도로 나타났다. 우선 퇴적물 입자의 크기가 세립해짐에 따라 비표면적이 증가하는 것은 시료의 세립화에 따른 당연한 결과라 할 수 있으며, 유기탄소 또한 해양 퇴적물에서 광물 입자의 표면에 막(coating)으로 주로 존재하여 미량금속과 유기착화합물을 잘 이루며, 입도와 함께 높은 표면적으로 미량금속 분포에 상당한 영향을 미친다.
요인 분석은 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 베리맥스 회전요인 분석(Varimax rotated factor analysis)을 이용하여 통계 분석하였다. 분석 결과 총 3가지 요인이 추출되었으며, 전체 자료 변이의 92.7%를설명하는 것으로 나타났다(Table 2).
분석방법의 정확도 및 정밀도를 확인하기 위해 캐나다 국립연구협의체(NRCC; National Research Council of Canada)의표준물질(MESS-3, n=6)을 퇴적물 시료와 같은 방법으로 분석하여 표준농도와 비교하면 76% (Ni) ~ 104% (S)의 회수율을 보였다(Table 1).
0%) 범위이며 내만에 위치한 정점 6, 28, 31에서 다른 정점들에 비해 크게 튀는 값을 나타내었다. 세 정점들을 제외한 농도분포를 보았을 때 만의 중앙부에서 비교적 높은 값을 보이며 평균 입도, 비표면적 및 유기탄소 와는 반대의 분포를 보였다.
그러나 총 금속 농도에 대한 용출 금속 농도의 백분율을 비교하면 지역의 오염여부와는 관계없이 Cr, Cu, Zn, Pb의 값은 유사하였고 Co, Ni은 오히려 가로림만에서 높게 나타났다. 이 결과는 1M HCl 용출 부분의 총 금속에 대한 백분율은 시료의 오염 정도와 관계없이 금속 종류에 따라 결정된다는 것을 나타낸다.또한 이 것은 심해 퇴적물에서 농축된 금속은 총 농도도 증가하고 용출 부분 비율도 증가하는 것(Schulz and Zabel, 2006)과는 매우 다른 결과이다.
이상의 모든 결과들을 정리해보면 모든 지역에서 미량금속의 절대농도와 관련없이 Cr, Ni 이 가장 낮은 백분율을 보였고 Cu, Zn 는 마산만 및 영일만을 제외하고 약 40 ~ 60%의 백분율을 보였으며, 모든 지역에서 Pb의 백분율이 가장 높게 나타났다.
이에 모래 함량이 큰 시료(Cs 3 mg/kg 이하)를 제외하고 백분율을 다시 계산하면 Mn 47±8.3%, Cr 12±6.6%, Co 61±5.8%, Ni 40±5.3%, Cu 54±4.2%로 Cr을 제외하면 변화폭이 2배 정도 적어지고 비교적 일정한 비율값을 보였다.
6의 값이 나타났으나 타 시료와 용출 부분에서 차이가 없었기에 광물에 의한 효과로 판단된다. 인근의 인위적인 유입이 적어 깨끗하다고 알려진 천수만과 여러 산업시설들을 통한 인위적인 유입이 많다고 알려진 마산만, 영일만, 시화호, 울산-온산 해역, 그리고 한반도 서남해안의 외해 지역의 미량금속의 총금속 및 용출부분 금속의 농도 자료와 비교해보았을 때, 총금속의 농도는 가로림만에서 가장 낮게 나타났으며, 총금속에 대한 용출부분 금속의 백분율은 총금속 농도와는 관계없이 유사하거나 오히려 가로림만에서 높은 값을 보였다. 이는 1M HCl 용출법에 의해 용출될 수 있는 퇴적물 성분과 금속이 농축된 퇴적물에서 금속이 존재하는 형태의 차이로 인하여 다른 지역과의 백분율 값이 유사하게 나타났다고 판단된다.
미량금속들의 백분율은 공통적으로 만의 중앙부에서 높은 비율을 보인 반면에, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Zn는 만 내측으로 갈수록 비율이 낮아지고 Pb은 만 내측에서도 높은 비율을 보이는 차이를 나타내었다. 즉, 입도 특히 모래 함량이 높은 장소 에서 비율 변화가 큰 것으로 판단되었다. 이에 모래 함량이 큰 시료(Cs 3 mg/kg 이하)를 제외하고 백분율을 다시 계산하면 Mn 47±8.
이상의 모든 결과들을 정리해보면 모든 지역에서 미량금속의 절대농도와 관련없이 Cr, Ni 이 가장 낮은 백분율을 보였고 Cu, Zn 는 마산만 및 영일만을 제외하고 약 40 ~ 60%의 백분율을 보였으며, 모든 지역에서 Pb의 백분율이 가장 높게 나타났다. 총 금속 농도를 위에서 언급한 지역과 비교하면 가로림만은 천수만과 유사한 농도 수준을 보였으며, 영일만, 울산-온산 해역, 마산만 및 시화호에 비해서 매우 낮은 농도를 나타내었다. 그러나 총 금속 농도에 대한 용출 금속 농도의 백분율을 비교하면 지역의 오염여부와는 관계없이 Cr, Cu, Zn, Pb의 값은 유사하였고 Co, Ni은 오히려 가로림만에서 높게 나타났다.
총 금속 및 용출 금속 농도와 입도대변성 원소인 Cs과의 관계를 보았을 때 Mn을 제외한 모든 원소들이 일부 시료를 제외 하고 입도에 대해 좋은 양의 상관관계를 보였다(Fig. 4). Mn은 전체적으로 입자가 세립해질수록 농도가 증가하는 경향을 보였으며, 4Φ 이하의 조립한 사질 퇴적물에서 높은 농도를 나타내는 정점들이 존재하였다.
이를 통해 요인1은 입도가 세립할수록 농도가 증가하는 변수들로 이루어져 있으므로 퇴적물의 구성 입도 영향(Grain size effect)에 기인한 것으로 해석된다. 총 변이의 14.2%를 설명하는 요인 2는 CaCO₃, Ca, Mn에서 양의 적재값을 보였다. 황해 표층 퇴적물에서 Mn의 농도는 생물기원의 탄산칼슘(CaCO₃)과 밀접한 관련성을 보였다(Yang et al.

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저자의 다른 논문 :

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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