[논문]동해 남한국대지 퇴적물의 생물기원 성분 입도 분포의 특성과 고해양학적 의미

장준호; 박장준; 김은정; 엄인권

doi:10.4217/opr.2020.42.3.249

동해 남한국대지 퇴적물의 생물기원 성분 입도 분포의 특성과 고해양학적 의미
Characteristics and Paleoceanographic Implications of Grain-size Distributions of Biogenic Components in Sediments from the South Korea Plateau (East Sea) 원문보기

Ocean and polar research, v.42 no.3, 2020년, pp.249 - 261

장준호 (충남대학교 자연과학대학 해양환경과학과) , 박장준 (충남대학교 자연과학대학 해양환경과학과) , 김은정 (충남대학교 자연과학대학 해양환경과학과) , 엄인권 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study details grain-size distributions (GSDs) of carbonate and biogenic opal fractions of the sediments retrieved from the South Korea Plateau in the East Sea and draws paleocanographic implications from them. The opal-fraction GSDs show fine modes of 10.3 ㎛ and coarse modes of 102.5 ㎛ on average. The fine-mode grains of opal fractions mainly consist of small diatoms and radiolarians including their broken frustules, while the coarse-mode grains are mostly comprised of large warm-water diatoms and radiolarians. Significant positive correlation between opal contents and abundances of the coarse-mode GSDs in the total GSDs suggests that the abundances of the coarse-mode GSDs were controlled by the increased surface productivity of warm-water diatoms during interglacial stages. The carbonate-fraction GSDs show fine modes of 2.4 ㎛ and coarse modes of 99.1 ㎛ on average. The fine-mode grains mainly consist of coccolithophores, while the coarse-mode grains are mostly comprised of intact or broken planktonic foraminifera. The abundances of coarse-mode and fine-mode GSDs were not correlated with carbonate contents, suggesting a complex control exerted by both the degree of carbonate dissolution and the productivity of coccolithophores on the carbonate-fraction GSDs.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. (a) Physiographic map of the East Sea and surrounding region. Box indicates the enlarged area in (b). (b) Bathymetry of the South Korea Plateau and locations of sediment cores 05-P21 and 05-P23 (red dots)
$Table 1. Core depths, ages, marine oxygen isotope stages (MIS), lithology, and contents of total organic carbon (TOC), carbonate, and biogenic opal of samples from the cores 05-P21 (samples 1 to 13) and 05-P23 (samples 14 to 24) (from Khim et al. 2008). Also shown are modal sizes and abundances of subcomponent grain-size distributions (GSD) according to the fine and coarse modes in GSDs of carbonate and biogenic opal fractions. The 100% abundance implies that the corresponding GSDs of carbonate or opal fractions show a unimodal distribution. Shaded rows indicate samples of MIS 1, 3, and 5$ 표 Table 1. Core depths, ages, marine oxygen isotope stages (MIS), lithology, and contents of total organic carbon (TOC), carbonate, and biogenic opal of samples from the cores 05-P21 (samples 1 to 13) and 05-P23 (samples 14 to 24) (from Khim et al. 2008). Also shown are modal sizes and abundances of subcomponent grain-size distributions (GSD) according to the fine and coarse modes in GSDs of carbonate and biogenic opal fractions. The 100% abundance implies that the corresponding GSDs of carbonate or opal fractions show a unimodal distribution. Shaded rows indicate samples of MIS 1, 3, and 5
$Fig. 2. Examples to illustrate the effects of underestimated carbonate contents on the calculation of grain-size distributions (GSDs) for carbonate fractions. The example GSDs are adopted from the sediment sample number 5, after rescaling to make total sum 100% for organic-free GSD and (100 – carbonate content)% for carbonate-free GSD. Carbonate fraction GSDs are calcu lated based on the equation (1), assuming carbonate c ontents to be 23.4% (a), 1 8.4% (b), and 13.4% (c). Note that in spite of the erroneous negative percentages in (b) and (c) with underestimated carbonate contents, the overall shapes and modes of the carbonate fraction GSDs are almost same$ 그림 Fig. 2. Examples to illustrate the effects of underestimated carbonate contents on the calculation of grain-size distributions (GSDs) for carbonate fractions. The example GSDs are adopted from the sediment sample number 5, after rescaling to make total sum 100% for organic-free GSD and (100 – carbonate content)% for carbonate-free GSD. Carbonate fraction GSDs are calcu lated based on the equation (1), assuming carbonate c ontents to be 23.4% (a), 1 8.4% (b), and 13.4% (c). Note that in spite of the erroneous negative percentages in (b) and (c) with underestimated carbonate contents, the overall shapes and modes of the carbonate fraction GSDs are almost same
$Fig. 3. Grain-size distributions of organic- and carbonate-free residual fractions and calculated distributions of carbonate fractions using the equation (1). The numbers of graphs indicate the sample numbers of table 1. Red and blue boxes indicate carbonate fraction distributions with fine modes only (Type A) and those with both fine and coarse modes (Type B)$ 그림 Fig. 3. Grain-size distributions of organic- and carbonate-free residual fractions and calculated distributions of carbonate fractions using the equation (1). The numbers of graphs indicate the sample numbers of table 1. Red and blue boxes indicate carbonate fraction distributions with fine modes only (Type A) and those with both fine and coarse modes (Type B)
$Fig. 4. Grain-size distributions of carbonate- and opal-free residual fractions and calculated distributions of opal fractions using the equation (1). The numbers of graphs indicate the sample numbers of table 1. Red and blue boxes indicate opal fraction distributions with fine modes only (Type A) and those with both fine and coarse modes (Type B)$ 그림 Fig. 4. Grain-size distributions of carbonate- and opal-free residual fractions and calculated distributions of opal fractions using the equation (1). The numbers of graphs indicate the sample numbers of table 1. Red and blue boxes indicate opal fraction distributions with fine modes only (Type A) and those with both fine and coarse modes (Type B)
$Table 2. Mean and sorting values of grain-size distributions for each residual fraction after sequential removal of organic carbon (organic-free), carbonate (carbonate-free), and biogenic opal (opal-free)$ 표 Table 2. Mean and sorting values of grain-size distributions for each residual fraction after sequential removal of organic carbon (organic-free), carbonate (carbonate-free), and biogenic opal (opal-free)
그림 Fig. 5. Plots of abundances of coarse-mode grain-size distributions (GSDs) vs. carbonate (a) and opal (b) contents (see table 1). Open blue and red dots are for the type a samples without coarse-mode GSDs. Filled symbols for the type b samples are further classified based on the lithology. Dotted line in (b) indicates linear regression for the type b samples
$Fig. 6. An example for decomposition of the bimodal opalfraction grain-size distribution of the sample 15 by the curve-fitting method using CFLab$ 그림 Fig. 6. An example for decomposition of the bimodal opalfraction grain-size distribution of the sample 15 by the curve-fitting method using CFLab
$Fig. 7. Microscopic observations of the sediment sample 8. Photographs of smear-slides in crossed-polarized light (a & b) and scanning electron microscope (SEM) images of sieved sand fractions (c & d). Red box indicates enlarged area$ 그림 Fig. 7. Microscopic observations of the sediment sample 8. Photographs of smear-slides in crossed-polarized light (a & b) and scanning electron microscope (SEM) images of sieved sand fractions (c & d). Red box indicates enlarged area
$Fig. 8. Scanning electron microscope (SEM) images of bulk (a & b) and sieved sand fraction of the sample 23. Red box indicates enlarged area$ 그림 Fig. 8. Scanning electron microscope (SEM) images of bulk (a & b) and sieved sand fraction of the sample 23. Red box indicates enlarged area

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 동해 퇴적물의 오팔 및 탄산염 성분 입도 변화의 고해양학적 의미를 규명하기 위하여 다양한 오팔 및 탄산염 성분 함량 값을 가지는 퇴적물 시료를 대상으로 성분별 입도 분포의 특성을 파악한 후 각 성분별 입도 분포 특성이 다르게 나타나는 원인을 파악하였다. 또한 MIS 시기 및 퇴적상 변화에 따른 각 성분별 입도 분포의 변화를 통하여 동해의 표층 생산성 및 탄산염 용해도 등의 고해양학적 변화가 생물기원 성분의 입도 분포에 어떻게 반영되었는지 규명하였다.
이 연구에서는 동해 퇴적물의 오팔 및 탄산염 성분 입도 변화의 고해양학적 의미를 규명하기 위하여 다양한 오팔 및 탄산염 성분 함량 값을 가지는 퇴적물 시료를 대상으로 성분별 입도 분포의 특성을 파악한 후 각 성분별 입도 분포 특성이 다르게 나타나는 원인을 파악하였다. 또한 MIS 시기 및 퇴적상 변화에 따른 각 성분별 입도 분포의 변화를 통하여 동해의 표층 생산성 및 탄산염 용해도 등의 고해양학적 변화가 생물기원 성분의 입도 분포에 어떻게 반영되었는지 규명하였다.

제안 방법

4%인 23번 시료에서 구성 입자의 종류를 파악하였다(Table 1). 니질 입자의 종류는 스미어 슬라이드(smear slide)에 대한 편광 현미경 관찰이나, 침출 반응 전건조 퇴적물 시료에 대한 주사 전자 현미경 관찰을 통해 파악하였으며, 사질 입자의 종류는 63 ㎛ 체로 체질 한 시료를 주사 전자 현미경으로 관찰하여 파악하였다. 주사전자 현미경 관찰은 한국지질자원연구원의 탁상형 주사전자 현미경(SNE-3000M)을 이용하여 30 kV, 110 μA 조건에서 실시하였다.
동해 남한국대지 시추 퇴적물의 탄산염과 오팔 성분별 입도 분포를 분석하고 각 성분의 구성 입자 종류를 현미경 관찰을 통하여 규명하였다. 그 결과 오팔 성분 입도 분포는 평균 10.
채취한 시료는 동결 건조 후 가볍게 분쇄하여 고루 섞은 후 다시 50 ml 튜브에 50 mg씩을 분취하였다. 분취한 시료를 대상으로 유기물, 탄산염, 오팔 등의 생물 기원 성분을 3단계에 걸쳐 침출 반응을 통해 차례로 제거하였으며, 각각의 침출 반응 후 잔류 퇴적물 시료에 대한 입도 분석을 매회 실시하였다. 단 선택한 퇴적물 시료의 유기물 함량은 평균 1.
세립과 조립 모드 입도 분포를 구성하고 있는 입자의 종류를 파악하기 위해 편광 현미경과 주사 전자 현미경을 사용하여 해당 크기의 입자를 관찰하였다. 탄산염 성분은 탄산염 함량이 26.
주사전자 현미경 관찰은 한국지질자원연구원의 탁상형 주사전자 현미경(SNE-3000M)을 이용하여 30 kV, 110 μA 조건에서 실시하였다.
세립과 조립 모드 입도 분포를 구성하고 있는 입자의 종류를 파악하기 위해 편광 현미경과 주사 전자 현미경을 사용하여 해당 크기의 입자를 관찰하였다. 탄산염 성분은 탄산염 함량이 26.1%인 8번 시료에서, 오팔 성분은 오팔 함량이 20.4%인 23번 시료에서 구성 입자의 종류를 파악하였다(Table 1). 니질 입자의 종류는 스미어 슬라이드(smear slide)에 대한 편광 현미경 관찰이나, 침출 반응 전건조 퇴적물 시료에 대한 주사 전자 현미경 관찰을 통해 파악하였으며, 사질 입자의 종류는 63 ㎛ 체로 체질 한 시료를 주사 전자 현미경으로 관찰하여 파악하였다.

대상 데이터

2008). 두 코어 퇴적물에서 성분별 입도 분석을 위하여 Khim et al. (2008)의 탄산염 및 오팔 함량 분석 결과를 바탕으로 함량의 최댓값과 최솟값, 그리고 그 사이 범위의 값을 가지는 시료를 깊이에 따라 총 24 개를 선별하여 약 5 ml씩 채취하였다(Table 1). 선별된 24개 퇴적물 시료는 Khim et al.
연구 대상 시추 퇴적물이 취득된 남한국대지는 울릉 분지와 일본 분지 사이의 수심 1500–2500 m의 높은 지형으로서 수많은 굴곡진 산등성이와 그 사이의 해저 협곡 등이 특징이다(Fig. 1b).
이 연구는 한국지질자원연구원의 조사선 탐해2호를 이용하여 남한국대지 산등성이의, 비교적 평평한 지형에서 채취된 2개의 시추 퇴적물 코어 05-P21(131° 32.8’E, 38°24.2’N; 수심 1721 m)과 05-P23(129°32.9’E, 38°24.1’N 수심 1100 m)을 이용하였다(Fig. 1b; 한국지질자원연구원 2005).

데이터처리

입도 분석은 한국지질자원연구원의 레이저 회절 입도 분석기(Microtrac S3500)를 사용하여 수행하였으며, 분석된 입도 자료는 Gradistat 프로그램을 이용하여 평균, 분급도 등의 입도 분포 통계 값을 계산하였다(Blott and Pye 2001). 퇴적물 구성 성분의 입도 분포는 구성 성분의 함량을 알고 있을 경우 아래 계산식 (1)에 따라 구해진다(McCave et al.

이론/모형

4). 이 경우 오팔 성분의 전체 입도 분포에서 세립과 조립 모드별 입도 분포는 CFLab 소프트웨어를 이용하여 곡선 최적화(curve fitting) 방법을 적용하여 구하였다(Wu et al. 2020).

성능/효과

3 and 4에 도시하였다. 각 침출 반응 단계별로 잔류 퇴적물 입도 분포의 평균 입도의 평균은 10.5, 11.9, 8.9 ㎛이며, 분급도의 평균은 3.7, 2.8, 3.1 ㎛이다. 일반적으로 탄산염 제거 후 잔류 퇴적물은 조립해지며, 분급도는 양호해지는 경향을 보이고, 오팔 제거 후에는 세립해지며, 분급도는 단일 모드 입도 분포의 경우 약간 불량해지고 이중 모드 분포의 경우 양호해지는 경향을 보인다(Figs.
동해 남한국대지 시추 퇴적물의 탄산염과 오팔 성분별 입도 분포를 분석하고 각 성분의 구성 입자 종류를 현미경 관찰을 통하여 규명하였다. 그 결과 오팔 성분 입도 분포는 평균 10.3 ㎛와 102.5 ㎛의 세립 및 조립 모드를 각각 보여주며, 24개 분석 시료 중 17개는 세립 모드만 보여주고, 나머지 7개는 세립과 조립 모드를 동시에 보여준다. 세립 모드 입자들은 주로 작은 크기의 규조류, 방산충 개체나 대형 개체의 부서진 조각들을 나타내며, 조립 모드 입자들은 대형 원형 온수종 규조류나 방산충 개체에 해당 하는 것으로 관찰된다.
세립 모드와 조립 모드 입도 분포 구간을 곡선 최적화(curve fitting)방법을 적용하여 분리한 결과, 조립 모드 입도 분포가 전체 입도 분포에서 차지하는 비율은 14.9–100%로 파악되었다(Fig. 6; Table 1).
3; Table 1). 스미어 슬라이드에서 세립 모드에 해당하는 입자들을 편광 현미경으로 관찰한 결과에 의하면 간섭상의 특징과 크기로 볼 때 인편 모조류로 판별되는 입자가 다수 산재함을 확인하였다(Fig. 7a and b). 관찰된 인편모조류 입자들의 크기는 대개 약 3 ㎛ 내외로, 세립 모드 입경과 잘 일치한다.
유형 A 분포를 보이는 시료들의 탄산염 함량은 1.2–15.0%의 범위이며, 유형 B 분포를 보이는 시료들의 탄산염 함량은 0.2–26.1% 범위로서 두 유형 모두 측정된 탄산염 함량 값 범위 전체에 걸쳐 모두 나타나고 있다(Fig. 5a; Table 1).
5a; Table 1). 이 연구 결과는 동해 탄산염 성분의 입도 분포가 탄산염 용해도와 인편모조류 생산성 변화에 의해 복합적으로 조절됨을 보여주고 있다.
4; Table 1). 전체 24개 분석 시료 중 17개는 세립 오팔 모드만을 보여주며, 나머지 7개는 세립과 조립 오팔 모드를 동시에 보여주거나 조립 모드만을 보여주는데 탄산염 성분 입도 분포의 경우와 같이 전자를 유형 A, 후자를 유형 B 분포로 구분하였다(Fig. 4). 유형 A 분포는 오팔 함량이 0.
3; Table 1). 전체 24개 분석 시료 중 6개는 세립 탄산염 모드만을 보여주며, 나머지 18개는 세 립과 조립 탄산염 모드를 동시에 보여주는데 전자를 유형 A, 후자를 유형 B 분포로 구분하였다(Fig. 3). 유형 A 분포를 보이는 시료들의 탄산염 함량은 1.
8). 조립 모드를 보이는 유형 B 입도 분포가 특히 오팔 함량이 높은 간빙기 시기 퇴적물에 나타나며(Table 1), 조립 모드의 비율이 오팔 함량과 양호한 양의 상관관계를 보이는 것은(Fig. 5b) 남한국대지에서도 오키 해령과 마찬가지로 오팔 함량의 변화가 규조류의 총 개체수보다는 대형 온수종 규조류나 방산충의 산출 빈도에 의해 조절됨을 지시한다. 따라서 일반적으로 동해 퇴적물의 오팔 성분 전체 입도 분포에서 조립 모드 입도 분포가 차지하는 비율은 오팔 함량과 함께 간빙기 동안 대형 온수종 규조류와 방산충에 의한 표층 생산성 증가를 지시하는 지시자로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

후속연구

5b) 남한국대지에서도 오키 해령과 마찬가지로 오팔 함량의 변화가 규조류의 총 개체수보다는 대형 온수종 규조류나 방산충의 산출 빈도에 의해 조절됨을 지시한다. 따라서 일반적으로 동해 퇴적물의 오팔 성분 전체 입도 분포에서 조립 모드 입도 분포가 차지하는 비율은 오팔 함량과 함께 간빙기 동안 대형 온수종 규조류와 방산충에 의한 표층 생산성 증가를 지시하는 지시자로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
조립 모드 입도 분포가 전체 입도분포에서 차지하는 비율은 퇴적물의 오팔 함량과 양호한 양의 상관관계를 보여준다. 이는 동해에서 오팔 성분의 조립 모드 입도 분포 비율이 간빙기 시기 대형 온수종 규조류와 방산충에 의한 표층 생산성 증가를 지시하는 지시자로 활용될 수 있음을 의미한다. 한편 탄산염 성분의 입도분포는 평균 2.
해양 퇴적물은 육성기원의 쇄설성 입자와 생물기원의 탄산염, 오팔 등 다양한 성분으로 구성되어 있으므로 성분별 입도 분포를 파악한다면 구성 성분에 따른 퇴적물의 기원과 퇴적 과정의 물리·화학적 작용에 의한 입도 변화 등을 더욱 상세히 파악할 수 있을 것이다.

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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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