[논문]IODP Expedition 311 퇴적물내 유기물의 기원에 대한 예비 결과

김지훈; 이영주; 류병재

IODP Expedition 311 퇴적물내 유기물의 기원에 대한 예비 결과
Preliminary results of organic matter origin in the sediments of IODP Expedition 311 원문보기

김지훈 (한국지질자원연구원 석유해저부) , 이영주 (한국지질자원연구원 석유해저부) , 류병재 (한국지질자원연구원 석유해저부)

IODP Expedition 311에서 채취한 퇴적물 시료들의 TOC 함량은 대부분 1 %미만이고 육지에서 해안으로 갈수록 높은 함량을 보여준다. TOC/TN비는 4에서 10의 범위를 가지고 있으며, 이 값은 대부분의 유기물들이 육성식물 보다는 조류기원임을 보여준다. 반면에 Rock-Eval 분석 열분석결과는 유기물들이 Type III 의 육성식물 기원임을 지시하고, 대부분의 유기물들이 미성숙단계 (immature stage)에 있음을 보여준다. 유기물 기원에 대한 지화학적 지시자들 사이의 불일치를 해결하기위해 유기물의 탄소동위원소 ($^{13}C_{org}$) 분석을 실시하였다. 분석된 유기물 탄소동위원소 값은 -28.4 $%_o$,에서 -23.0 $%_o$의 범위를 가지고 있으며, 이는 유기물들이 식물성 기원보다는 해수 및 담수의 조류가 혼합된 기원이 우세하다는 j것을 지시해준다.

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문제 정의

본 연구는 IODP Expedition 311에서 획득한 퇴적물의 스퀴즈 케잌 (Squeeze Cake) 시료들에 대한 원소분석 및 유기물 동위원소 분석을 실시하여, 원소 함량의 공간적인 변화와 유기물 기원을 규명하는데 있다.

제안 방법

이상 건조하였다. 건조한 시료는 모타르 아게이트 (mortar agator)를 이용하여 분말로 분쇄하여 골고루 혼합하였으며 , Rock-Eval 열분석, 원소분석 (CN) 및 동위원소 분석을 실시하였다.
CHN-900을 이용하였다. 유기물 탄소 동위원소 (δ13Corg)는 위해 3N 염산 (HCI)을 이용하여 무기 탄산염 (CaCO3)를 제거한 후, 서울대학교 농업과학 공동기기센터 (NICHEM)의 탄소 및 질소 원소 분석기 (NA Series 2, CE Instruments)에 연결된 연속 흐름 안정동위원소 질량분석기 (IsoPrime-EA, Micromass, UK)를 이용하여 분석하였다. 표준물질 (Standard)로서는 PDB (Pee Dee Belemnite)를 이용하였다.

대상 데이터

IODP Expedition 311은 2005년 8월부터 10월까지 카나다 밴쿠버 앞의 카스카디아 마진 Cascadia Margin(Cascadia Margin)예 선정된 5개 지점 (U1325, U1326, U1327, U1238, U1329) 에 대한 시추를 하였다. IODP Expedition 311은 Cascadia Margin에서 실시한 ODP Leg 164와 Leg 204의 가스 하이드레이트 (gas hydrate) 연구를 심화 및 증진시키고, 섭입대 accretionary prism 에서의 가스 하이드레이트 형성에 대한 지질학적 모델을 규명하는데 목적이 있었다 (Reiedel et al.
Rock-Eval 열분석 및 TOC 함량은 프랑스 Vinci 사의 Rock-Eval 6를 이용하였으며, CNe 미국 Leco사의 CHN-900을 이용하였다. 유기물 탄소 동위원소 (δ13Corg)는 위해 3N 염산 (HCI)을 이용하여 무기 탄산염 (CaCO3)를 제거한 후, 서울대학교 농업과학 공동기기센터 (NICHEM)의 탄소 및 질소 원소 분석기 (NA Series 2, CE Instruments)에 연결된 연속 흐름 안정동위원소 질량분석기 (IsoPrime-EA, Micromass, UK)를 이용하여 분석하였다.
유기물 탄소 동위원소 (δ13Corg)는 위해 3N 염산 (HCI)을 이용하여 무기 탄산염 (CaCO3)를 제거한 후, 서울대학교 농업과학 공동기기센터 (NICHEM)의 탄소 및 질소 원소 분석기 (NA Series 2, CE Instruments)에 연결된 연속 흐름 안정동위원소 질량분석기 (IsoPrime-EA, Micromass, UK)를 이용하여 분석하였다. 표준물질 (Standard)로서는 PDB (Pee Dee Belemnite)를 이용하였다.

성능/효과

이와 같은 지화학 지시자들 사이의 불일치는 유기물이 퇴적전후 받는 속성작용 또는 강한 산화작용의해 유기물의 HI 값이 감소하고 이값이 증가하여 Rock-Eval 분석 시 유기물이 Type Ⅲ로 나타나기 때문으로 추정된다. 따라서 연구지역의 유기물 기원은 육성식물보다는 해수 및 담수의 조류의 혼합 기원이 우세하다. 그러나 유기물 기원 규명을 위해서는 샘물표기물과 같은 또 다른 지화학지시자를 이용한 세밀한 연구가 더욱 필요하다.
Tmax가 435 ℃ 이하일 때를 열적으로 미성숙단계로, 435 ℃ 이상일 때를 열적 성숙단계로 구분한다. 분석된 시료들은 몇 개의 시료를 제외한 대부분이 435 ℃ 보다 낮은 Tmax값을 가지는데, 이는 퇴적물에 포함된 유기물들이 대부분 열적 미성숙단계 (immature stage)에 위치하고 있다는 것을 지시하는 것이다.
, 2006). 분석된 탄소동위 원소 분석값은 Site U1325 에서 -27.3 %에서 -23.2 % (평균: -25.2 %o), Site U1326에서 -26.5 게서 -24.0 %)(평균: -26.0 %), Site U1327에서 -27.0 %에서 -23.8 %(평균: -25.2 %), Site U1328에서 -28.4 %에서 -24.0 %(평균: -26.2 %), Site U1329에서 -27.2 %에서 -23.0 %, (평균: -24.9 %)의 범위를 갖는다. 유기물질의 탄소동위 원소비와 총유기탄소/총질소 질량비 (TOC/IN)롤 도시하며 대부분의 값들이 해수와 담수 조류의 혼합영역에 위치한다.
대부분의 시료들이 4에서 10의 TOC/TN를 가지며, 심도에 따른 TOC/TN의 변화는 거의 없다. 이와 같은 결과는 유기물들이 육상식물 기원보다는 해수 및 담수 조류들이 혼합된 기원이 우세하다는 것과 심도에 따른 유기물의 기원 변화 및 속성작용에 의한 변화가 비교적 적었다는 것을 지시한다.
측정된 총질소의 함량은 Site U1325 에서 0.01 - 0.22% (평균: 0.07%), Site U1326에서 0.07 - 0.10% (평균: 0.057%), Site U1327에서 0.03 - 0.31% (평균: 0.069%), Site U1328에서 0.02 - 0.15% (평균: 0.067%), Site U1329에서 0.04 - 0.18% (평균: 0.094%)의 범위를 갖는다. TN 함량은 TOC 함량과 비슷하게 Site U1329, U1327, U1326, U1325 순으로 감소였다.
, 1994). 측정된 퇴적물의 TOC/TN는 Site U1325에서 0.9 - 10.8 (평균: 7.1), Site U1326에서 2.9 - 12.3 (평균: 7.2), Site U1327에서 1.8 - 13.4 (평균: 8.3), Site U1328에서 5.4 - 11.9 (평균: 7.4), Site U1329에서 5.3 - 14.1 (평균: 8.4)이다. 대부분의 시료들이 4에서 10의 TOC/TN를 가지며, 심도에 따른 TOC/TN의 변화는 거의 없다.
퇴적물에 포함된 총유기탄소 함량 (Total Organic Carbon; TOC)은 Site U1325의 경우 0.04 - 1.73% (평균: 0.55%), Site U1326 코어의 경우 0.08 - 0,97% (평균: 0.41%), Site U1327 코어의 경우 0.2 - 1.61% (평균: 0.59%), Site U1328 코어의 경우 0.17 -1.31% (평균: 0.49%), Site U1329 코어의 경우 0.34 - 1.64% (평균: 0.76%)의 범위를 가잔다. TOC 함량은 Site U1329, U1327과 U1328의 경우 퇴적물의 심도가 증가할수록 전체적으로 증가하는 경향을 보인다.

후속연구

따라서 연구지역의 유기물 기원은 육성식물보다는 해수 및 담수의 조류의 혼합 기원이 우세하다. 그러나 유기물 기원 규명을 위해서는 샘물표기물과 같은 또 다른 지화학지시자를 이용한 세밀한 연구가 더욱 필요하다.

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