초록 ▼

I. 제 목 극지환경 특성 및 보존에 관한 연구 II. 연구개발의 목적 및 필요성 남극 해양생물자원 및 생태계 연구 전 지구적 환경 보존을 위한 국제적 규제가 강화되면서 선진국을 중심으로 환경문제를 이용한 자국의 이익을 확보하기 위한 노력이 팽배하고 있다. 전 지구적 환경변화를 감시 분석하기에 최적지인 남극에서 환경 변화와 이에 따른 남극 해양 생물의특성 및 적응 메커니즘을 이해하려고 한다. 또한 지구 환경 변화에 따른 해양 생태계변화 양상 및 생물 반응을 장기적으로 측정하여 기후 변화 협약에 대처함과 동시에, 남극 해양

I. 제 목 극지환경 특성 및 보존에 관한 연구 II. 연구개발의 목적 및 필요성 남극 해양생물자원 및 생태계 연구 전 지구적 환경 보존을 위한 국제적 규제가 강화되면서 선진국을 중심으로 환경문제를 이용한 자국의 이익을 확보하기 위한 노력이 팽배하고 있다. 전 지구적 환경변화를 감시 분석하기에 최적지인 남극에서 환경 변화와 이에 따른 남극 해양 생물의특성 및 적응 메커니즘을 이해하려고 한다. 또한 지구 환경 변화에 따른 해양 생태계변화 양상 및 생물 반응을 장기적으로 측정하여 기후 변화 협약에 대처함과 동시에, 남극 해양 생태계의 특성 파악, 남극 해양 생물 자원의 효율적 보존 및 잠재적 이용을 위한 데이터베이스 구축을 최종 목표로 하고 있다. 남극해에 분포하고 있는 해양생물 자원들은 오존층 파괴와 지구 온난화 등 다양한 전 지구 환경변화에 영향을 받고 있으며,위와 같은 양상은 오염되지 않은 남극해에서 가장 증폭되어 나타나고 있다. 전 지구 환경 변화에 따른 남극 해양 생태계의 변화 양상을 이해하고 해양 생물의 특성 및 적응 메커니즘 연구를 통해 장기적인 남극 환경 변화 감시 시스템 구축 및 잠재적으로 이용 가능한 남극 생물 자원의 효율적 보존을 위한 연구가 필요하다. 극지 오존층 변동과 관련한 지구환경 변화 연구 지구 성층권 오존층의 파괴는 유해 자외선의 필터 역할을 수행하지 못하게 되어, 지표 자외선 복사량의 증가를 초래하며 이로 인해 인체는 물론 지상 생태계에 커다란 영향을 미치게 된다. 특히 남극의 오존구멍은 점차 확대되고 있으며, 정도가 심화되고 있기 때문에 세계의 중요한 관심의 대상이 되었다. 또한 극지역에서는 고에너지 입자들 의 유입이 빈번하여 오로라와 같은 현상이 자주 발생하는데, 이러한 경우 인공위성의 궤도 변위, 고주파 통신의 두절과 같이 위성 및 통신 운영의 많은 영향을 받게 된다. 따 라서 남극 성층권 오존층의 감퇴와 이에 따라 지표 유해 자외선 복사가 어떻게 변화하 는지, 고층대기 중간권과 열권의 물리적인 변화는 어떠한 양상을 띠는지 등에 대해서 정량, 정성적으로 파악함으로써 그 효과에 대한 정확한 이해와 관련 환경변화를 이해하 고자 한다. 아남극권에 속하는 세종기지 주변은 기후변화가 극심한 지역 중의 하나로서 홀 로세 이후의 기후변동에 대한 기록을 이해하기 위한 최적의 장소이다. 특히 남극과 같 은 고위도 지역의 퇴적물에는 석회질 미화석의 빈곤으로 인해 퇴적물 속의 규조는 흔 히 층서 및 고환경의 지시자로 유용하게 사용되는데, 퇴적물내의 규조각의 산출양상과 산출분포는 고해양 및 고기후 연구에 중요한 자료를 제공할 수 있다. 그러나 과거의 기 후변동을 이해하기 위해서는 남극해 퇴적물의 점토광물에 대한 성인연구를 통해서 과 거의 물리화학적인 풍화작용을 연구하는 것이 필요하다. 또한 남극 하계동안 조수빙하 로부터 피요르드로 유입되는 고탁도의 융빙수(meltwater)의 공급방식은 기저빙하부근에 서 나타나는 융빙수 퇴적상의 해석에 결정적인 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라 빙하의 후퇴와 전진속도를 유추하는데 중요한 정보를 제공한다. 본 연구는 남극 세종기지 주변 토양 속의 점토광물의 성인 규명, 브랜스필드 해협에서의 고해양 변동 이해, 마리안 소 만의 부유물질의 거동기작을 이해하고 세종기지 주변의 고빙하 분포의 거동의 역사규 명을 통한 고기후 변동을 유추하는데 그 목적이 있다. 남극광물자원 확보를 위한 환경특성 연구 광물자원의 분포특징은 지구조 환경과 밀집한 관련을 갖는다. 그러므로 지체구 조에 대한 이해가 없이는 광물자원 탐사를 수행하기가 불가능하다. 남극반도 북부지역 은 고생대 말부터 계속된 고태평양판의 섭입 및 그에 따른 호상 열도의 발달, 중생대 곤드와나 대륙의 분리, 그리고 신생대의 중앙 해령과 해구의 충돌로 특징지워지는 해구 -열도 시스템을 이루며, 지구상의 어느 다른 지역보다 지체 구조의 발달 및 진화 연구 에 적합한 기회를 제공한다. 본 연구에서는 고생대 말 이후 남극반도 북부지역의 지질 및 지체구조의 발달 및 진화를 규명하는 것을 그 근본 목적으로 한다. III. 연구개발의 내용 및 범위 남극 해양생물자원 및 생태계 연구 남극 남쉐틀랜드 군도 주변 해역과 세종기지 주변 해양 환경 변화에 따른 생물 자원의 장기적인 변화 양상을 이해하기 위해 다음과 같은 연구가 수행되었다. - 남극 동브랜스필드 해협에서의 입자 플럭스 연구 - 남극 남쉐틀랜드군도 주변 해역에서 영양염과 식물플랑크톤 생물량 분포 연구 - 남극 브랜스필드 해협의 해류와 밀도 시계열 자료의 분석 - 남극 동브랜스필드 해협의 규조의 플럭스에 대한 예비조사 - 오존층 파괴가 남극 식물플랑크톤에 미치는 영향 - 남극해역의 일차생산, 신생산 및 재생산과 이에 영향을 미치는 요인 - 남극 드레이크 해협 극전선의 pCO2와 영양염 분포 - 남극 해역의 갈조류와 부착 홍조류의 분자계통과 생물지리 - 남극 킹조지섬 마리안소만 조하대에서의 침강 입자 내 금속 성분과 플럭스의 계절변동 극지 오존층 변동과 관련한 지구환경 변화 연구 1) 세종기지 및 그 주변 상공 오존층에 대한 인공위성 측정 및 지상 관측 오존 량과 자외선 복사량, 일사량 등의 자료를 이용하여 그 변화 경향을 분석하였다. 또한 적 외선 분광계를 이용한 고층대기 중간권에서 측정된 물리적 양에 대한 정량, 정성적인 분석을 하였다. - 남극 세종기지에서의 오존전량과 자외선 복사량의 변동 연구 - 적외선 분광계 자료를 이용한 고층대기 중력파 특성 연구 2) 남극 해양 퇴적물내 점토광물의 분포와 성인을 조사하기 위하여 남 쉐틀랜 드(NCS 09)와 앤버스 섬(GC 98-2) 근해 해저퇴적물 코아와 킹죠지 섬 피요르드 내 퇴 적물 코아(A10- 01)의 전암 분말시료를 대상으로 X선 회절분석과 전자현미분석을 실시 하여 광물조성과 점토광물의 화학분석을 시도하였다. 3) 아남극 피요르드인 마리안 소만에서 수리학적/기상학적 요인에 따른 미세립 퇴적물의 분산 기작과 수층 구조를 구명하기 위해 소만 빙벽 앞에서 CTDT (Conductivity/Temperature/Depth/Transmissivity)를 약 48시간동안 1시간 간격으로 정선 관측하였다. 4) 브랜스필드 해협 내에 퇴적된 퇴적물 (Core GC 98-08)에서 산출된 규조미화 석의 정량적인 분석을 통하여 규조 미화석들의 종조성과 층준에 따른 변화양상을 연구 하고, 이를 이용하여 연구지역의 퇴적당시의 고환경 변화를 해석하고자 한다. 남극광물자원 확보를 위한 환경특성 연구 남극반도 북부지역의 지체구조 연구와 남쉐틀랜드의 광화작용 연구를 위하여 다음과 같은 주제에 대하여 연구가 수행되었다. - 세종기지가 위치한 킹조지섬 바톤반도의 퇴적환경 - 킹조지섬 바톤반도의 열수변질작용 - 세종기지 주변의 해저퇴적물내의 개형충 군집에 대한 생태학적 연구 - 리빙스톤섬 허드반도 지역의 관입암류와 주변 광화작용 - 남미 파타고니아 지역 역암의 퇴적환경 및 기구 - 남미 파타고니아 지역의 화석뼈 연구 - 남극-피닉스 해령과 히어러 파쇄대 지역의 중력 및 해저지형 IV. 연구개발 결과 남극 해양생물자원 및 생태계 연구 1) 시계열 퇴적물 포집장치(Time-series sediment trap)를 남극 동브랜스필드 해협에 1998년 12월 25일부터 1999년 12월 24일까지 수심 1000m에 계류하였다. 총 입 자 플럭스의 99% 정도가 여름과 가을에 집중되어 있고, 일년 총 입자플럭스는 49.2 g m-2이다. 생기원규소, 유기물, 탄산염을 포함하는 생기원물질이 총 입자 플럭스의 68% 를 차지했다. 생기원규소가 이들 중에서 가장 우세하고 (총 입자 플럭스의 47%), 그 다 음으로 많은 것은 총 입자 플럭스의 20%를 차지하는 유기물이다. 탄산염은 1% 정도로, 상당히 적은 양을 차지하였다. 수심 1000m에서 일년 유기물 플럭스는 4.2 gC m-2로 측 정되었다. 퇴적물 포집장치를 계류한 지역에서 2000년 1월에 일차생산력을 측정하였는 데, 그 값이 21.6 gC m-2 yr-1이였다. 그러므로 표층에서 생산된 유기물 총량의 19.4% 정도가 수심 1000m 이하로 침강하였다. 2) 2000년 1월에 남극 남쉐틀랜드군도 (South Shetland Islands) 주변해역에서 표층에서 수심 200 m 까지 수온, 염분, 영의 해역으로 구분된다; 드레이 크해협 (Drake Passage), 브랜스필드해협 (Bransfield Strait), 혼합해역 (Mixed zone), 웨델해 (Weddell) 해역. 이들 4개의 해역들은 각각 특징적인 물리, 화학, 생물학적 특성 을 보였다. 식물플랑크톤 생체량과 일차생산력은 드레이크해협과 웨델해 해역에서 상대 적으로 낮은 값을 보였고 브랜스필드해협과 혼합해역에서 높은 값을 보였다. 식물플랑 크톤 생체량과 일차생산력이 드레이크해협에서 낮은 것은 식물플랑크톤 성장에 필요한 철이 충분히 공급되지 않았기 때문이고, 웨델해에서는 상대적으로 낮은 수온과 표층 200 m 이상의 깊은 혼합깊이 때문이라고 생각된다. 드레이크해협과 혼합해역에서 높은 식물플랑크톤 생체량과 일차생산력은 상대적으로 높은 철농도와 안정된 수층에 의해 유지하는 것으로 보인다. 3) 1년 동안의 계류 중 성공적으로 계절변화를 기록한 유속계는 계류점 E (수 심 2134 m인 남위 61도 54.770분, 서경 54도 59.097분)의 수심 1050 dBar에 설치된 12444 (차후 계류점과 유속계 일련번호를 병기함. 예, E12444)이다. 다른 하나의 계류점 인 K계류점은 수심이 1980 m로, 남위 62도 15.227분, 서경 57도 59.097분이다. E12444 에 기록된 수온의 estimated spectral density 분포는 아래와 같이 4군의 집단으로 구분 할 수 있다. (a) 가장 장 주기군은 Geophysical data의 특징인 연속성의 pink noise가 바탕을 이 룬 상태에 나타나는 lunar fortnightly tidal component ( M f)의 현상이다. (b) 일주조의 현상은 main lunar 성분인 O 1과, 1년 자료로 분리되지 않는 성분인 main solar 성분 ( P 1)과 soli- lunar 성분( K 1)의 합이 강한 변화를 보였다. (c) 반일주조는 main lunar 성분 ( M 2)이 1년 자료로 분리되지 않는 성분인 main solar 성분 ( S 2)과 soli- lunar 성분( K 2)의 합보다 강하게 나타났다. 그러나, elliptic lunar 성분( N 2)은 발견되지 않았다. (d) 하루에 4번 이상의 진동을 나타내는 현상으로 물리적 현상의 확인이 불가하다. 4) 남극 동브랜스필드 해협 (61 45.770 S. 54 59.097 W)에 시간별 퇴적물 포집기를 1998년 12월 25일부터 1999년 12월 24일까지 계류하였다. 1,018 m 포집기 안 의 규조 플럭스는 1월에서 3월 사이에 집중되어 115 - 3320 millions cells m-2 d-1로 측정되었다. 1월에는 M inidiscus chilensis (35-76 %), Fragilariopsis cylindrus (7-24 %) 가 우점하였고 2월에는 Pseudo- nitzschia spp. (44- 73 %), Thalassiosira sp. (11-19 %) 가 우점하는 것으로 나타났다. 최고 규조 플럭스는 1999년 2월 23일에서 3월 5일 사이 에 나타났으며 우점종은 Pseudo-nitzschia spp (73 %)로 나타났다. 5) 최근 남극 해양 생태계는 지속적인 오존층 파괴에 의한 자외선 증가로 영향 을 받고 있다. 오존층 파괴에 의한 자외선 증가로 인해 남극 해양 생물들의 성장 환경 이 변화하는 등 여러 가지 증후들이 남극 해양 생태계에 나타나고 있다. 특히 빛을 에 너지원으로 하고 빠르게 성장하는 일차생산자들인 식물플랑크톤들이 남극 해양의 환경 변화에 가장 민감하게 영향을 받고 있다. 오존층 파괴에 의한 자외선 증가는 전체 남극 해양 생태계를 유지하기 위한 주요 탄소 공급원인 식물플랑크톤의 유전적, 생리적인 변 화를 야기 시켜 생산력, 생물량 및 종조성의 변화를 가져와 전체 남극 해양 생태계를 변화시키고 있다. 앞으로 진행될 해양 생태계 변화를 예측하기 위해 앞으로의 자료와 비교할 수 있는 기본 자료의 축적이 필요하다. 식물플랑크톤들은 오랜 기간 극한 환경 에 적응하여 왔기 때문에 미세한 환경변화를 쉽게 감지하고 감시하기 위한 생물학적 환경 변화 지표종으로 지속적인 표준 데이터로서 이용될 수 있을 것이다. 6) 1999-2000년 제 13차 남극 하계조사 기간 중 식물플랑크톤의 생산성에 영향 을 미치는 요인 중 철이온의 가용도와 자외선 폭로에 따른 식물플랑크톤의 생리적인 변화를 연구하였으며, 환경조건에 따른 일차생산과 신생산 및 재생산의 변화를 파악하 였다. Chlorophyll a의 농도에 따른 비 흡광계수(a*ph)는 0.0006 0.019 m2 chl mg-1 의 범위를 보였고, 식물플랑크톤에 의한 빛 흡수가 수층에서의 광흡수 특성에 가장 큰 기여를 하는 것으로 나타났다. 식물플랑크톤 생물량과 광 흡수계수의 수직분포는 자외 선 투과영향이 약해지는 수심에서 최대값을 보였다. 또한 FRI (fluorescence response index)의 분포도 자외선 투과량이 감소하는 지점에서 활성도가 높게 나타났다. 그러나 자외선과 식물플랑크톤의 생리적인 반응 사이의 인과관계에 대하여는 추가적인 연구가 필요하다. 철가용도에 따른 영향을 보면 철은 식물플랑크톤의 번성과 관련하여 미약하 나마 제한인자로 나타났다. 자외선에 의한 식물플랑크톤 활성도의 변화는 자외선에 노 출된 실험군이 자외선에 노출되지 않은 대조군에 비해 전반적으로 FRI값이 감소하는 것을 알 수 있었다. 수층 적분한 일일 일차 생산력은 121.4 340.8 C m-2 day-1, 단위 클로로필당 일차생산력은 0.003 1.02 mgC mg Chl a-1 hr-1로 측정되었다. 신생 산은 1.36 mg N m-2 h-1 2.52 mg N m-2 h-1, 재생산은 1.79 mg N m-2 h-1 7.92 mg N m-2 h-1의 값을 나타내었다. 일차생산중 신생산이 차지하는 비율인 f- ratio는 0.115로부터 0.818로 평균 0.37( 0.17)을 보여주었다. 이는 평균 기초생산의 37%가 수직확산 등에 의해 공급되는 질산염에 의해 유지되고 있었으며, 나머지 63%는 유광층 내 에서 순환되는 암모니아에 의해 유지되고 있다는 것을 나타낸다. 탄소와 질소의 생산비 는 1.11 4.12(2.83 1.18)의 범위를 나타내는데 통상적인 Redfield ratio인 6.7에 비하여 40%정도의 낮은 값이다. 그 이유로는 조사해역의 질소계 영양염 공급이 활발하여, 영양염의 흡수 및 동화기작이 탄소동화에 비하여 활발한데서 기인한 것으로 판단된다. 7) 남극 드레이크 해협 극전선을 가로지르는 관측선을 따라, 극전선 북쪽의 탄산염 해양(Carbonate Ocean)과 극전선 남쪽의 규산염 해양(Silica Ocean)에서, 표층 CO2분압(pCO2)과 총탄산염(TCO2) 변화를 영양염(질산염, 인산염, 규산염) 변화와 비교하였다. 표층해수의 수온과 염분, pCO2는 대기-해양 pCO2 연속관측시스템(Flowing pCO2 system)으로 자동분석하여 매 2분마다 평균값을 기록하였다. pH(-log [H+])와 알 카리니티(total alkalinity, TA), 총탄산염(total carbonate, TCO2)은 1시간 간격으로 해수 를 채수하여, 알카리니티 정밀적정장치(TA titration system)로 적정하였다. 표층해수의 수온과 염분, 영양염 농도는 극전선을 지나면서 크게 변하였다. 규산염(SiO2)과 질산염(NO3), 인산염(PO4) 모두 극전선을 가로질러 남쪽으로 가면서 꾸준히 증가하였다. 거의 모든 항해 궤적을 따라 표층해수의 pCO2가 해양대기의 pCO2 보다 높았다. 다만, 1998 년 12월초에만 극전선 부근에서 표층해수의 pCO2가 해양대기의 pCO2 보다 낮았다. 극 전선을 경계로 북쪽의 Carbonate Ocean과 남쪽의 Silica Ocean은 서로 다른 pCO2(TCO2)와 영양염 사이의 상관관계를 보였다. 극전선에서의 낮은 pCO2 값과 극전 선 주변해역에서의 TCO2와 영양염류의 상관관계, 극전선 남쪽에서만 보이는 pCO2와 영양염류의 뚜렷한 상관관계는, 극전선 해역에서의 CO2 제거 가능성과, 극전선 북쪽의 Carbonate Ocean 보다 극전선(biological CO2 removal) 효율이 더 높음을조류의 분자적 유연관계를 조명하기 위 하여 엽록체 RuBisCO spacer의 염기서열을 분석하고, 계통분석을 수행하였다. 남극의 Maxwell Bay에서 채집한 갈조류 Lessonia, Desmarestia, Adenocystis의 각 1종을 포 함하여 한국, 일본, 미국, 영국, 프랑스의 재료 10종의 RuBisCO spacer의 염기서열을 새롭게 결정하였다. 계통분석은 Lessoniaceae (6속 11종 12 분류군)와 근연의 갈조류 및 외군인 Ectocarpus siliculosus를 포함하여 총 6목 18속 23종 25 분류군의 염기서열 자료에서 실시하였다. RuBisCO spacer는 147- 282 염기쌍이었고, rbcL 3 말단에서 243 염기쌍과 rbcS 5 말단 110 염기쌍도 분석에 포함되었다. 총 657 좌위를 계통분석에 이용하였고, 218 좌위 (33.2%)는 계통학적으로 유의한 정보를 주었다. 최대절약분석, 근린결합분석 및 최대유사분석에 의하면, Lessoniaceae는 두 개의 계통군으로 나뉘어졌다: 1)Lessonia 계통군과 2) Macrocystis 계통군. Lessonia 계통군은 3종의 Lessonia를 포함하며 계통적 해상력이 높았다 (98- 100%). 이 결과는 Lessonia속이 Dictyoneurum, Nereocystis 및 Postelsia와 함께 Lessonieae족을 이룬다는 기존의 형태분류 체제와는 달랐다. M acrocystis 계통군은 Macrocystis, Nereocystis, Postelsia 및 Pelagophycus 를 포함하며, 계통적 해상력이 높았다 (92-99%). 예상과는 달리, 남극산 Lessonia flavicans는 계통적 해상력은 낮았으나 M acrocystis 계통군에 포함되었다. Macrocystis 계통군은 형태적 개념의 Macrocysteae족과는 달랐다. 한편, 남극에서 채집한 Desmarestia sp.가 뜸부기목 계통군의 기저부에 (64- 89%) 위치한다는 결과와 Dictyosiphonales의 Adenocystis uricularis가 계통적으로 독립된 결과는 기존의 형태 분류의 연구들과 일치하였다. 이상과 같이 엽록체의 광합성 관련 유전자인 RuBisCO spacer부분의 염기서열자료는 Lessoniaceae가 계통적으로 이질적인 분류군들로 구성되었음을 보여주고 있어서, 분자계통적 우연관계를 반영하는 새로운 분류체제가 필요함을 제시하고 있다. 더욱이, 남극산 Lessonia flavicans의 분자 계통적 위치는 흥미로운 결과이어서, 추후 남극의 여러 지역 집단의 분석은 물론 형태 및 분포 등에 관한 집약적인 연구가 절실히 요구된다. 9) 남극 킹조지섬 마리안소만 조하대에서 입자체와 금속원소 플럭스의 계절변 화를 究明하기 위해 30m 수심에 입자체 포획기를 1998년 2월 28일부터 2000년 1월 22 일까지 계류하였다. 매월 잠수작업으로 입자체 포획기로부터 시료를 수거하여 금속원소 의 함량을 분석하였고 이로부터 플럭스를 계산하였다. 전체 총입자 플럭스는 겨울에 낮 고 여름에 높은 뚜렷한 계절변화를 보였다. 해빙(sea- ice)이 50여일간 형성되었던 98년 9월 겨울에 가장 낮았고 (2.47 g m-2d-1) 99년 2월 여름에 가장 높았다 (21.97 g m-2d-1). 암석기원 입자는 조사기간 평균으로 전체 총입자의 90%를 차지하였다. 암석기 원 입자 플럭스가 주변 육상의 적설량과 선명한 음의 상관관계를 갖는 것으로 볼 때 암석기원 입자는 주변 육상에서 융설수에 의해 유입되는 물질로 사료된다. 금속성분의 (Al, Fe, Ti, Mn, Co, Ni, Cr, Pb, Zn, Cd, Cu) 입자 플럭스는 총 입자 플럭스와 매우 유사한 계절변화를 보였고 조사기간 평균 플럭스는 각각 34000, 9000, 960, 180, 3.0, 2.1, 5.4, 1.5, 13.8, 0.02, 17.6 nmol m-2d-1이었다. 대부분의 금속성분들은 평균지각농도보다 높게 나타났으며, 특히 Cu는 5 7배 높게 나타났다. Al, Fe, Mn의 월별 농도는 대표적 인 암석기원 성분인 Ti농도와 양의 상관관계를 보였으나, 그 외의 성분들은 거의 상관 관계를 보이지 않았다. 또한 Ti를 기준으로 EFcrust 값을 구한 결과, Al, Fe, Mg, Mn, Zn, Co, Pb는 1에 가까운 값을 보인 반면, Cd와 Cu는 상당히 높게 나타났다. 결국, Al, Fe, Mn 등은 Ti와 같이 마리안소만 주변 지각에서 기원하는 암석입자가 주된 공급원으 로, 이의 영향으로 비교적 높은 농도를 보였다. 구리(Cu)의 경우는 마리안소만 주변 해 양환경에 전반적으로 고농도로 분포하며, 암석기원 입자 플럭스와 상당히 선명한 양의 상관관계를 보였다. 이것은 주변 지각에 풍부한 황동광과 황철광물의 영향이며, 하계에 는 이들 광물이 융설수에 포함되어 더욱 많이 이동하는 것으로 사료된다. 카드뮴(Cd)의 경우는, 여름보다는 봄에 상당히 높은 플럭스를 보였으며, 이때의 EFcrust 값도 매우 높 았고, 생물기원 입자 플럭스와 상당히 선명한 양의 상관관계를 보였다. 해양에서 용존 Cd의 수직적인 농도분포가 영양염류의 농도분포와 매우 유사한 사실을 상기할 때, Cd 의 높은 상관성은 생물체에 흡수된 Cd가 입자체로 퇴적된 것을 시사한다. 극지 오존층 변동과 관련한 지구환경 변화 연구 1) 세종기지에서의 오존전량과 일적산 수평면 전천 일사량, 지표 자외선 복사량, 그 리고 홍반 자외선 복사량의 뚜렷한 계절변동이 나타났으며, 세종기지 상공 오존층에서도 두드러진 오존전량 감소와 이에 따른 유해한 파장의 홍반 자외선 복사량의 지표 도달 량이 증가하고 있음을 알 수 있었다. 한편, 연평균 홍반 자외선 복사량의 일변화와 관련된 세종기지에서의 여름철 태양 남중시의 최대 자외선 지수 분석에서, 30분 이상의 피부 노출 시간에 대해 홍반이 발생할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 2) 푸리에-변환 분광기의 운영으로 고층대기 온도를 관측하였으며 이로부터 중 간권 상부 및 열권 하부의 파동에 관한 정보를 추출할 수 있었다. 스펙트럼 분석 결과 다양한 주기의 중력파에 대한 정보를 얻을 수 있었으며, 이러한 결과는 다른 지역의 관 측결과와 비교하여 잘 부합하고 있으며 이론적 결과와도 크게 벗어나지 않고 있다. 3) NCS 09의 스멕타이트는 남 쉐틀랜드 근해의 비교적 최근 현무암질 화산물 질이 해수와 반응하여 생성된 후에 빙하침식이나 화산 분화시 재동되어 퇴적한 것으로 판단된다. GC 98-2는 채취지점이 보다 대륙에 가까워서 심성암류나 고기 화산암류의 영향을 많이 받아 전체적으로 스멕타이트의 양이 작은 것으로 보인다. A10-01의 경우 하부에는 킹죠지 섬 내륙의 스멕타이트가 없는 고기 화산암이 빙하 침식되어 퇴적되었 고, 상부에는 빙하가 후퇴한 후에 드러난 열수 변질물을 포함한 육상퇴적물들과 풍성 퇴적물들이 피요르드로 유입되어 퇴적한 것으로 보인다. 4) 소만 표층수의 공간적인 특성은 표빙하성 유출과 용승, 유빙의 공간 분포에 따라 달라졌으며, 조석과 바람응력은 수층의 혼합과 유동성을 결정한다. 특히 소만 연 안을 따라 녹수가 유입되는 근원지(육상빙하, 낙수 및 자갈 해안)의 녹수 특성에 따라 그 유입 근원지 부근의 표층수 특성이 달라진다. 맥스웰 만 유입수가 나타나는 수심에 서 유속의 스펙트랄 분석은 반일주조보다 큰 주기를 보여주었다. 5) 브랜스필드 해협의 연구코아퇴적물 GC 98- 08에서 산출된 sea- ice종들과 Nitzschia kerguelensis의 수직분포를 비교해 볼 때 퇴적당시 6차례이상의 고기후변화 가 있었음을 알 수있으며, 근해종과 sea-ice종들이 우세하게 산출되는 것으로 보아 연 구지역의 규조 미화석의 퇴적환경은 웨델해의 계절적 sea-ice extent의 변화에 영향을 받은 근해환경에서 퇴적되었음을 알 수 있다. 남극광물자원 확보를 위한 환경특성 연구 1) 바톤반도의 남쪽과 남동쪽 해안가를 따라 연속성이 좋게 분포하는 화산쇄설 성 퇴적암층을 세종층으로 명명하였다. 퇴적상의 분포에 따라 세종층은 화산활동과 관 련된 4 stages에 걸쳐 형성되?? 않은 시기로 괴상의 기질지지 역암이 주로 퇴적되었으며, 화산활동이 활발해진 stage 2 시기 에는 화산쇄설류에 의해 라??해진 stage 3 시기에는 괴상의 기질지지 역암, 수평 층리가 발달한 사암, 역지지 역암 등이 퇴적되 었으며, 마지막 stage 4 시기에는 두꺼운 괴상의 입자지지 역암이 하도모양으로 하부의 퇴적층을 침식하며 퇴적되었다. 2) 바톤반도의 열수변질작용은 주변의 화강섬록암의 관입에 따른 직접적인 영 향이라기 보다는 화강암체의 모 마그마에서 유래된 열수와 천수가 혼합되는 과정에서 바톤반도 일대에 광역적인 변질작용에 수반된 연령으로 생각된다. 바톤반도 일대의 모 암변질작용의 순서는 화산암의 주 구성광물인 각섬석의 녹니석화 작용이 먼저 있었고 장석류의 견운모화 작용이 있었으며, 최후기에 견운모의 고령토화 작용이 있었던 것으 로 생각된다. 3) 세종기지 주변 해역의 개형충 군집은 낮은 종 다양도와 소수종의 높은 우점 도에 의해 특징지어진다. 이는 본 연구지역이 계절적인 수온의 변화, 해수의 결빙과 해 빙에 따른 염도변화 등 제반 환경적인 요인들이 심하게 변하는 극지방의 천해지역에 위치하고 있기 때문인 것으로 보인다. 4) 리빙스톤섬 허드반도의 헤스페리데스 포인트 관입암류에 대한 K- Ar 연령측 정 결과에서는 야외에서 관찰되는 관입 순서와 같이 가장 조기의 암체는 반려암 (88Ma 와 85Ma)이고 섬록암(73Ma와 67Ma)과 석영섬록암(67Ma와 64Ma)이며, 맥상관입암체 는 비교적 유사한 연령(49 51Ma)을 보인다. 석영맥에 함유된 변질된 사암의K- Ar 연 령은 50Ma와 62Ma로 맥상 관입암체와 유사한 값을 가지나, 이 연령은 후기 관입에 의 한 열적 재평형에 의한 것으로 생각되며 석영맥의 생성연령은 헤스페리데스 포인트 관 입암의 관입 이전으로 유추된다. 5) 칠레 남부의 백악기 Cerro Torro Formation에 나타나는 Lago Sofia 렌즈상 역암은 길다란 foredeep 분지를 따라 발달한 대규모 해저 하도 퇴적층이다. Lago Sofia 해저 하도의 지류는 주로 질량류 퇴적층(괴상 또는 다양한 점이층의 역암)으로 채워져 있는데 이는 하도 제방의 붕괴 또는 분지 주변부의 사면 사태 작용의 영향인 것으로 보인다. 반면 주하도는 층상 또는 사층리 역암을 다량 포함하고 있는데, 이는 견인 퇴적 작용이 지속적으로 일어났음을 지시한다. 이러한 차이로 인해 지류와 주하도 사이에는 암상과 형태구성요소의 조성에 있어 현격한 차이가 만들어진 것으로 보인다. 6) 뼈와 화석뼈가 그 동물이 당한 포식자의 공격과 사후의 변화와 화석이 되는 과정의 여러 가지 물리-화학 변화를 보여주는 좋은 증거이다. 한 종류 또는 여러 종류 동물의 뼈가 심한 홍수로 섞여 하천바닥에 가라앉거나 또는 타르 핏이나 석회암지대의 싱크홀에 집적되어 혼합된다. 동물이 모래바람에 매몰되거나 유독가스에 중독되어 급사 해 산소가 없는 곳에 급하게 매몰되면 골격이 상당히 온전하게 보존된다. 남아메리카의 남부지방에서 발견되는 와나코의 유해와 화석을 연구할 때는 지금은 멸종된 단도이빨 고양이의 흔적에 조심해야 한다. 7) 남극-피닉스 해령과 히어로 파쇄대 교차지점의 해저지형은 확장축을 따라 폭 12- 15km, 깊이 1000-2200m의 중앙분지를 보이고, 세그먼트의 중앙부에 bulls eye 모양의 맨틀부우게 이상을 보이는 전형적인 저속도 확장 해령의 모습을 가지고 있다. MBA는 해저산과 그 주변에서 bulls eys 모양의 이상대를 나타내고, 파쇄대를 따라 높 은 이상값을 보인다. 이는 일반적인 해령에서 나타나는 지각의 두께를 반영한 것으로 세그먼트의 중심부에서 끝부분으로 가면서 그 두께가 얇아지는 것을 의미한다. 그러나 저속도 확장해령에서 나타나는 bulls eye 모양의 이상대가 매우 좁고, 그 기울기가 가 파른 것으로 보아 맨틀 용승으로 인한 영향보다 화산활동에 의해 생성된 해저산의 영 향이 많이 반영된 것으로 추측된다. 즉, 해령의 활동이 멈춘 후, 맨틀의 냉각효과가 반 영된 것으로 추정된다. V. 연구개발 결과의 활용계획 남극 해양생물자원 및 생태계 연구 대기 이산화탄소 증가에 따른 온실효과의 증대와 지구(해양) 표면온도의 상승이 일어나고 있다. 대기 이산화탄소 제거원으로서 남극과 북극을 포함하는 고위도해역, 특 히 북서 태평양과 남극 웨델해의 대기이산화탄소 흡수 가능성 지역으로 집중적인 연구 가 진행되고 있다. 성층권 오존층 파괴에 따른 자외선 투과량 증가로 인해 남극 해양생 태계의 파괴 가능성이 커지고 이로 인한 남극 해양생물자원과 생태계 변동에 대한 중 장기적인 모니터링이 필요하다. 화석연료의 사용으로 매년 대기로 방출되는 이산화탄소 의 총량 중 약 40% 가량이 해양으로 흡수되는 것으로 추정된다. 그러나 이러한 모든 추정값은 실제 관측값에 근거한 결과가 아니며 컴퓨터로 재현한 수치모델의 계산결과 이다. 상당수의 수치모델과 관측자료, 해양표층수의 이산화탄소 분포와 탄산염 변화자 료는 해양이 대기 이산화탄소의 가장 주요한 흡수 지역임을 보여준다. 특히 남극 웨델 해, 극전선을 포함하는 해역은 가장 강력한 이산화탄소의 흡수해역으로 추정되고 있다. 이번 연구의 결과는 지구탄소순환과 관련된 남극 해양의 역할, 이산화탄소 흡수해역의 하나로 알려져 있는 남극 웨델해의 대기 이산화탄소 제거량과 제거과정, 웨델해 해양탄 소순환을 정량화 하는 기초자료로 사용될 수 있다. 최근 남극 해양 생태계는 지속적인 오존층 파괴에 의한 자외선 증가로 영향을 받고 있다. 오존층 파괴에 의한 자외선 증가 로 인해 남극 해양 생물들의 성장 환경이 변화하는 등 여러 가지 증후들이 남극 해양 생태계에 나타나고 있다. 오존층 파괴에 의한 자외선 증가는 전체 남극 해양 생태계를 유지하는 생물들의 유전적, 생리적인 변화를 야기 시켜 생산력, 생물량 및 종조성의 변 화를 가져와 전체 남극 해양 생태계를 변화시키고 있다. 앞으로 진행될 해양 생태계 변 화를 예측하기 위해 앞으로의 자료와 비교할 수 있는 기본 자료의 축적이 필요하다. 해 양 생물들은 오랜 기간 극한 환경에 적응하여 왔기 때문에 미세한 환경변화를 쉽게 감 지하고 감시하기 위한 생물학적 환경 변화 지표종으로 지속적인 표준 데이터로서 이용 될 수 있을 것이다. 극지 오존층 변동과 관련한 지구환경 변화 연구 극지 특유의 자연현상 관측으로부터 획득한 자료와 인공위성 측정 자료를 이용 하여 표준화 및 데이터베이스화를 통해 장기적으로 경향분석을 위한 체제를 구축하고 관련 연구에 응용 활용함으로써 지구 환경변화 예측 및 대책 수립에 이바지 할 수 있 을 것이다. 또한 기후학적, 생물학적 연구의 기본 자료로서, 오존층 파괴에 의한 지표 도달 자외선 복사량 증가에 따른 지상 생태계의 변화 이해 및 세종기지 주변에서 발생 가능한 기후변화 연구 파악에 충분히 활용할 수 있을 것이다. 고층대기의 온도결과는 지표의 온난화 현상과 정반대의 냉각화가 진행되고 있으며 고층대기환경의 장기적인 관측 및 분석은 우리 나라를 비롯한 전 지구적인 기후 변화를 분석, 예측하는데 활용될 수 있을 것이라 생각된다. 남 쉐틀랜드 군도 북부 대륙붕 퇴적물의 점토광물의 성인을 이해함으로서 아남 극권에서 고기후 변동의 증거를 위한 프록시 개발과 남극 세종기지 주변에 분포하는 토양 중의 화학적 풍화작용의 증거로 활용할 수 있다. 브랜스필드 해협의 연구 코아 퇴적물 GC 98- 08에서 산출된 sea- ice종들과 Nitzschia kerguelensis의 수직분포를 비교해 볼 때 퇴적당시 6차례 이상의 고기후 변 화가 있었음을 알 수 있으며, 근해종과 sea-ice종들이 우세하게 산출되는 것으로 보아 연구지역의 규조 미화석의 퇴적환경은 웨델해의 계절적 sea- ice extent의 변화에 영향 을 받은 근해환경에서 퇴적되었음을 알 수 있다. 흔히 하계동안의 남극 피요르드 부유물질의 분포는 조수빙하로부터 기원하는 융설수의 양에 의해 결정되지만 경우에 따라서는 조석과 유빙의 분포, 풍향에 의해 조 절될 수 있다. 남극광물자원 확보를 위한 환경특성 연구 남 쉐틀랜드 해구-열도 시스템의 지질 및 지체구조 연구를 통해 활동성 대륙 주변부에서의 퇴적 분지의 형성, 발달 및 진화와 그에 따른 화성, 변성 및 광화작용 등 을 규명한다면. 이는 서남극의 지질 진화 규명에 중요한 역할을 하며, 이 지역에서의 광 물자원 확보를 위한 기본 자료로서 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 서 퇴적광상의 탐사에 지침을 마련할 수 있으며, 해저 광물자원의 분포 및 양을 결정하는 중요한 지침이 될 수 있다. 화성활동에 관한 연구는 열수광상을 비롯한 화성기원의 광상에 대한 배태장소와 조건 을 규정할 수 있는 아주 중요한 지침이 되어 광물자원 파악에 필수적인 조건이다. 또한 남극반도 북부의 지질 및 지체구조의 이해는 나아가 남극반도 동부의 웨델해 지역이나 남극반도 남부에 대한 광물자원 확보를 위한 연구 범위의 확대에 기본자료로서 유용하 게 활용될 수 있다.

Abstract ▼

I. Title The studies on natural environment and conservation of polar region II. Significance and Objectives of the study Studies on Antarctic Marine Living Resources and Ecosystem Antarctic marine living resource and ecosystem have been threatened by environmental changes such as ozone depleti

I. Title The studies on natural environment and conservation of polar region II. Significance and Objectives of the study Studies on Antarctic Marine Living Resources and Ecosystem Antarctic marine living resource and ecosystem have been threatened by environmental changes such as ozone depletion, global warming, and anthrophogenic pollution. Antarctic marine organisms can be used as important biological parameters to detect and monitor the environmental change. Antarctic marine organisms have been adapted in low light and temperature. Thus small-scale changes in their environment such as UV radiation and temperature can result in affecting their community structure. Especially, microalgae are major primary producer to sustain Antarctic marine ecosystem, thus their change means change of whole marine ecosystem. To understand the response of marine ecosystem to Antarctic environmental changes such as Ozone depletion and global warming it is necessary to determine the extent to which ecological variations are driven by environmental fluctuations. As a first step in investigating the response of marine ecosystems to environmental change we need to characterize the variability spectrum of the environment. Any long- term environmental change may be resolved with investigation of suitable time series for determining the natural variability of the marine ecosystem. The objectives of the study were to understand biological response to environmental changes, to develope standardized representative natural and biological parameters, to find indicator species to be used as biological indicators of environmental changes near King Sejong Station, Antarctica, to understand the role of the Antarctic Polar Front and the Weddell Sea as a global carbon sink, to understand the sea-air CO2 exchange processes, and to quantify the amount of CO2 gases exchanged across the air- sea interface in the Antarctic Ocean. A Study on Variations of the Stratospheric Ozone and Earth Environment in Antarctica The depletion of the stratospheric ozone causes harmful UV radiation to reach the Earth"s surface by penetrating the ozone layer. The increase of UV radiation results in a serious harmful effect on human as well as on ecosystem. Because the ozone hole over the Antarctic is gradually expanded and deepened, it is necessary to perform continuous monitoring of the variation of ozone amount and to understand the resultant UV variation that could bring harmful effects to ecosystem on the Earth. In addition, the precipitation of high energy particles is frequent due to the configuration of geomagnetic field in polar region, which in turn yields sudden changes in the upper atmospheric environment. When the upper atmosphere is disturbed, especially after the solar flare events, communication problem may occur and satellites are likely to change their orbits which result in the reduce of lifetime. In this study, we hope to understand atmospheric environmental change in Antarctica by observing and analyzing basic atmospheric elements (stratospheric ozone, UV, upper atmospheric temperatures). Area around the King Sejong station lying in subpolar climate regime is a zone which is sensitive to climatic fluctuations during the late Holocene period and is so best place for understanding the paleoclimate. Due to the absence of clacreous mocrofossils in Antarctic marine sediments, diatoms in the Antarctic sediments can be used for a proxy for paleoceanography and paleoclimatic study. In order to eliminate paleoclimate fluctuation, it is necessary to study a physico- chemical weathering processes in the Antarctic marine sediments through the understanding of the origin of clay minerals in core sediments. The dispersal pattern of turbid meltwater during the austral summer derived from the tidewater glacier may help to understand glaciomarine sedimentation processes in the ice-proximal areas as well as infer the advance and retreat of the ice fronts. The purpose of this study is to understand the origin of clay mineral in the Antarctic marine sediments, the paleontology from diatom assemblages through a core sediment collected from the eastern Bransfield Strait, and to monitor the dispersal pattern of SPM (suspended particulate matter) at Marian Cove. Geological Evolution and Processes of Antarctica The characteristics of the distribution of mineral resources are closely related to tectonic environment. So, It is unable to carry out mineral exploration without understanding of tectonics. Northern Antarctic Peninsula region has formed the Arc- Trench system since late Paleozoic. The system is characterized by the subduction of oceanic plate beneath the Antarctic Peninsula, Cenozoic South Shetland Arc, Mesozoic separation of Gondwanaland and collision of mid-oceanic ridge with trench. The region, therefore, provides an excellent opportunity for studying geologic processes and tectonic evolution in active plate margin. This study aims at verifying geological evolution and tectonics of the South Shetland Arc- Trench system in Northern Antarctic Peninsula region since late Paleozoic. III. Contents and Scope of the study Studies on Antarctic Marine Living Resources and Ecosystem To understand biological response to environmental changes, to develope standardized representative natural and biological parameters, and to find indicator species to be used as biological indicators of environmental changes around the South Shetland Islands, Antarctica, the following contents were studied. - Particle flux in the eastern Bransfield Strait, Antarctica - Distribution of nutrients and phytoplankton biomass in the area around the South Shetland Island, Antarctica - Analysis of currents and density time-series observed in and near the eastern mouth of the Bransfield Strait, Antarctica - Preliminary study of diatom flux in the eastern Bransfield Strait, Antarctica - Effects of ozone depletion on Antarctic marine phytoplankton - Primary production, new and regenerated production and factors affecting them in the Antarctic - Changes of surface pCO2 and nutrients across the Antarctic Polar Front along the Drake Passage - Molecular Phylogeny and Biogeography of Brown algae and Epiphytic Red algae on the Antarctic Coast - Seasonal variations in compositions and fluxes of metals in settling particles at a subtidal benthic environment of the Marian Cove, King George Island, Antarctica A Study on Variations of the Stratospheric Ozone and Earth Environment in Antarctica 1) This study showed time series of total ozone amount, horizontal global solar radiation, surface UV radiation, and erythemal UV-B radiation over King Sejong station in West Antarctica during the period of 1995 1999, as well as the gravity wave characteristics from the analysis of measured upper atmospheric temperature variation. - Variations of total ozone and solar ultraviolet radiation over King Sejong station in West Antarctica - Analysis of climate change and upper atmosphere has been performed using observed data at King Sejong station. - Observation lower thermospheric/upper mesospheric temperatures using a Fourier transform IR spectrometer to retrieve wave characteristics. 2) Mineral composition and chemistry of the clay minerals in the three cores from the continental shelves of South Shetland Islands (NCS 09) and Anvers Island (GC 98-2), and from the fjord of King George Island (A10-01) were determined by X- ray diffraction and electron microprobe analysis in search of the distributions and origin of the clay minerals in the Antarctic marine sediments. 3) Time-series CTDT (Conductivity/Temperature/Depth/Transmissivity) were obtained at one point near tidewater glacier of Marian Cove (King George Islands, Antarctica) to present water column properties and SPM (suspended particulate matter) dispersal pattern in relation with tide, current, meteorological data, and SPM concentration. 4) Understanding of occurrence and distribution of fossil diatom in sediment core GC 98-08 from Bransfield Strait and its paleoceanographic implications. Geological Evolution and Processes of Antarctica In order to understand characteristics of tectonic evolution in Northern Antarctic Peninsula and mineral resources in South Shetland Islands, the following topics have been studied during 2000. - Sedimentation of Sejong Formation in Barton Peninsula, King George Island - Hydrothermal alteration in Barton Peninsula, King George Island - Ostracod fauna from the bottom sediments of the sea- adjacent to the King Sejong Station - Intrusive rocks and ore mineralization in Hurd Peninsula, Livingston Island - Depositional processes of conglomerate in the southern Patagonia, South America - Bones and Fossil Bones in the southern Patagonia, South America - Gravity and bathymetric of the Antarctic- Phoenix Ridge and Hero Fracture Zone intersection, Drake Passage IV. Results of the study Studies on Antarctic Marine Living Resources and Ecosystem 1) Time-series sediment trap was deployed at 1000 m water depth in the eastern Bransfield Strait from December 25, 1998 to December 24, 1999. About 99% of total particle flux was concentrated on the austral summer and fall (January, February, and March). An annual particle flux was 49.2 g m-2. Biogenic materials including biogenic silica, organic matter, and carbonate accounted for about 68 % of total particle flux. Biogenic silica was the most dominant (47 % of the total flux) in these components. The next most important biogenic component was organic matter, comprising 20 % of the total flux. Calcium carbonate contributed a small fraction of the total flux, only 1 %. An annual organic carbon flux was measured to be 4.2 gC m-2 at 1000 m water depth. Primary productivity was estimated to be 21.6 gC m-2 yr-1 at the sediment trap site in January 2000. Therefore, about 19.4 % of the surface water production of organic carbon sinks below 1000 m water depth. 2) Temperature, salinity, nutrients, chlorophyll- a, and primary production were measured from the surface to 200 m water depth in the area around the South Shetland Islands in January, 2000. The study area was classified as four geographical zones based on the characteristic shape of the T/S diagrams; Drake Passage, Bransfield Strait, mixed zone, and Weddell Sea. Each geographical zone showed distinct physical, chemical, and biological characteristics. Phytoplankton biomass and primary production were relatively low in the Drake Passage and Weddell Sea, and high in the Bransfield Strait and mixed zone. The low phytoplankton biomass and primary production in the Drake Passage seemed to be ascribed to the low concentration of available iron that are controlling phytoplankton growth. The low phytoplankton biomass and primary production in the Weddell Sea were likely due to the low temperature and the deep mixed depth up to 200 m. The high phytoplankton biomass and primary production in the Bransfield Strait and mixed zone appeared to be sustained by the relatively high iron concentration and the stable water column. 3) The current- meter 12444 moored at the depth of 1050 dBar at station E (Hereafter, the station name and serial number of a current- meter will be expresses together. As an example, the current- meter is expressed as E12444.) successfully recorded the time-series during the mooring period of approximately one year. The water-depth at the station E is 2134 m and station"s location is 61 o 54. 770 " S, 54 o 59. 097 " W . Another mooring station K has water- depth of 1980 m, and located at 62 o 15. 227 " S, 57 o 59. 097 " W . We can identify four groups of estimated spectral density of temperature recorded in E12444. (a) The lowest frequency range includes lunar fortnightly tidal component ( M f) with the background of pink spectra which is a characteristic of geophysical data. (b) The group for diurnal frequency was dominated by main lunar component- tide O 1 and the sum of two component-tide, i.e., main solar ( P 1) and soli- lunar ( K 1). The sum can not be separated in data spans approximately one year. (c) In the group for semi-diurnal frequency, the contribution by main lunar component- tide ( M 2) is stronger than that by the unseparable sum of main solar ( S 2) and soli-lunar 성분( K 2) component- tides. Contribution by elliptic lunar component-tide ( N 2) is not appeared significantly. (d) There is a group in high frequencies representing more oscillations than four time a day, which can not be identified physically. 4) Time-series sediment trap was deployed in the eastern Bransfield Strait (61 45.770 S. 54 59.097 W) from December 25, 1998 to December 24, 1999. The diatom flux to 1,018 m of water depth was concentrated from January to March (115- 3320 million cells m-2 d-1). M inidiscus chilensis (35- 76 %) and Fragilariopsis cylindrus (7- 24 %) were abundant species during January and Pseudo-nitzschia spp. (44- 73 %) and Thalassiosira sp. (11- 19 %) were abundant species during February. Maxinum diatom flux was observed from 23 February to 5 March 1999 and abundant species was Pseudo- nitzschia spp (73 %). 5) The Antarctic ecosystem has been affected by continuous ozone depletion. Increase of UV radiation due to the ozone depletion in the Antarctic has changed growth environments of the marine organisms, resulting in various effects on the Antarctic marine ecosystem wether adverse or not. Especially, fast growing primary producers, phytoplankton which use solar light as energy source are the most sensitively affected organisms against the UV increase. The UV radiation increase causes to change the whole Antarctic marine ecosystem because the productivity, biomass, and species composition of phytoplankton which are the major carbon producers for sustaining the ecosystem have been changed by genetic and physiological changes of phytoplankton cells. It is necessary to accumulate baseline data which will be compared with the future data to estimate the degree of changes in the marine ecosystem. Phytoplankton which have been adapted for a long time in the extreme environment can be used as continuos standard data and biological indicator to detect and monitor the environmental changes. We have reviewed recent research papers about effects of ozone depletion on Antarctic marine phytoplankton. 6) During the 13th KARP(1999- 2000 Korean Antarctic Research Program), the effect of iron availability and UV irradiation on phytoplankton productivity, and the variation of primary production, new and regenerated production were estimated with changes in environmental conditions. Chlorophyll a specific light absorption (a*ph) showed between 0.0006 0.019 m2 chl mg-1, and contributed mostly to the light absorption in the water column. The vertical distributions of phytoplankton biomass and light absorption coefficient showed maxima where the effect of UV irradiation decreased. Also, FRI(fluorescence response index) values were high at the same depth as the biomass and and light absorption maxima. However, the causal relationship between the UV and phytoplankton physiology needs further investigation. The effect of iron availability showed that iron appears to be the limiting factor for phytoplankton bloom even though the effect was not strong. The effect of UV irradiation on phytoplankton showed that UV irradiated groups showed lower FRI values that the untreated control. Depth integrated daily primary productivity values ranged 121.4 - 340.8 C m-2 day-1, and chlorophyll normalized primary productivity ranged 0.003 1.02 mgC mg Chl a-1 hr-1. New production was 1.36 mg N m-2 h-1 2.52 mg N m-2 h-1, and regenerated production 1.79 mg N m-2 h-1 7.92 mg N m-2 h-1. The f-ratio, which is the portion of new production from primary production, ranged between 0.115 and 0.818(mean = 0.37 0.17). This indicates that 37% of primary production is maintained by nitrate supplied by vertical diffusion, and the rest 63% is supported by ammonia which is recycled within the euphotic depth. C:N productivity ratio showed 1.11 4.12 (mean=2.83 1.18), which is only 40% of the conventional Redfield ratio of 6.7. The reason for this anomaly is thought to be due to the sufficient supply of nitrate in the water column from below which accelerates the nitrate assimilation system of the phytoplankton compared the carbon assimilation mechanism. 7) Continuous determination of oceanic carbonate parameters was carried out across the Antarctic Polar Front in the Drake Passage during the 1998-1999 austral summer. A flowing pCO2 system and an automated TA titration system from University of Miami, USA, were installed onboard of the R/V Yuzhmorgeologyia for measuring carbonate parameters such as pCO2, pH, TA, and TCO2. Sea surface pCO2 was automatically measured every 2 minute by the flowing pCO2 system, and TA values were determined every hour with the TA titration system. Water samples were also collected every hour to follow the changes in nutrients and chlorophyll concentrations along the cruise survey lines. Sea surface temperature and salinity fluctuated greatly across the Polar Front. Strong variations were also observed in nutrient concentrations across the front. Silicate concentrations significantly increased traversing the frontal zone as well as nitrate and phosphate concentrations toward the south. Higher surface pCO2 values were observed along most of the cruise tracks. Lower surface pCO2 values were found at frontal zone only in early December 1998, while atmospheric pCO2 showed relatively constant values (ca 360 ppmv). The lower surface pCO2 found at frontal zone and the decreasing trend coinciding with temperature and nutrients changes suggested that the Polar Front may behave as an active carbon sink at least during the study cruise periods. 8) In order to understand molecular relationships of brown algae from Antarctic with reference to the kelp family Lessonicaeae, the sequences of the plastid-encoded Rubisco spacer region were analyzed. Complete Rubisco spacer sequences of ten species including three Antarctic members, Lessonia flavicans, Desmarestia sp., and Adenocystis utricularis, were for the first time determined in this study. Twenty-five terminal taxa belonging to 6 orders and 18 genera were included for the phylogenetic analyses, using Ectocarpus siliculosus as outgroup. Comparative descriptions and analyses of the 25 sequences including 15 published data are based on 657 bp of the Rubisco spacer region. The length of the Rubisco spacer varied from 147 to 282 bp. The 3"- end of rbcL gene that was amplified was 243 bp in length, and that of the 5"-end of rbcS gene was 110 bp. Of the 657 bp, which were used in phylogenetic analysis, 218 nucleotide positions (32.3%) were parsimony-informative. Our maximum parsimony, neighbor-joining, and maximum likelyhood analyses indicate that the Lessoniaceae is grouped into two clades; 1) Lessonia clade and 2) Macrocystis clade. The Lessonia clade includes three Lessonia species with a well support (bootstrap value = 98 to 100%). This clade is not consistent with the concept of the traditional tribe Lessonieae, consisting of Lessonia, Dictyoneurum, Nereocystis, and Postelsia. The Macrocystis clade includes Macrocystis, Postelsia, and Pelagophycus with a well bootstrap support (92 to 99%). It is unexpected that Lessonia flavicans is included in the Macrocystis clade, that needs reappraisal of the Antarctic species. The Macrocystis clade is similar to the tribe Macrocystieae with the absence of Nereocystis and Postelsia. On the other hand, a desmarestialean Desmarestia sp. is basal to the fucalean group and a dictyosiphonalean Adenocystis utricularis is far related to other groups. Additional sampling is required to test the monophyly of this tall, morphologically diverse family Lessonicaceae before a systematic revision can be formalized. 9) Fluxes of particulate and metal components have been investigated from a subtidal benthic environment of the Marian Cove, King Geroge Island, Antarctica. Sediment traps were deployed at 30m water depth over the period from 28th February 1988 to 22nd January 2000. The contents of total particles and metals were measured from the samples collected monthly by SCUBA divers from the deployed installments. Total particulate flux showed a distinct seasonal variation, high in austral summer and low in winter: it was the highest (21.97 g m-2d- 1) in February of 1999 and the lowest (2.47 g m-2d- 1) in September of 1998 when the sea- ice was in strong standing over the study area for about 50 days. On the average over the study period, lithogenic particles took 90% of the total particles. Strong linear negative correlation between the lithogenic particle flux and the thickness of snow accumulation suggests the origin of particles from the meltwater of the terrains surrounding the study area. Particulate fluxes of Al, Ti, Fe, Mn, Co, Ni, Cr, Pb, Zn, Cd, and Cu showed seasonal variations similar to the total particulate flux with their average fluxes over the study period being 34000, 9000, 960, 180, 3.0, 2.1, 5.4, 1.5, 13.8, 0.02, 17.6 nmol m- 2d-1, respectively. Flux of Cd was related to those of biogenic components while the flux of Cu to that of the lithogenic. Among these correlations, the Cu and Cd were most noticeable. Very high Cu content in the surrounding terrains suggests that Cu would have been transported from the land with meltwater and settled as lithogenic particles. Cd, having the vertical concentration profile in the water column similar to those of nutrients, would have been assimilated to organisms and settled as biogenic particles. A Study on Variations of the Stratospheric Ozone and Earth Environment in Antarctica 1) There were distinct seasonal variations of total ozone amount, horizontal global solar radiation, surface UV radiation, and erythemal UV-B radiation in this period (1995 1999). Total ozone was decreased about 11.3%/decade, but erythemal UV-B radiation was increased about 7.5% for the period of 1979 1999. Erythemal UV-B radiation increased about 1.3%, 1.6% and 1.6% when solar zentith angles were 60 , 70 and 80 , respectively, with being decreased 1% of total ozone for 5 years. Damaging UV radiation measured by Brewer was mostly similar to the value obtained from UV-Biometer, and there was high correlation (R2=0.84) between two values. For an austral summer period, value of UV-Index was analyzed as 4.4, that is, it means that our skin exposed directly to the sunshine aroun noon time at King Sejong station can be appeared some erythema within about 30 minutes. 2) A IR spectrometer was used to measure temperatures and intensities of upper mesosphere by observing the hydroxyl (OH) emission. These results provide information on the gravity waves in the upper mesosphere/lower thermosphere where most waves from below break. The spectral analysis revealed various gravity waves with periods ranging from 2 to 9 hours. Continuous measurements of OH intensity and the temperature over a year or longer are expected to reveal the detailed structure of atmospheric waves and their effects on the dynamical/thermodynamical characteristics of the upper atmosphere. 3) The (Fe, K)-rich smectite of NCS 09 must have been derived from relatively young basaltic volcanics altered by reaction with seawater near South Shetland Islands by glacial erosion or eolian process related to volcanic eruption. GC 98-2 nearer to Antarctic continent is very low in smectite content. In A10-01, the lower diamicton was deposited from the glacial erosion of smectite- free ancient volcanics in the interior of King George Island, while the upper section was derived from the smectite- bearing terrestrial debris and eolian materials after retreat of glaciers in Marian Cove and ice cover in Barton Peninsula. 4) Surface water mixed with input meltwaters from land glacier, waterfalls, and beaches depends upon the properties and amount of input sources. The power spectra for the current at the depth of Maxwell Bay water show that there exists period large than the semi- diurnal period, with lesser peaks. 5) The occurrence pattern of the sea-ice taxa and Nitzschia kerguelensis is inversely and the decrease of Nitzschia kerguelensis and the progressive increase of sea- ice taxa indicate a cooling event during the sedimentation periods. Therefore, the core sediments were deposited under the neritic environment influenced by the seasonally change of sea- ice coverages related to cold waters from the western Weddell Sea into Bransfield Strait. Geological Evolution and Processes of Antarctica 1) The Sejong Formation is lower volcaniclastic sedimentary rock sequence, and distributed along south and southeast cliff of the Barton Peninsula. The Sejong Formation is divided into five sedimentary facies - disorganized matrix- supported conglomerate (facies A), disorganized clast- supported conglomerate (facies B), thin- bedded clast-supported conglomerate (facies C), thinly stratified sandstone (facies D), lapilli tuff (facies E)- from sedimentary textures, primary sedimentary structures and bed geometries. Sedimentay processes of each facies are interpreted as gravel-bearing mudflows or muddy debris flow for facies A, cohesionless debris flow for facies B, unconfined or poorly confined hyperconcentrated flows or sheetfloods for facies C, subordinate bedload traction for facies D, and pyroclastic debris flow for lapilli tuff (facies E). 2) Hydothermal alteration of Barton Peninsula was originated from mixing of magmatic water from parent magma of granitic rocks with meteoric water. The sequences of hydothermal alteration of Barton Peninsula is chloritization of amphiboles, sericitization of feldspars and kaolitization of sericite. 3) The ostracod fauna of the sejong station are characterized by the low species diversity and the high dominance of one or two species, demonstrating that the study area is a cold shallow bay environment which many environmental factors, such as water temperature, salinity, etc., severely fluctuate. 4) The result of the K- Ar age of Hesperides Point Intrusion of Hurd Peninsula, Livingston Island are coincidence to the evidence of field record. According to K- Ar age, The order of intrusion is gabbro (88Ma and 85Ma), diorite (73Ma and 67Ma), quartz diorite (67Ma and 64Ma) and dykes(49 51Ma). The K- Ar age of altered sandstone in quartz veins are 50Ma and 62Ma. Those ages are thermally-reset age caused by intrusion of the Hesperides Point Intrusion. 5) The Lago Sofia conglomerate lenses in the Cretaceous Cerro Toro Formation, southern Chile, are deposits of one of the largest ancient submarine channels developed along an elongate foredeep basin. The tributaries are mostly filled by mass-flow deposits (massive to variably graded conglomerates), probably affected by channel bank failures or basin- marginal slope-instability processes, whereas the trunk channel contains abundant stratified and cross- stratified conglomerates suggestive of prolonged tractive processes. This difference resulted distinct sets of lithofacies and architectural element compositions between the tributaries and the trunk channel. 6) Bones and fossil bones are good evidences of the ecology and taphonomic changes in which physical attacks of predators and various post- mortem changes of the animals, and physio- chemical changes of bones during fossilization were recognized. Bones of one species or various species of animals are sometimes mixed and congregated in the consequence of a severe drought in combination with a heavy flooding as well as in a tar pit or a sinkhole in limestone land. Relatively intact skeletons would be occurred in consequence of the sudden death due to a rapid burial with dusts or volcanic ashes, and intoxication with poisonous gas, and deposition in anoxic spots. Guanaco (Lama guanicoe) living in the southern Patagonia, South America, are under the same post- mortem changes as other vertebrates. However, for the taphonomical interpretation of guanaco skeletons and bones, we should pay attention to the activities of saber- toothed cat (Smilodon spp). 7) Antarctic-Phoenix Ridge(APR) and Hero Fracture Zone(HFZ) intersection area appear the median valley with 12-15km wide, 1000-2200m deep and the bull"s eye Mantle Bouguer Anomaly(MBA) in the center of segment, which is the typical feature of the slow- spreading ridge. The center of segment show a characteristic "bull"s eye" pattern with MBA lows and the HFZ appears the positive anomalies. This characteristic pattern means the crustal- thickness variations - thicker crust beneath the middle of segment and thinner crust toward the distal ends. But the along- axis MBA gradient at APR is larger than at slow-spreading ridge and the bull"s eye anomalies" zone is narrower. Therefore, we suggest that MBA reflects the effect of the volcanic cone more than the thermal effect by mantle upwelling; after the extinction of the ridge, reflects the effect of the mantle cooling. V. Further application of the study Studies on Antarctic Marine Living Resources and Ecosystem There is increasing evidence of climate changes in the Antarctic, especially elevated temperature with global warming and ultraviolet B (UV-B) flux within the ozone "hole." Its origins are debatable, but the effects on ice recession, water availability, and summer growth conditions are demonstrable. Light-dependent, temperature-sensitive, fast- growing organisms respond to these physical and biogeochemical changes. Antarctic marine organisms, which are pioneer endemic species and important carbon contributors in the Antarctic waters, are highly suitable biological indicators of such changes. The physical changes in climate, although significant in the long term, are gradual. The changes can be therefore amplified experimentally. Local environmental warming and increased UV- B radiation during ozone depletion may have profound effects on the marine organisms in the Antarctic waters. To demonstrate biological response to change, standardized representative natural and biological parameters are needed so that replicate samples (including controls) can be taken over extended periods of time. Throughout the study, we expect to understand environmental changes in the Antarctic and the effects on marine organisms and to find indicator species to be used as biological indicators of environmental changes in the Antarctic. A Study on Variations of the Stratospheric Ozone and Earth Environment in Antarctica For the purpose of the study on stratospheric and upper atmospheric environmental monitoring in Antarctica, it is necessary to standardize and to make database of research results so as to be compared with data acquired in other areas continuously. It is also useful to exchange data and related information globally, which will provide necessary contribution in predicting the variation of ozone layer and upper atmospheric environment and in preparing necessary steps. In addition, a long-term observation and data analyses of the atmospheric parameters will contribute to understand and predict the future climate change and variation of ecosystem in polar region. Understanding of the origin of clay minerals in the shelf sediments off the South Shetland Islands helps to derive a paleoclimatic proxy which can be used for the evidence for the paleoclimatic change around this region. The occurrence pattern of the sea- ice taxa and Nitzschia kerguelensis is inversely and the decrease of Nitzschia kerguelensis and the progressive increase of sea- ice taxa indicate a cooling event during the sedimentation periods. Therefore, the core sediments were deposited under the neritic environment influenced by the seasonally change of sea- ice coverages related to cold waters from the western Weddell Sea into Bransfield Strait. In general, the dispersal pattern of SPM in the Antarctic fjords during the austral summer is controlled by the amount of turbid meltwater derived from the tidewater glacier. Geological Evolution and Processes of Antarctica Through the investigation of geology and tectonics of the South Shetland trench- arc system, geologic and tectonic evolutions of West Antarctica may be established by the understanding of the formation and evolution of sedimentary basin and related igneous activity, metamorphism and mineralization around active continental margin. Understanding of sedimentary basin formation and sedimentation during geologic period is important to explore of sedimentary ore deposits and determine the distribution and abundance of submarine mineral resources. Studies of igneous activity has major role in exploration of Igneous ore deposit including hydrothermal ore deposit. It is necessary to acquire the basic geologic data from the northern area of Antarctic Peninsula for recognizing the mineral resources of this area. Furthermore, these data may be useful to expend the research area to the eastern (Wedell Sea) and southern areas of Antarctic Peninsula.

목차 Contents

• 제 1 장 남극 해양생물자원 및 생태계 연구...55
• 제 1 절 남극 동브랜스필드 해협에서의 입자 플럭스...56
• 제 2 절 남극 남쉐틀랜드군도 주변 해역의 영양염과 식물플랑크톤 생물량 분포...70
• 제 3 절 남극 브랜스필드 해협 인근해의 해류와 밀도 시계열자료의 분석...102
• 제 4 절 남극 동브랜스필드 해협의 규조의 플럭스에 대한 예비조사...166
• 제 5 절 오존층 파괴가 남극 식물플랑크톤에 미치는 영향...189
• 제 6 절 남극해역의 일차생산, 신생산 및 재생산과 이에 영향을 미치는 요인...224
• 제 7 절 남극 드레이크 해협 극전선의 pCO2와 영양염 분포...248
• 제 8 절 남극 해역의 갈조류와 부착 홍조류의 분자계통과 생물지리...278
• 제 9 절 남극 킹조지섬 마리안소만의 침강입자 플럭스와 금속성분 플럭스의 계절 변동...309
• 제 2 장 극지 오존층 변동과 관련한 지구환경 변화 연구...332
• 제 1 절 남극 세종기지에서의 오존전량과 자외선 복사량의 변동(II)...333
• 제 2 절 마이켈슨간섭계 관측결과를 이용한 중력파연구...371
• 제 3 절 전천카메라 시스템 구축 및 분석프로그램 개발...383
• 제 4 절 남 쉐틀랜드 해양퇴적물 내 스멕타이트의 특성과 기원...397
• 제 5 절 남극 마리안 소만에서 하계 바람 및 강우에 의한 수층 특성 변화와 부유 물질 분산...426
• 제 6 절 남극 브랜스필드 해협 코아퇴적물에서 산출된 규조류의 분포및 고환경 연구...452
• 제 3 장 남극광물 자원 확보를 위한 환경 특성 연구...477
• 제 1 절 킹조지섬 바톤반도에 분포하는 세종층 (Late Paleocene- Eocene)의 퇴적상과 퇴적작용...478
• 제 2 절 남극 남쉐틀랜드 군도 킹조지섬 바톤반도의 열수변질작용의 K- Ar 연령과 지구화학...499
• 제 3 절 남극 세종기지 주변 해저퇴적물에서 산출되는 개형충 군집에 대한 연구...524
• 제 4 절 리빙스톤섬 허드반도 헤스페리데스 포인트 관입암류와 광화작용의 시기...556
• 제 5 절 칠레 Lago Sofia 심해저 하도 역암의 퇴적기구...575
• 제 6 절 뼈와 화석뼈의 산출- 남아메리카 남부 파타고니아에 서식하는 와나코(Lama guanicoe)의 뼈와 화석뼈를 고려하며 ...589
• 제 7 절 남극- 피닉스 해령과 히어로 파쇄대 교차지역에 대한 중력 및 해저지형 연구...604