초록 ▼

최종 목표
■ 가속기 질량분석기(AMS) 설치 및 실용화
■ 가속기 질량분석기 응용 연구분야 개발
○ 700년 구간에 대한 연대보정곡선 제작
○ 서울을 비롯한 5대도시 및 전국 대기 중 화석연료기원 이산화탄소 농도 분포도 제작
○ 한반도 동해 및 서해 연안지역의 해양탄소저장고 연대측정
개발내용 및 결과
○ 1 MV AMS (HVEE) 장비 도입 및 설치
○ 시료 전처리 기술확립 및 실용화
○ 과거 대기 중 14C 농도 초정밀복원(AD 1250 - 1950)
○ 전국 대기 중

최종 목표
■ 가속기 질량분석기(AMS) 설치 및 실용화
■ 가속기 질량분석기 응용 연구분야 개발
○ 700년 구간에 대한 연대보정곡선 제작
○ 서울을 비롯한 5대도시 및 전국 대기 중 화석연료기원 이산화탄소 농도 분포도 제작
○ 한반도 동해 및 서해 연안지역의 해양탄소저장고 연대측정
개발내용 및 결과
○ 1 MV AMS (HVEE) 장비 도입 및 설치
○ 시료 전처리 기술확립 및 실용화
○ 과거 대기 중 14C 농도 초정밀복원(AD 1250 - 1950)
○ 전국 대기 중 화석연료 기원 이산화탄소 농도 측정 및 평가 기술 개발(전국 128곳 연간 변화량 추적 및 분포도 작성)
○ 탄산염 시료를 이용한 퇴적환경변화 연구를 통한 한반도 연안의 해양탄소저장고 연대비교 측정 (한반도 연안 57곳)
기대효과
○ 녹색성장 관련 기반 기술(대기 중 화석연료기원 CO₂ 모니터링) 이므로 기초데이터 국내생산 가능
○ 고기후 연구에 의한 미래 기후변화 예측에 기술적 파급효과
○ 우리 연구원 내부 뿐 아니라 KIST, 표준연구원 등에 시료전처리 장치제작 기술 전파
○ 연구원 내부 및 외부에 대한 지원분석 (장비의 공동활용 방법 면에 효율적인 모델제시)
적용분야
○ 지질학, 고고학, 해양학, 환경학, 생물학, 약학
○ 지구환경변화연구, 지구환경변화 대응 정책 수립 기초 데이터 생산
○ 신약개발 및 추적자 기술 개발
○ 녹색성장을 위한 바이오 테크놀로지 개발
○ 고미술 산업

Abstract ▼

In　2007, a1MV　AMS system for multi-element measurements was installed at the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM). Since 2008, the AMS system has been in normal operation for ultra-rare radioisotopes measurements such as ¹⁴C, ¹⁰Be and ²⁶Al. The

In　2007, a1MV　AMS system for multi-element measurements was installed at the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM). Since 2008, the AMS system has been in normal operation for ultra-rare radioisotopes measurements such as ¹⁴C, ¹⁰Be and ²⁶Al. The number of commercial samples has slowly increased each year: 534 samples in 2,008; 2,325 in 2,009, 844 in 2,010, 1,357 in 2,011, 1,356 in 2,012 and 2,093 in 2,013. However, the number of control samples(5,570) measured at KIGAM is 66% of commercial samples(8,455). An alpha-cellulose extraction method was established for wood samples that require precise measurement. Recently, this method was improved to enhance the alpha-cellulose purity. A 24-fold automatic reduction system developed at our laboratory has been used in routine work with good stability. To confirm the stability, the reduction yields are calculated accurately by weighing the Fe catalyst before and after the reduction for each sample. The average reduction yield was evaluated to be 98% from 2,010 to 2,013. Using the 24-fold automatic reduction system in routine analysis, our throughput is expected to be 3,000 ¹⁴C samples per year with a staff.
The 1MV AMS machine has been dedicated to study on paleoclimate change and the environmental study since its installation. Because possibility of regional age offset has been suggested by several previous studies, the consistency of the data set of IntCal04, which is used to calibrate radiocarbon ages in our laboratory, with data obtained from ¹⁴C in tree rings grown in the Korean peninsula has been examined in this study. Tree-ring samples were collected from the building materials of Korean historical wooden buildings. Remained historical records regarding the construction times of the buildings were referred. The ages of the tree-ring samples ranged from AD 1,250 to AD 1,950 were measured by dendrochronological method. After the samples were cut into single-year rings, alpha cellulose was extracted from each ring. Then, their annual ¹⁴C concentrations were measured by AMS. Accurate radiocarbon ages(yrBP) for 700 year time span were evaluated from the concentrations. The ages of the tree rings were compared with the IntCal04 calibration curve. The average deviation of ¹⁴C concentration was calculated to be -1.81‰. By the Fourier transform of the single-year variation of the concentration from AD 1,250 to AD 1,650, six major periodic compositions could be found. One of the compositions has a period of 10.9 years and it is thought to be related to a sunspot variation known as the Schwabe variation, which covers a period of 11 years.
It is thought that the offset of radiocarbon concentration in Korean atmosphere from IntCal data is due to strong influence of ¹⁴C-depleted CO₂ released from North Pacific Ocean during the summer season.
To obtain the regional distribution of fossil fuel originated CO₂ (fossil fuel CO₂) in the atmosphere, we collected batches of ginkgo (Ginkgo biloba Linnaeus) leaf samples from all around of Korean Peninsula including many major intersections of five metropolises of Korea (Seoul, Busan, Daegu, Daejeon, Gwangju) during a time span from 2,009 to 2,013. Regions where were expected to be fossil fuel CO₂ free were selected, namely Mt. Chiak, Mt. Kyeryong, Mt. Jiri, Anmyeon Island, and Jeju Island, as background areas against the contaminated area including metropolises.
Ginkgo leaf samples were collected from both contaminated and background areas at the same time. After the ginkgo leaf samples were pretreated, Δ¹⁴C values of the samples were measured and the fossil fuel CO₂ amounts were obtained. The average amount of fossil fuel CO₂ in Seoul is highest than that in any other sites.
The leaves from the Sajik Tunnel in Seoul recorded the highest fossil fuel CO₂ value, -112.3 ‰ (63.7 ppm in air) in 2,009 and -108.2 ‰ in 2,011, as the air flow of the surrounding neighborhood of the Sajik Tunnel was blocked. The distribution maps of the amount of fossil fuel CO₂ in the atmosphere in four metropolises(Seoul, Busan, Daegu and Daejeon) and △¹⁴C distribution maps from 2,009 to 2,013 were made with Geostatistical and Spatial analyst tools in ESRI’s ArcMap software. The variation of fossil originated CO₂ along year was found out for the first time in our country.
The marine reservoir effect was also measured by comparing the radiocarbon ages of shell and plant pairs obtained from the same horizons of the Holocene tidal flats and from the same horizons of shallow marine sediments from the western, southern and eastern coastal areas of Korean Peninsula including Yeongsan River and Maeho. These sediments seemed to be good indicators of this effect because they had formed in coastal environments where it was easy to access not only marine shells but also terrestrial plants. Moreover, some old detritus could be identified and removed based on reliable accumulation curves and sedimentological interpretation. Hence, the age differences between the plants and shells could be successfully evaluated, and they indicated that the marine reservoir effect had varied from -120 to 800 years along with the age. These variations were classified an increasement around 8,000 cal yrBP and a decreasement around 5,000 cal yrBP. They might be associated with coastal environment changes induced by the sea level changes and transportation of sediments.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 최종보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• S U M M A R Y ... 12
• CONTENTS ... 15
• 목 차 ... 16
• 그 림 목 차 ... 19
• 표 목 차 ... 25
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 27
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 27
• 1.1 연구의 목적 및 지금까지의 진행상황 ... 27
• 1.2. 가속기 질량분석법 응용분야 연구 진행상황 ... 28
• 제 2 절 연구개발 범위 ... 29
• 2.1. 가속기 질량분석기 운영 개선 ... 29
• 2.2. 연대보정곡선 제작 ... 30
• 2.3. 화석연료기원 이산화탄소 배출량 모니터링 연구 ... 31
• 2.4. 해양 탄소저장고 효과 연구 ... 31
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 33
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 36
• 제 1 절 가속기 질량분석기 운영 및 개선 ... 36
• 1.1. 가속기 질량분석기 운영 현황 ... 36
• 1.2. 환원수율 안정성 평가 ... 37
• 1.3. AMS에 의한 동위원소 비 측정 안정성 평가 ... 38
• 1.4. 제5회 및 6회 국제 비교측정 대회(The Fifth & Sixth International Radiocarbon Inter-comparison, VIRI & SIRI) 참가 ... 41
• 1.5. 실크시료 연대측정법 개발 ... 44
• 1.5.1 현대 실크의 물리/화학 전처리 ... 45
• 1.5.2 실크에 그려진 고화의 물리/화학 전처리 ... 51
• 1.5.3 실크시료의 환원실험 ... 55
• 1.5.4 실크의 연대측정 결과 ... 56
• 1.6. 금속활자 연대측정법 개발 ... 57
• 1.6.1 먹 시료 채취 ... 57
• 1.6.2 먹 시료의 연소/환원반응 및 연대측정 ... 61
• 1.7. Background 값 변화연구 ... 63
• 1.7.1 실내 온습도 영향 조사연구 ... 63
• 1.7.2 흑연 구조에 따른 백그라운드의 온도 의존성 변화연구 ... 67
• 제 2 절 연대보정곡선 제작 ... 71
• 2.1. 서론 ... 71
• 2.2. 시료 채취 ... 72
• 2.3. 연륜연대 측정 ... 74
• 2.4. AMS 측정을 위한 시료 준비 ... 75
• 2.5. 결과 및 토의 ... 76
• 2.6. 결론 ... 81
• 제 3 절 화석연료기원 이산화탄소 배출량 모니터링 연구 ... 83
• 3.1. 서론 ... 83
• 3.2. 시료의 선정 ... 86
• 3.3. 채취장소의 선택 및 시료채취 ... 88
• 3.4. 나뭇잎 시료의 전처리 ... 100
• 3.5. 측정결과 및 토의 ... 100
• 3.5.1 배경지역 ... 100
• 3.5.2 서울지역 ... 101
• 3.5.3 부산지역 ... 107
• 3.5.4 대구지역 ... 113
• 3.5.5 대전지역 ... 118
• 3.5.6 광주지역 ... 122
• 3.5.7 그 밖의 지역 ... 123
• 3.6. 결론 ... 129
• 제 4 절 해양 탄소저장고 효과 연구 ... 130
• 4.1. 서론 ... 130
• 4.2. 영산강 유역 ... 132
• 4.2.1 연구지역의 특성 - 영산강 유역 ... 132
• 4.2.2 분석 방법 ... 132
• 4.2.3 연대측정 결과 ... 134
• 4.2.4 토의 ... 138
• 4.2.5 결론 ... 141
• 4.3. 매호(주문진 부근) 유역 ... 142
• 4.3.1 연구지역의 특성 - 매호 유역 ... 142
• 4.3.2 분석 방법 ... 143
• 4.3.3 연대측정 결과 ... 145
• 4.3.4 결론 ... 150
• 4.4. 우리나라 연안의 해양 탄소저장고 연대 ... 150
• 4.4.1 연구 지역 및 시료채취 ... 150
• 4.4.2 시료 처리 및 연대측정 ... 162
• 4.4.3 연안 퇴적물 코어의 분석 ... 165
• 4.4.4 결론 ... 169
• 제 5 절 동아시아 AMS학회 주최 ... 170
• 제 4 장 연구개발수행 내용 및 결과 (위탁사업) ... 175
• 제 5 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 219
• 제 1 절 목표 달성도 ... 219
• 1. 연륜연대 측정 ... 219
• 2. 대도시 화석연료기원 이산화탄소 모니터링 ... 219
• 3. 해양 탄소저장고 효과 측정 ... 219
• 제 2 절 기여도 ... 220
• 1. 연륜연대 측정 ... 220
• 2. 대도시 화석연료기원 이산화탄소 모니터링 ... 220
• 3. 해양 탄소저장고 효과 측정 ... 220
• 제 6 장 연구개발결과의 활용계획 ... 221
• 제 1 절 AMS의 운영 및 측정지원 ... 221
• 제 2 절 연륜연대 측정 결과의 활용 ... 221
• 제 3 절 대도시 화석연료기원 이산화탄소 모니터링 기술의 활용 ... 222
• 제 4 절 해양 탄소저장고 효과 측정 결과의 활용 ... 222
• 제 7 장 참고문헌 ... 223
• Appendix I Data Book of Tree-Ring Measurement (AD 1211∼1950) ... 227
• Appendix II 4th Circular of EAAMS-5 ... 249
• 끝페이지 ... 264