보고서 정보
주관연구기관 |
한국해양과학기술원 Korea Institute of Ocean Science & Technology |
연구책임자 |
김영일
|
참여연구자 |
권지남
,
김창준
,
이병길
,
이승민
,
이준규
,
임수진
,
장영석
,
최기영
,
최문정
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2019-02 |
과제시작연도 |
2018 |
주관부처 |
해양수산부 Ministry of Oceans and Fisheries |
등록번호 |
TRKO202000007749 |
과제고유번호 |
1525008425 |
사업명 |
한국해양과학기술원운영지원(주요사업비) |
DB 구축일자 |
2020-07-29
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO202000007749 |
초록
▼
3. 주요 연구 결과
□ 울릉분지 표층생물 생산력 변화 조사
O 위성자료를 활용한 표층생물생산력 시계열 변화 파악
- 계산된 각 픽셀의 범위에 따른 계산값의 차이는 크지 않고, 시간에 따른 변화양상도 잘 일치하였음.
- 2010년 11월부터 2018년 8월까지 울릉분지 표층생물생산력은 226~5,006 mgC/m2/day
(평균 891 mgC/m2/day)의 범위로 계절에 따라 1자리수 이상 차이를 나타냄.
- 3월~4월의 봄철 Bloom 및 9월~10월
3. 주요 연구 결과
□ 울릉분지 표층생물 생산력 변화 조사
O 위성자료를 활용한 표층생물생산력 시계열 변화 파악
- 계산된 각 픽셀의 범위에 따른 계산값의 차이는 크지 않고, 시간에 따른 변화양상도 잘 일치하였음.
- 2010년 11월부터 2018년 8월까지 울릉분지 표층생물생산력은 226~5,006 mgC/m2/day
(평균 891 mgC/m2/day)의 범위로 계절에 따라 1자리수 이상 차이를 나타냄.
- 3월~4월의 봄철 Bloom 및 9월~10월의 가을철 Bloom시기에 타 시기에 비해 높은 생산력을 나타냄.
- 8년간의 장기 자료의 분석을 통해 동해 울릉분지 표층생물생산력의 시계열 변화가 나타났으며, 2014년을 기준으로 표층생물생산력의 증가가 발견됨
• 2011년 1월 1일 ~ 2013년 12월 31일 : 282~2,588 mgC/m2/day (평균 : 822 mgC/m2/day)
• 2014년 1월 1일 ~ 2016년 12월 31일 : 239~3,677 mgC/m2/day (평균 : 968 mgC/m2/day)
⇒ t-테스트 결과 2013년 이전에 비해 약 17% 표층생물생산력 증가함(n=276, 유의수준 0.05, P=0.007)
- 기후변화에 따른 동해 표층해양환경 변화에 기인한 것으로 사료되며, 추가 연구를 통해 표층생물생산력 증가원인 파악 및 정량적인 증가규모 파악 연구가 필요함
□ 울릉분지 침강 물질 특성 및 플럭스 조사
O 장기 시계열 울릉분지 침강물질 포집기 계류 시스템 운영
• 설치 위치 : 울릉분지의 북쪽 수심 2,357m 해역(37°38.057’N, 131°20.619’E)
• 장착 장비 : Sediment Trap(NGK SMD-26S Type) : 3개 수층(300m, 1,000m, 2,000m) Current Meter(RCM DW Type) : 2개 수층 (550m, 2,050m)
- 시료 수집 및 처리 현황
• 2016년 9월~2017년 3월 계류 : 시료수집 및 Total Massflux 계산완료
• 2017년 4월~2017년 9월 계류 : 시료수집 및 Total Massflux 계산완료
• 2017년 10월~2018년 3월 계류 : 시료수집 및 Total Massflux 계산완료
• 2018년 4월~2018년 9월 계류 : 시료수집 완료 및 현재 전처리 중
O 시계열 울릉분지 침강 Total Massflux 변화 파악
- 2010년 11월 10일~2018년 3월 30일까지 약 8년간의 동해 울릉분지 침강입자 플럭스는 2017년 4월부터 계류를 시작한 300m 수심을 제외하고 500m, 1,000m, 2,000m에서의 침강입자 플럭스의 시간에 따른 플럭스의 변화양상 및 플럭스의 크기가 유사하며 수심에 따른 플럭스 피크의 시간차이가 나타나지 않았음.
• 500m : 0.01~1.59g/m2/day(평균 0.38g/m2/day)
• 1,000m : 0.05~1.61g/m2/day(평균 0.38g/m2/day)
• 2,000m : 0.09~1.43g/m2/day(평균 0.42g/m2/day)
- 울릉분지는 표층에서 생물생산에 의해 생성된 입자가 수일 이내에 빠르게 해저퇴적물로 유입되는 것으로 사료됨
- 2014년을 기준으로 2011년~2013년에 비해 2014년 이후에 Total Massflux가 증가하고 있으며, 2017년부터 다시 감소하고 있는 경향을 보임.
• 특히 1,000m와 2000의 Sediment Trap에서 증가 경향이 현저함.
O 침강입자의 시계열 주요화학성분별 (Major Elements, 친생물원소, 금속성분 등) 농도 특성 및 기원 파악
- 울릉분지 침강물질의 유기물 농도 및 플럭스
• 침강입자의 유기탄소 농도 및 플럭스의 연간변화는 Total Massflux의 변화양상과 유사함
- 울릉분지 침강물질의 금속성분 농도 및 기원 분석
• 울릉분지로 심해로 유입되는 물질의 특성을 파악하기 위하여 침강입자 중의 주요 금속성분을 분석하고, Al 농도와 각 금속성분의 상관관계로부터 기원을 파악함
• 수심 500m에 계류된 침강입자 포집기에 의해 포집된 침강입자의 금속성분 중 Fe, Ti, Mn, V, Cr, Co 등은 모두 상관계수가 0.95 이상으로 대기를 통해 육상으로부터 유입된 육상지각 기원의 것으로 사료되며, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb 등은 육상의 인간활동 등에 의해 방출된 오염물질 기원의 것이 많이 포함되어 있는 것으로 사료됨.
• 수심 2,000m에 계류된 침강입자 포집기에 포집된 침강입자의 금속성분은 Mn을 제외하고 모두 500m에서 포집된 침강입자의 금속성분 기원과 동일하였음. Mn은 저층퇴적물에서 용출된 것이 재부유하여 다시 입자에 포집된 것들이 나타남
• 침강입자 형태로 심해로 유입되는 금속성분 중 Fe, V, Cr, Co 등은 모두 상관계수가 0.8 이상으로 대기를 통해 육상으로부터 유입된 육상지각 기원의 것으로 사료되며, Cu, Ni, As, Pb, Zn, Cd 등은 육상의 인간활동 등에 의해 방출된 오염물질 기원의 것이 많이 포함되어 있는 것으로 사료됨.
O 울릉분지 표층생물생산력과 침강 물질 플럭스와의 상관관계 파악
- Total Massflux의 변화 요인을 파악하기 위해 여러 가지 환경요소와의 비교분석
• Total Massflux가 증가하는 2014년부터 위성자료로부터 계산한 표층생물생산력이 증가함.
• Total Massflux가 증가하는 2014년부터 PDO(Pacific Decadal Oscillation)가 (+)값으로 바뀜
• 2014년 이후부터 침강입자 중의 생물기원 Opal 및 Lithogeinc Flux가 증가함
□ 울릉분지 POC(Particulate Organic Carbon) 수지 산정
O 천연방사성 핵종 234Th/238U비를 이용한 Export Flux 계산
- 수층의 234Th 농도분포
• 정점 M : 표층에서 낮고, M정점에서는 100m까지 증가한 후 200m까지 감소
• 정점 EC-Trap : 표층에서 낮고, M정점에서는 50m까지 증가한 후 200m까지 거의 일정
- Particulate Export Flux(신생산율) 산정
• 수층의 POC 농도는 아표층인 20m에서 가장 높음
• POC Export Flux는 표층에서 낮고 아표층인 20m에서 가장 높음
• 혼합층 수심 100m까지의 신생산(New Production)은 M에서 80.65mmolC/m2/day, EC-Trap에서 100.36mmolC/m2/day로 계산됨.
O 대기로부터 해양으로 유입되는 210Pb의 유입 플럭스 조사
- 대기로부터 울릉분지로 유입되는 210Pb 플럭스를 산정하기 위하여 해양에서 210Pb의 Mass-Balance를 계산함.
- 210Pb의 Mass-Balance를 계산하기 위한 입력자료
• 해수 중 226Ra 농도(Tsunogai and Harada, 1986) 및 210Pb 농도(서울대 EAST1자료) 인용
• 침강입자 및 퇴적물 중 210Pb 농도, Accumulation Rate (본 연구 자료)
- 정상상태로 가정하면 210Pb의 Mass-Balance는 다음의 식으로 계산됨
F Pb, Atm = F Pb, Trap - (λPbIRa - λPbIPb
λ : dacay constant (1/day) I : Inventory (dpm/cm2)
F Pb, Atm : Atmospheric Flux (dpm/cm2/year) λPbIRa : Ingrowth Flux (dpm/cm2/year)
F Pb, Trap : Settling Flux (dpm/cm2/year) λPbIPb : Decay Flux (dpm/cm2/year)
- 해양의 210Pb Mass-Balance를 이용하여 대기로부터 유입되는 210Pb의 유입플럭스는 1.41~1.55 dpm/cm2/year(38.63~42.47dpm/m2/day)로 계산됨
• 동해를 대상으로 대기로부터 유입되는 210Pb의 유입플럭스 계산은 처음으로 이루어진 것이며, 1996년 Tokieada 등이 일본에서 계산한 50dpm/m2/day와 유사함.
O 울릉분지 대륙사면 퇴적물의 퇴적속도 조사
- 울릉분지 퇴적물로 유입되는 유기물 중 수평이동에 의해 유입된 유기물의 기여율을 계산하기 위한 210Pb의 수지계산에서 울릉분지 대륙사면과 중앙부 퇴적물로의 Accumulation rate를 계산하기 위하여 대륙사면의 4개 정점 및 중앙부 1개 정점에서 주상퇴적물을 채취하여 분석함
- 울릉분지 대륙사면의 퇴적속도는 0.057~0.398cm/yr로 수심이 얕은 곳에서 빠르고 수심이 깊어질수록 늦어짐
- 수심이 가장 깊은 울릉분지 중앙부의 퇴적속도는 약 170년 전에 0.205cm/yr에서 0.057 cm/yr로 약 3.6배 늦어진 것으로 나타남
O 울릉분지 대륙사면 퇴적물의 Accumulation rate 계산
- 210Pb을 이용하여 계산된 울릉분지 대륙사면의 퇴적속도로부터 퇴적물의 Accumulation rate를 계산함
- 수심에 따른 퇴적속도 차이에 의해 퇴적물의 Accumulation rate 역시 연안에 가깝고 수심이 낮은 곳에서는 크고, 수심이 깊어질수록 작아짐
O 울릉분지 POC 수지 계산
- POC 수지를 계산하기 위한 입력자료
• Primary Productivity : 82~1,872 gC/m2/yr (VGPM)
• Particle Export Flux : 32~46 gC/m2/yr (234Th/238U)
• Bottom Flux : 25~2.7 gC/m2/yr (Sediment Trap)
• Sediment Burial Flux : 8.2 gC/m2/yr (210Pb Accumulation rate)
- 울릉분지 POC 수지계산 결과 표층의 생물생산에 의해 생성된 POC 중 약 10~14%가 유광층 아래의 심해로 공급됨(그림 3-2-3)
- 울릉분지 해저로 도달하는 POC는 표층에서 생산된 POC의 약 2.5%로 계산됨
- 한편 210Pb Flux의 수지에서 대기로부터 입력된 Flux와 침강입자에 의해 해저로 도달하는 Flux는 유사하는데 비해 해저로 매몰되는 Flux는 약 2배 정도 큼
- 따라서 울릉분지 해저 퇴적물로 매몰되는 POC의 Flux 중 절반은 상부 표층에서 만들어진 생물생산의 기원이 아닌 재부유된 퇴적물 등이 수평이동에 의해 유입된 것이 기여하고 있는 것으로 사료됨.
(출처 : 요약문 8p)
목차 Contents
- 표지 ... 1제 출 문 ... 2요 약 문 ... 4목차 ... 24표목차 ... 26그림목차 ... 27제1장 서 론 ... 30 제1절 서 론 ... 32 1. 동해의 자연환경 ... 32 제2절 동해 물질순환 연구의 중요성 ... 42제2장 울릉분지 표층 생물생산력 조사 ... 44 제1절 위성자료를 활용한 표층 생물 생산력의 시계열 변화 ... 46 1. 위성자료 수집 및 처리 ... 46 2. 울릉분지 시계열 표층 생물생산력 변화 ... 47제3장 동해 울릉분지 침강물질 특성 및 플럭스 변화 ... 50 제1절 장기 시계열 침강물질 포집기 계류 시스템 운영 ... 52 1. 설치 위치 ... 52 2. 시료 채집 및 처리 현황 ... 53 제2절 울릉분지 심해 유입물질 특성 및 플럭스 변화 조사 ... 55 1. 울릉분지 총입자 플럭스 변화 특성 ... 55 2. 침강입자의 주요성분 특성 및 기원 ... 59 3. 표층생물생산력과 침강물질 플럭스의 관계 ... 62제4장 동해 울릉분지 POC 수지 ... 64 제1절 천연방사성 핵종을 이용한 Export Flux 계산 ... 66 1. 시료 채취 및 분석 ... 66 2. Export Flux 계산 ... 67 제2절 대기로부터 해양으로 유입되는 210Pb 플럭스 ... 70 1. 대기입자 시료 채취 및 분석 ... 70 2. 울릉분지 210Pb 플럭스 수지 계산 ... 70 제3절 울릉분지 대륙사면 퇴적물 퇴적속도 ... 75 1. 퇴적물 시료 채취 및 분석 ... 75 2. 울릉분지 대륙사면 퇴적물 퇴적속도 계산 ... 75 제4절 울릉분지 POC 수지 ... 77 1. 울릉분지의 POC 수지 계산 ... 77참 고 문 헌 ... 80끝페이지 ... 91
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