1. 서 론
2. 연구 지역
3. 재료 및 방법
4. 연구 결과
침출 반응 단계별, 구성 성분별 입도 분포의 특성
입자 모드별 구성 입자의 종류
5. 토 의
오팔 성분 입도 분포 특성의 고해양학적 의미
탄산염 성분 입도 분포 특성의 고해양학적 의미
6. 결 론
1. 서 론
퇴적물의 입도 분포는 퇴적물의 기원과 퇴적 과정에 대한 다양한 정보를 제공한다. 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. 해양 퇴적물의 각 성분별 입도 분포는 퇴적물의 유기물, 탄산염, 오팔 성분 등을 단계적으로 침출 반응으로 제거해 가면서 각 침출 단계 전후 퇴적물의 입도 분포를 비교하여 파악할 수 있다. 해양 퇴적물의 쇄설성 성분의 입도 분포는 기후 변화에 의한 풍성 입자 퇴적 양상의 변화를 복원하는 데에 널리 이용되어 왔으며(Rea 1994), 특히 탄산염 성분의 입도 분포는 대서양에서 과거 해수의 탄산염 용해도 변화를 추적하는 데에 사용되었다(Frenz et al. 2005; Frenz and Henrich 2007).
동해의 심해 표층 퇴적물은 주로 실트 및 점토로 구성되어 있으며 수직적 침강, 표층 및 심층 해류에 의한 수평적 이동, 바람에 의한 이송 등 다양한 반원양성 및 원양성 퇴적 과정에 의해 공급된다(Chang et al. 2016). 바람에 의해 동해로 운반되는 중국 내륙 기원의 쇄설성 먼지 입자의 플럭스는 약 0.7–4.3 g/cm2/ky으로 북태평양 원양에서보다 약 30배 이상 높은 것으로 알려져 있다(Suzuki and Tsunogai 1988). 동해 심해 표층 퇴적물의 생물기원 성분은 주로 오팔로 이루어져 있으며, 울릉분지 심해 표층 퇴적물의 약 10–30%를 차지하는 것으로 알려져 있다(Hyun et al. 2007). 동해의 탄산염 보상 심도(Carbonate Compensation Depth, CCD)는 평균 1900 m 수심에 위치하며(Ujiie and Ichikura 1973), 탄산염 함량은 울릉분지 심해 표층 퇴적물에서 일반적으로 수 % 이하로 측정된다(Cha et al. 2007; Hyun et al. 2007). 생물기원 성분 중 유기 탄소 함량도 심해 표층에서 대개 약 1% 내외로 낮다(Chough et al. 2000).
동해 퇴적물의 구성 성분 함량은 후기 제 4기 기후 변화에 의해 매우 큰 변화를 겪어왔다. 오팔 함량의 경우 해양 산소 동위원소 시기(Marine Oxygen Isotope Stages, MIS) 1, 5.5 등의 간빙기에 약 12%로 최대 빙하기인 MIS 2, 6.2에 비해 약 3배 정도 높은 값을 보여주며, 탄산염 함량은 MIS 6 이후 최소 0%에서 최대 35%의 변화를 보이고 있다(Khim et al. 2007, 2008, 2012; Kido et al. 2007). 또한 풍성 쇄설성 성분의 플럭스도 MIS 2, 6.2에 지금 현재보다 약 4배 높았던 것으로 보고되었다(Irino and Tada 2003). 동해 퇴적물의 구성 성분 중 쇄설성 성분의 입도는 Nagashima et al. (2007, 2011)에 의해 비교적 상세히 분석된 바 있으며, 쇄설성 성분 입도의 주기적 변화는 기후 변화에 의한 제트 기류의 축과 겨울 몬순의 세기 변화에 의한 것으로 해석되었다. 한편, 오팔이나 탄산염 성분의 경우 상당한 함량 변화에도 불구하고 각 성분별 입도 분포의 특성에 대한 연구나, 입도 변화와 기후변화 및 고해양학적 변화와의 상관관계에 대한 연구는 아직 시도되지 않았다.
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.
2. 연구 지역
반 폐쇄성 주변해인 동해는 대한해협, 쓰가루해협, 소야해협 등 수심 약 140 m 이하의 비교적 얕고 좁은 해협으로 동중국해, 북서태평양, 오호츠크해 등과 연결되어 있다(Fig. 1a). 현재 동해에는 대한해협을 통해 유입된 고온, 고염의 대마난류가 쓰가루 해협과 소야 해협을 통해 북서 태평양으로 유출되고 있으며, 대마난류의 지류인 동한난류가 동해 북쪽에서 내려오는 북한한류와 만나 아극전선대를 형성하고 있다(Chang et al. 2016). 동해의 심층 수괴는 같은 수심의 북서태평양 수괴에 비해 약 250 mmol 이상의 높은 용존 산소 농도를 보여주고 있는데 이는 동해 북부에서 형성된 심층 수괴가 빠르게 순환하고 있기 때문이다(Chang et al. 2016). 이와 같은 동해의 해수 순환 양상은 제 4기 빙하기–간빙기 사이의 해수면 변동에 매우 민감하게 반응하였다(Oba et al. 1991; Tada et al. 1999). 예를 들어, 지난 마지막 최대 빙하기 동안 약 120 m에 달하는 전 세계적인 해수면 하강으로 동해는 인근 해양으로부터 해수 유입이 차단되고 해수 순환이 정체되었다가, 이후 해수면이 상승하면서 해수 유입과 순환이 재개되어 현재와 같은 해양 환경을 가지게 되었다(Oba et al. 1991; Tada et al. 1999).
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). 남한국대지는 중앙의 울릉 해구에 의해 다시 서쪽의 강원대지와 동쪽의 울릉대지로 구분된다(Fig. 1b). 남한국대지 산등성이에는 원양성 및 반원양성 퇴적물이 주로 분포하며, 해저 협곡의 사면에는 해저 산사태 및 퇴적물 중력류에 의한 퇴적물이 우세하다(Lee et al. 2002; Khim et al. 2007, 2008, 2012).
3. 재료 및 방법
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). 두 시추 코어의 총 길이는 각각 776 cm와 666 cm이며, 이 두 코어 최하부 퇴적물의 연대는 05-P21에서는 약 190 ka, 05-P23에서는 130 ka에 해당한다(Khim et al. 2008). 두 코어의 퇴적상은 주로 밝은 생물교란니(light bioturbated mud, LBM), 어두운 생물교란니(dark bioturbated mud, DBM), 올리브색 생물교란니(olive bioturbated mud, OBM), 어두운 엽리니(dark laminated mud, DLM), 화산재층 등으로 구성되어 있으며, 이들 퇴적상이 반복 교호하여 퇴적물 명암 지수 L*의 주기적 변화 양상을 보여주고 있다(한국지질자원연구원 2005; Khim et al. 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. (2008)의 연대 모델에 의하면 MIS 1-6에 해당한다(Table 1). 채취한 시료는 동결 건조 후 가볍게 분쇄하여 고루 섞은 후 다시 50 ml 튜브에 50 mg씩을 분취하였다. 분취한 시료를 대상으로 유기물, 탄산염, 오팔 등의 생물기원 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 1.8% 이하로 전반적으로 매우 낮은 값을 보이기 때문에(Khim et al. 2008), 유기물 성분 입도 분포를 구하기 위한 유기물 침출 전의 입도 분석은 따로 실시하지 않았다. 유기물 침출 반응은 15% 과산화수소를 5 ml 주입하여 24시간 반응시킨 후 60℃ 항온수조에서 반응이 끝날 때까지 가열시켰다. 이후 탄산염 침출 반응은 2 N 염산 5 ml을 주입한 후 최소 1시간 이상 반응을 시킨 후 반응이 끝나면 증류수 40 ml을 주입하여 원심분리기를 이용해 2회 세척을 하였다. 마지막 오팔 침출 반응은 2 N 수산화나트륨 40 ml을 주입하여 85℃ 항온수조에서 6시간을 반응시킨 후 원심분리기를 이용해 3회 세척하였다.
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
입도 분석은 한국지질자원연구원의 레이저 회절 입도분석기(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. 1995).
| $$F_a(i)=T_a(i)-R_a(i)\times(1-C_a/100)$$ | (1) |
여기서 Fa(i)는 성분 a의 입자 크기 등급 i의 빈도%, Ta(i)는 성분 a가 제거되기 전 입자 크기 등급 i의 빈도%, Ra(i)는 성분 a가 제거된 퇴적물 입자 크기 등급 i의 빈도%, Ca는 성분 a의 함량%를 의미한다. (1-Ca/100)은 성분 a를 제거한 후의 각 입자 크기 등급 i의 빈도% 값을 제거된 성분 a의 함량만큼 낮추기 위하여 Ra(i)의 값에 곱해준다.
예를 들어 유기물 함량이 5%, 성분 a에 해당하는 탄산염 함량이 23.4%인 시료의 경우 ∑Fa(i)는 탄산염 함량인 23.4%의 값을 가지며, ∑Ta(i)는 유기물 침출 반응 후인 95%의 값을 가지고, ∑Ra(i)×(1-Ca/100)는 유기물과 탄산염이 제거된 71.6%의 값을 가진다. 이론적으로 Fa(i)는 항상 양의 값을 보여야 하지만 각 성분별 침출 반응 과정에서 해당 성분이 완전히 제거되지 않았거나, 각 성분의 함량%가 실제 함량보다 낮게 측정된 경우 음의 값을 보일 수 있다(Fig. 2). 이 경우 음의 값을 보이는 Fa(i)는 0으로 처리하였다. Fig. 2는 실제 탄산염 함량이 23.4%이고 측정된 탄산염 함량이 18.4%, 13.4%로 실제 값보다 5 내지 10% 낮은 경우라도 식 (1)에 의해 구해진 Fa(i) 입도 분포의 전체적인 형태와 모드 값은 영향을 거의 받지 않음을 보여주고 있다.
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 calculated based on the equation (1), assuming carbonate contents to be 23.4% (a), 18.4% (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
본 연구에서 분석된 각 구성 성분의 입도 분포는 대개 단일 혹은 이중 모드를 보인다(Figs. 3 and 4). 다중 모드를 보이는 입도 분포의 경우 전체 입도 분포는 각 모드를 이루는 개별 입도 분포의 합으로 이해할 수 있으며, 개별 구성 입도 분포를 분해하여 구성 입도 분포별로 퇴적물의 기원과 운송 과정의 차이를 해석할 수 있다(Sun et al. 2002; Wu et al. 2020). 이중 모드를 보이는 탄산염 성분의 입도 분포들은 세립과 조립 모드를 포함하는 분포 구간이 별개의 분포로 확연히 구분되는 반면에(Fig. 3) 오팔 성분의 경우에는 세립과 조립 모드를 포함하는 분포 구간이 일부 겹쳐서 나타나는 양상을 보여준다(Fig. 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).
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)
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 전 건조 퇴적물 시료에 대한 주사 전자 현미경 관찰을 통해 파악하였으며, 사질 입자의 종류는 63 ㎛ 체로 체질 한 시료를 주사 전자 현미경으로 관찰하여 파악하였다. 주사 전자 현미경 관찰은 한국지질자원연구원의 탁상형 주사 전자 현미경(SNE-3000M)을 이용하여 30 kV, 110 μA 조건에서 실시하였다.
4. 연구 결과
침출 반응 단계별, 구성 성분별 입도 분포의 특성
선별된 24개 퇴적물 부시료의 유기물, 탄산염, 오팔 제거 후 잔류 퇴적물의 평균 입도와 분급도는 Table 2에 정리하였으며, 각 침출 반응 후의 입도 분포 곡선과 탄산염 및 오팔 성분의 입도 분포는 Figs. 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. 3 and 4; Table 2).
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)
식 (1)에 의해 구해진 탄산염 성분의 입도 분포는 서로 확연히 구별되는 평균 2.4 ㎛와 1.1–3.6 ㎛ 범위의 세립 모드와 평균 99.1 ㎛와 28.5–191.9 ㎛ 범위의 조립 모드를 보여주고 있다(Fig. 3; Table 1). 전체 24개 분석 시료 중 6개는 세립 탄산염 모드만을 보여주며, 나머지 18개는 세립과 조립 탄산염 모드를 동시에 보여주는데 전자를 유형 A, 후자를 유형 B 분포로 구분하였다(Fig. 3). 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). 탄산염 성분 입도 분포에서 세립 모드를 포함하는 분포 구간과 조립 모드를 포함하는 분포 구간은 서로 겹치지 않고 분리되어 나타나므로 각 분포 구간의 빈도(%)의 합을 따로 구할 수 있다(Fig. 3). 이렇게 구해진 세립 및 조립 모드 분포 구간의 빈도(%)의 합은 전체 입도 분포에서 세립 및 조립 모드 입도 분포가 차지하는 비율을 의미한다. 탄산염 성분의 세립 및 조립 모드 입도 분포가 차지하는 비율은 퇴적물의 탄산염 함량의 변화와는 특별한 상관관계를 보이지 않는다(Fig. 5a).
식 (1)에 의해 구해진 오팔 성분의 입도 분포는 평균 10.3 ㎛와 5.5–26.2 ㎛ 범위의 세립 모드와 평균 102.5 ㎛와 57.1–161.4 ㎛ 범위의 조립 모드를 보여주고 있다(Fig. 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 0.4–11.2%로 적은 경우, 유형 B 분포는 오팔 함량이 11.1–20.4%로 많은 경우에 나타난다(Fig. 5b). 유형 B의 오팔 성분 입도 분포는 탄산염 성분의 입도 분포와 달리 세립 모드를 포함하는 분포 구간과 조립 모드를 포함하는 분포 구간이 확연하게 구분되지 않고 일부 중첩되어 나타난다(Fig. 4). 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). 유형 B의 조립 모드 분포가 차지하는 비율은 오팔 함량과 뚜렷한 양의 상관관계(r2 = 0.62)를 잘 보여주고 있다(Fig. 5b).
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
입자 모드별 구성 입자의 종류
탄산염 성분의 입자 모드별 구성 입자의 종류를 관찰한 8번 시료는 세립과 조립 이중 모드를 가지는 유형 B의 분포 형태를 띠고 있으며, 세립 모드는 3.3 ㎛, 조립 모드는 135.7 ㎛의 값을 보인다(Fig. 3; Table 1). 스미어 슬라이드에서 세립 모드에 해당하는 입자들을 편광 현미경으로 관찰한 결과에 의하면 간섭상의 특징과 크기로 볼 때 인편모조류로 판별되는 입자가 다수 산재함을 확인하였다(Fig. 7a and b). 관찰된 인편모조류 입자들의 크기는 대개 약 3 ㎛ 내외로, 세립 모드 입경과 잘 일치한다. 동일 시료의 사질 입자들은 주사 전자 현미경 관찰 결과 온전하거나 일부 부서진 부유성 유공충으로 이루어져 있다(Fig. 7c and d). 관찰된 부유성 유공충 입자의 크기는 약 150 ㎛ 내외로 조립 모드의 입경과 유사하다.
오팔 성분의 입자 모드별 구성 입자의 종류를 관찰한 23번 시료는 세립과 조립 이중 모드를 가지는 유형 B의 분포 형태를 띠고 있으며, 세립 모드는 20.2 ㎛, 조립 모드는 124.5 ㎛의 값을 보인다(Fig. 4; Table 1). 침출 반응 전 건조 퇴적물에 대한 주사 전자 현미경 관찰 결과에 의하면 전체 퇴적물에는 다양한 크기의 온전하거나 부서진 규조류 입자와 쇄설성 실트 및 점토 입자들이 혼재하여 나타난다(Fig. 8a and b). 동일 시료의 사질 입자에 대한 주사 전자 현미경 관찰 결과에 의하면 입자들은 주로 온전하거나 부서진 원형 규조류와 방산충으로 이루어져 있으며, 크기는 약 100–200 ㎛범위로 조립 모드의 입경과 유사하다(Fig. 8c and d).
5. 토 의
오팔 성분 입도 분포 특성의 고해양학적 의미
MIS 6 이후 동해 남한국대지 시추 퇴적물의 오팔 함량은 1%에서 22% 범위에서 변하는데 MIS 1, 5.5 간빙기에 대개 10% 이상의 높은 값을 보이며, 그 외 시기에는 낮은 값을 보인다(Table 1; Khim et al. 2008). 간빙기에 특히 오팔 함량이 높은 이유는 이 시기 해수면 상승과 함께 고염의 대마난류가 대한해협을 통하여 유입되어 MIS 2, 6 빙하기의 저해수면 시기에 중단되었던 해수 순환을 재개시켜, 활발한 용승 작용으로 표층 생산성이 높아졌기 때문으로 생각된다(Tada et al. 1999; Lee et al. 2003; Khim et al. 2007, 2008). 동해 오키 해령의 MD01-2407 시추 코어에서도 특히 간빙기에 높은 오팔 함량이 나타나는데, 이 시추 코어 퇴적물에서 오팔 함량의 변화는 산출되는 규조류의 총 개체수보다는 Thalassiosira oestrupii와 같은 대형 온수종의 빈도에 의해 조절됨이 보고되었다(Kido et al. 2007). 한편 MD01-2407 시추 코어 퇴적물의 방산충 총 개체수도 간빙기에 증가하는데 이는 대마 난류의 유입에 수반된 온수종 개체수의 증가를 반영한 것으로 해석되었다(Itaki et al. 2007).
남한국대지 시추 퇴적물에서 오팔 성분의 유형 B 입도 분포의 조립 모드 부분은 주로 T. oestrupii와 같은 대형 원형 온수종 규조류와 방산충으로 구성되어 있으며, 유형 A와 유형 B의 세립 모드 부분은 작은 크기의 규조류, 방산충 개체나 대형 개체의 부서진 조각들을 나타내고 있다(Fig. 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.
탄산염 성분 입도 분포 특성의 고해양학적 의미
동해 남한국대지 시추 퇴적물의 탄산염 함량은 MIS 6 이후 0–35% 범위에서 변하는데, 오팔 함량의 변화와는 달리 평균적으로 항상 빙하기에 낮고 간빙기에 높은 변화 양상을 보이지는 않는다(Table 1; Khim et al. 2008). 이는 동해 퇴적물의 탄산염 함량이 오팔과는 달리 빙하기–간빙기 사이의 표층 생산성 변화보다는 해수 순환 양상의 변화에 따른 수층의 탄산염 용해도 변화에 의해 더욱 민감하게 조절되기 때문으로 여겨진다(Kido et al. 2007; Khim et al. 2008; Khim and Bahk 2014). 해수 순환 양상의 변화에 의한 저층의 용존 산소 농도의 변화는 퇴적물의 명암 지수 L*의 변화와 저서생물에 의한 생물교란 정도를 조절하기 때문에 동해 탄산염 함량의 변화는 퇴적상의 변화와도 밀접한 관련을 보인다(Kido et al. 2007; Khim et al. 2008; Khim and Bahk 2014). MIS 2와 6 최대 빙하기 저해수면 시기에 동해의 해저에는 저층수 용존 산소의 고갈로 저서생물의 퇴적물 교란 작용이 억제되어 반원양성 퇴적 작용에 의한 엽리가 보존되어 형성된 DLM 층이 나타난다(Bahk et al. 2000). 최대 빙하기 DLM 층의 탄산염 함량은 일반적으로 10%이상 상대적으로 높은 값을 보이는데(Table 1; Khim et al. 2008), 이는 이 시기 낮은 표층 생산성과 낮은 저층수 용존 산소 농도로 유기물 분해에 의한 용존 이산화탄소 농도가 줄어들어 탄산염 보존이 촉진된 결과로 여겨진다(Oba et al. 1991; Khim and Bahk 2014). DLM 층이나 DBM 층 등 어두운 층은 MIS 3, 4, 5에도 간헐적으로 나타나는데, 이들 암층에서도 일반적으로 탄산염 함량은 상대적으로 높은 값을 보인다(Table 1; Khim et al. 2008). 반면 MIS 1, 5.5 간빙기 고해수면 시기에는 높은 저층수 용존 산소 농도와 강화된 표층 생산성에 의한 유기물 공급의 증가가 탄산염 용해를 촉진시켜 이 시기 형성된 OBM 층의 탄산염 함량은 5% 이하의 매우 낮은 값을 보여준다(Table 1; Khim et al. 2008). 한편 5–15% 범위의 상당한 탄산염 함량은 MIS 3, 4, 5의 LBM 층에서도 간헐적으로 나타나는데(Table 1; Khim et al. 2008), 이 시기 밝은 층에서 상당한 탄산염 함량이 나타나는 이유는 아직 명확히 규명된 바가 없다.
남한국대지 시추 퇴적물에서 탄산염 성분의 유형 B 입도 분포의 조립 모드 부분은 대부분 온전하거나 부서진 부유성 유공충을 나타내며, 세립 모드 부분은 일반적으로 인편모조류로 이루어져 있다(Fig. 7). 대서양 시추 퇴적물의 경우 탄산염 성분의 입도 분포에서 조립 모드 부분의 비율이 변하는 이유는 탄산염 용해도의 변화에 따라 조립 모드를 구성하는 유공충의 보존 정도가 변하기 때문으로 해석되었으며, 따라서 조립 모드 부분 비율의 변화는 과거 CCD의 변화를 추적하는 지시자로 활용되었다(Frenz et al. 2005; Frenz and Henrich 2007). 반면 남한국대지 시추 퇴적물의 경우 조립 모드의 부분의 비율의 변화는 탄산염 함량의 변화와 상관관계를 보이지 않는다(Fig. 5a). 탄산염 보존이 상대적으로 양호한 DLM 층만 따로 보더라도 유공충으로 이루어진 조립 모드 부분이 공통적으로 나타나고 있지만 그 비율은 탄산염 함량의 변화와는 무관하다(Table 1; Fig. 5a). 이는 동해에서 탄산염 성분의 입도 분포의 조립 모드 부분 비율의 변화는 단순히 탄산염 용해도 변화에 의해서만 조절되는 것이 아니고, 세립 모드 부분을 이루는 인편모조류 유입량의 증감에도 영향을 받고 있음을 의미한다. 동해에서 간빙기 증가한 표층 생산성은 주로 규조류의 생물량 증가에 기인한 것으로 알려져 있지만, 인편모조류 역시 간빙기 퇴적물에서 상대적으로 높은 산출 빈도를 보이며, 특히 MIS 9, 11에는 산출 빈도가 급증하여 탄산염 성분의 대부분을 차지하는 것으로 밝혀졌다(Saavedra-Pellitero et al. 2019). Khim and Bahk (2014) 역시 남한국대지의 MIS 12에 형성된 30% 이상의 탄산염 함량을 보이는 퇴적층의 탄산염 성분이 대부분 인편모조류로 이루어져 있음을 보고하였다. 이는 동해에서 유공충뿐만 아니라 인편모조류 역시 시기에 따라 탄산염의 주요 성분이 될 수 있음을 지시한다. 따라서 남한국대지 시추 퇴적물에서 상대적으로 높은 탄산염 함량에도 불구하고 탄산염 조립 모드 부분의 비율이 낮게 나타나는 경우는 인편모조류의 생산성이 증가했기 때문으로 해석된다. 남한국대지 시추 퇴적물에서 상대적으로 높은 탄산염 함량을 보이는 LBM 층은 탄산염 세립 모드 부분의 비율이 높은 경향을 보여주는데 이는 이 층의 높은 탄산염 함량이 주로 인편모조류 생물량의 증가에 기인함을 지시한다 (Fig. 5a; Table 1). 이 연구 결과는 동해 탄산염 성분의 입도 분포가 탄산염 용해도와 인편모조류 생산성 변화에 의해 복합적으로 조절됨을 보여주고 있다.
6. 결 론
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 해당하는 것으로 관찰된다. 조립 모드 입도 분포가 전체 입도 분포에서 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 입도 분포는 평균 2.4 ㎛와 99.1 ㎛의 세립 및 조립 모드를 보여주며, 24개 분석 시료 중 17개가 이중 모드 분포를 보이고 있다. 세립 모드 입자들은 대개 인편모조류로, 조립 모드 입자들은 대부분 온전하거나 부서진 부유성 유공충으로 구성된 것으로 관찰된다. 세립 및 조립 모드 입도 분포가 전체 입도 분포에서 차지하는 비율은 퇴적물의 탄산염 함량과 특별한 상관관계를 보이지 않는데 이는 동해 탄산염 성분 입도 분포가 탄산염 용해도의 변화 및 인편모조류의 생산성 변화에 의해 복합적으로 조절되기 때문으로 해석된다.
