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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.37 No.6 pp.325-331
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2016.37.6.325

Paleoenvironmental Research Using Diatoms from Core Sediments in the Heuksan Mud belt, Korea

Young-Suk Bak1*, Tae Soo Chang2
1Department of Earth and Environmental Sciences, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Korea
2Petroleum and Marine Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 34132, Korea
Corresponding author: sydin@jbnu.ac.kr+82-63-270-3399
August 5, 2016 September 19, 2016 September 22, 2016

Abstract

Three diatom assemblage zones were erected from HMB-103 core sediment of the Heuksan Mud Belt. The paleoenvironmental changes were reconstructed basing on diatom analyses using indicator species, cold and warm water species, and salinity. Seventy-six species belonging to 41 genera were identified in the core sediments. The number of diatom valves per gram of dry sediment ranged from 0.1 to 15.4×104 g−1 . As a result, diatom assemblage I in about 45,000 yr B.P showed a high abundance in cold species indicating a major influence by the Korea Coastal Current. Diatom assemblage II from 14,000 to 11,646 yr B.P is characterized by rare abundance and indicative of the cold periods at Younger Dryas with the lower sea-level. However, diatom assemblage III from 11,646 yr B.P to Holocene was more affected by the Yellow Sea Warm Current while the progressive sea level rise.


흑산 니질대 코어퇴적물에서 산출된 규조를 이용한 고환경 연구

박 영숙1*, 장 태수2
1전북대학교 자연과학대학 지구환경과학과, 54896, 전주시 덕진구 백제대로 567
2한국지질자원연구원 석유해저연구본부, 34132, 대전광역시 유성구 과학로 124

초록

흑산 니질대에서 채취한 코어 퇴적물 HMB-103으로부터 규조를 분석하여 3개의 규조 군집대를 설정하였고, 산 출된 한랭수종과 온난수종, 염분도에 의해서 고환경을 해석하였다. 규조는 총 41속 76종이 감정되었으며 규조 개체수 농도는 0.1-15.4×10−1 g−1 의 범위에 해당된다. 연구 결과, 약 45,000 yr B.P.경까지의 규조 군집대 I에서는 한랭수종의 산 출이 많은 것으로 보아 한국연안류의 영향을 주로 받았으며, 14,000부터 11,646 yr B.P경까지의 규조 군집대 II는 규조 의 산출이 거의 없는 추운 시기(Younger Dryas)로 생각된다. 그러나, 11,646 yr B.P부터 홀로세까지의 규조 군집대 III 시기에는 해수면이 상승하면서 황해 난류의 영향을 더 많이 받았다.


    Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources

    서 론

    황해는 한반도와 중국 사이에 위치하는 반폐쇄성 주변해(평균 수심 약 55 m, 최대 수심 100 m)로서 제 4기 후기동안 빙기-간빙기 해수면 변동을 민감하게 받은 지역이다. 연구 지역인 흑산 니질대 퇴적층은 한국 서남해 연안에 남-북 방향으로 길게 발달해 있 으며, 대륙붕 지형을 따라 독립적으로 발달하고 있다 (Jin and Chough, 1998). 이 지역은 계절에 따라 한 강, 금강 및 영산강 등으로부터 유입되는 담수와 외 해로부터 유입되는 해류에 영향을 받고 있다(Chen et al., 1994; Naimie et al., 2001). 흑산 니질대 퇴적층 을 형성하는 퇴적물의 기원에 대한 논란은 계속되고 있으며(Lee and Chough, 1989; Lee and Chu, 2001; Yoo et al., 2002; Liu et al., 2003; Lim et al., 2007; Choi t al., 2010; Ha et al., 2013), 본 연구는 규조 연구를 통해서 퇴적물의 기원을 알아내는 데 필요한 고환경을 해석하여 고생물학적 자료를 축적하고자 한 다. 규조는 홀로세 기후 변화에 대해 잘 알려 줄 수 있는 프록시로서 과거 기후의 변화에 대한 정량적인 평가를 할 수 있다. 지난 20여 년 동안 국내에서는 한반도 주변해역의 해양 퇴적물 및 조간대 퇴적물에 대한 연구, 특히 흑산 니질대 퇴적층에 대한 연구가 꾸준히 이루어져 왔으나, 주로 지구물리학적, 퇴적학 적인 연구가 이어졌으며 규조를 이용한 고생물학적인 연구는 전무한 편이다. 따라서, 이 연구에서는 흑산 니질대 퇴적물로부터 규조를 분석하여 우리나라 서남 해 연안의 제4기 해수준 변동과 환경 변화를 밝히고 자 한다.

    연구 지역 및 연구 방법

    한반도 서남해 연안을 따라 남-북 방향으로 분포하 는 흑산 니질대는 2,050 km의 폭과 약 200 km의 길 이를 나타내며 니질 퇴적물의 최대 층후는 약 50 m 이다(Ha et al., 2013). 겨울 동안 연구 지역은 주로 남하하는 저온저염의 한국연안류(Korea Coastal Current; KCC)와 북상하는 고온 고염의 황해 난류(Yellow Sea Warm Current; YSWC)에 의해 크게 영향을 받 는다. 반면에 여름에는 황해 난류의 북상이 차단되고 서해연안을 따라 담수 유입의 증가로 저염화되는 현 상을 보인다(KIGAM, 2013, 2014).

    HMB-103의 시추 위치는 34 ° 43'29.94''N 125 ° 37'30.18''E 에 해당하며 수심 48 m, 총길이 36.93 m이다(Fig. 1). HMB-103 코어 퇴적물은 주로 니질 퇴적물로 되어 있으며, 최하부는 역(gravel)을 포함하는 사질 퇴적물 로 되어 있다. HMB-103의 대자율 값은 0.1-460 psi 의 범위로 평균 16 psi로 측정되었다. 전체적으로 큰 변화를 보이지 않으나 16 m 부근에서 높은 측정값이 확인되었으며, 전체적으로 최종빙기 최성기 이전(pre- LGM)의 퇴적층에서 상대적으로 높은 대자율이 측정 되었다(KIGAM, 2013, 2014). 연구 코어의 탄소연대 (AMS 14C dage)는 한국지질자원연구원으로부터 측정 값을 얻었다.

    규조 분석을 위해서 약 2 m 간격으로 21개의 시료 를 채취하였으며, 박영숙 외(2007)의 시료처리방법을 사용하였다. 규조의 관찰은 Nikon E400 현미경을 이 용하여 주로 400-800배율 하에서 수행되었으며, 중심 규조목에 속하는 것은 중심부를 포함한 1/2 이상 크 기의 규조각을 1개체로 산정하였으며 우상 규조목의 경우 정축부를 포함한 2/3 이상 크기를 포함하면 1개 체로 산정하였다. 규조 개체수의 절대 농도를 측정하 기 위해서는 Scherer (1994)의 실험 방법 및 계산식 을 사용하였다.

    결과 및 토의

    규조 군집

    흑산 해역 HMB-103 코어 퇴적물로부터 총 41속 76종이 감정되었으며, 산출 개체수는 풍부하지 않고 보존 상태도 불량한 편이다. 산출된 규조 중, 전체 층준을 통해서 상대적으로 다량 산출되는 종들로는 해수종으로서 Actynoptychus senarius, Coscinodiscus radiatus, Cyclotella striata, Delphineis surirella, Paralia sulcata, P. sulcata var. coronata, Thalassionema nizschioides, Th. nitzschioides var. parva, Thalassiosira oestrupii 등이다. 규조 개체수 농도는 0.1-15.4×104 g -1 의 범위에 해당한다(Fig. 2).

    1)규조 군집대 I (3,895-2,235 cm)

    규조 군집대 I의 최하부 층준인 3,895 cm와 3,815 cm에서는 규조의 산출이 거의 없으며, 규조 개체수 농도가 0-5.6×104 g−1 범위에 해당한다. 군집대 I 전 구간에 걸쳐서 Actynoptychus senarius (1-7.5%), Delphineis surirella (14-36.9%), Paralia sulcata (29.1-46.7%), P. sulcata var. coronata (3.3-10.7%)와 Rhaponeis amphiceros (0.8-5.1%)가 풍부하게 산출되 며, 3,225 cm 이하 층준을 기준으로 하부에서는 Chartoceros resting spores (3-16%)의 산출이 나타나 고, 상부 층준에서는 Cyclotella striata (4.2-8.4%)의 산출이 증가한다.

    2)규조 군집대 II (2,235-1,435 cm)

    규조 군집대 II 구간의 규조 개체수 농도는 0.1-0.7 ×104 g−1 범위에 해당하며 군집대 I에서 보다 개체수 농도가 급감하는 경향을 보인다. 이 구간에서 산출되 는 규조는 Paralia sulcataDelphineis surirella 등 이 있으며, 산출은 매우 적게 나타난다. 또한, 이 구 간은 대자율 값이 급증하는 구간이다.

    3)규조 군집대 III (1,435-25 cm)

    규조 군집대 III 구간은 규조 개체수 농도가 거의 없었던 군집대 II에 비해 급증하며 1.5-15.4×104 g−1 범위로 개체수 농도 변화의 폭이 넓다. 군집대 II에 서 거의 산출되지 않던 Actynoptychus senarius (1- 11.3%), Coscinodiscus radiatus (1-7.5%), Cyclotella striata (1.6-8%), Delphineis surirella (4.6-12.4%), Paralia sulcata (37.1-51.5%), Rhaponeis amphiceros (0.9-5.9%), Thalassionema nizschioides (4-9.7%), Th. nitzschioides var. parva (5.4-13.9%)와 Thalassiosira oestrupii (0.9-3.2%)등의 산출이 매우 풍부하다.

    고환경 해석

    흑산도 해역은 지리적으로 대흑산도와 도초도 사이 의 황해 남동부 연안 해역에 해당되며 계절적인 변 화가 뚜렷한 지역이다. Lee and Chu (2001)에 의하 면 연구 지역의 니질 퇴적물은 주로 금강, 만경강과 동진강으로부터 유출된 퇴적물이 겨울철 몬순 계절풍 의 영향으로 남북 방향으로 흐르는 조류와 한국연안 류에 의해 형성된 것으로 해석하였다(Jin and Chough, 1998; Ha et al., 2013). 특히, 한국연안류는 겨울 동안에 강으로부터 유입된 세립질 퇴적물들을 남쪽으로 운반하는 역할을 담당한다(Wells, 1988).

    규조 군집대 I의 2,845cm 층준 이하에서는 해빙종 인 Fragilariopsis curta, F. cylindrus, F. lineata, F. ritzschriF. sublineata 등이 다량 산출되고(Fig. 3) Cyclotella comta, Gomphonema clevei, G. parvalum 과 같은 담수종도 같이 산출된다(Fig. 4). 또한, 하천 수의 영향을 강하게 받는 저염분 해역에서 다산되는 종 Paralia sulcata와 기수역에서 주로 서식하는 Delphineis surirella의 산출이 풍부한 것으로 보아 군 집대 I은 하천수와 한국연안류의 영향을 받는 시기로 late Pleistocene에 해당된다.

    규조 군집대 II는 약 13,318 yr B.P.-11, 646 yr B.P. 에 해당하는 시기로서 규조 개체수 농도가 매우 낮 고 산출되는 종의 다양성이 매우 적으며 담수종의 산출이 거의 없는 것으로 보아 군집대 I에서 보다 해 수면이 매우 낮았으며, Younger Dryas cold event 시 기에 해당된다.

    규조 군집대 III은 다시 해수종인 Actynoptychus senariusCoscinodiscus radiatus, 기수종인 Cyclotella striataDelphineis surirella, 연안 용승종인 Thalassionema nizschioidesTh. nitzschioides var. parva 등의 산출이 많아진다(Fig. 3). 또한, 온난수종인 Cymatotheca weissflogi, Thalassionema nitzschioides var. parva, Thalassiosira oestrupii 등이 다량 산출된 다. 이는 홀로세에 해당되는 시기로 군집대 II보다 해수면이 상승했음을 의미하며 따뜻한 황해 난류의 영향이 강해졌음을 나타낸다. Coner et al.(1999)이 제시한 고염성(polyhalobous); >30‰, 중염성(mesohalobous); 30-0.2‰, 저염성(oligohalobous); 약간 saline water, halophobous; <0.2‰을 기준으로 염도를 구분 하였다. 연구 지역에서 산출된 규조를 분석한 결과 규조 군집대 I과 III에 구간에서는 poly-mesohalobous 종들(Actynopticus senarius, Ac. splendens, Paralia sulcata, Thalassionema nitzschioides, Delphineis surirella) 이 풍부하며, mesohalobous종들(Surirella fastuosa, Nitzschia granulata)과 fresh water종들로 Gomphonema acuminatum var. coronata, G. clevei, G. lanceolata, Hanzschia amphioxys 등이 소량 산출된다(Fig. 4) (Vos and wolf, 1993; Koizumi et al., 2004; Yim and Li, 2000). 규조 군집대 I 구간에서 polymesohalobous 종들의 산출이 풍부하면서도 심한 기 복을 보여, 홀로세 동안 해수면이 빠른 상승을 하면 서 fluctuation이 있었음을 알 수 있다.

    결 론

    흑산 해역 피스톤 코어 퇴적물 HMB-103으로부터 규조를 분석한 결과, 41속 76종이 감정 되었으며 규 조 개체수 농도는 0.1-15.4×104 g−1의 범위에 해당된 다. 전 층준을 통해서 상대적으로 다량 산출되는 종 들로는 Actynoptychus senarius, Coscinodiscus radiatus, Cyclotella striata, Delphineis surirella, Paralia sulcata, P. sulcata var. coronata, Thalassionema nizschioides, Th. nitzschioides var. parva, Thalassiosira oestrupii 등으로 주로 해양종과 기수종들이다. 산출된 종들을 한랭수종(cold water species)과 온난수종 (warm water species), 고염성(polyhalobous), 중염성 (mesohalobous), 저염성(oligohalobous)으로 나누어 고 환경을 해석하였다.

    HMB-103 코어에서 약 45,000 yr B.P.경까지는 해 빙종들이 산출되며, 44,697 yr B.P. 경에는 담수종의 유입이 증가하기는 하나 주로 고염성종들의 산출이 많은 것으로 보아 해양 환경이었으며, 규조 군집대 II에 해당하는 약 14,000-11,646 yr B.P경에는 규조의 산출이 거의 없다. 따라서, 이 시기는 한랭수종과 온 난수종이 매우 적게 산출되기는 하나 해수면이 매우 낮은 시기이다. 11,646 yr B.P. 이후에 퇴적된 층준에 서는 다시 고염성의 종들이 매우 풍부하며, 더불어서 중염성의 종들도 상대적으로 소량 산출한다. 이 시기 에는 해수면이 상승하면서 온난수종과 한랭수종이 혼 합되어 산출되고 온난수종의 수가 풍부한 것으로 보 아 이 시기에는 황해 난류의 영향을 더 많이 받았다.

    사 사

    이 논문은 “현생 이질퇴적층의 저류층 지질특성화 및 천부가스 현장분석 기술개발”의 일환으로 한국지 질자원연구원의 지원을 받아 수행된 연구입니다. 논 문 심사 과정에서 유익한 조언을 해주신 한국지질자 원연구원의 이상헌 박사님과 익명의 심사위원들께 깊 은 감사를 드립니다.

    Figure

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    Location map of the HMB-103 core sediment in Heuksan Mud Belt.

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    Assemblage zones and down-core variations of relative abundance of selected species and valve abundance in the HMB 103.

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    Vertical distribution of the cold and warm water taxa in the HMB-103.

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    Biostratigraphy for the HMB-103 Core based on diatom valve abundance and salinity.

    Table

    Reference

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