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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.42 No.1 pp.39-54
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2021.42.1.39

Sedimentary Environmental Change and the Formation Age of the Damyang Wetland, Southwestern Korea

Seungwon Shin1, Jin-Cheol Kim1, Sangheon Yi1, Jin-Young Lee1, Taejin Choi2, Jong-Sun Kim3, Yul Roh4, Min Huh4, Hyeongseong Cho5*
1Geological Research Center, Korea Institute of Geoscience and Mineral, Daejeon, 34132, Korea
2Department of Advanced Energy Engineering, Chosun University, Gwangju 61452, Korea
3Korea National Park Research Institute, Korea National Park Service, Wonju 26441, Korea
4Department Earth and Environmental Sciences, Chonnam University, Gwangju 61186, Korea
5Department of Geology, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
*Corresponding author: choh@gnu.ac.kr Tel: +82-55-772-1472
February 16, 2021 February 23, 2021 February 23, 2021

Abstract


Damyang Wetland, a riverine wetland, has been designated as the first wetland protection area in South Korea and is a candidate area for the Mudeungsan Area UNESCO Global Geopark. The Damyang Wetland area is the upstream part of the Yeongsan River and is now a relatively wide plain. To reconstruct the sedimentary environment around the Damyang Wetland, core samples were obtained, and sedimentary facies analysis, AMS and OSL age dataings , grain size, and geochemical analyses were carried out. In addition, comprehensive sedimentary environment changes were reconstructed using previous core data obtained from this wetland area. In the Yeongsan River upstream area, where the Damyang Wetland is located, fluvial terrace deposits formed during the late Pleistocene are distributed in an area relatively far from the river. As a gravel layer is widely distributed throughout the plains, Holocene sediments were likely deposited in a braided river environment when the sea level stabilized after the middle Holocene. Then, as the sedimentary environment changed from a braided river to a meandering river, the influx of sand-dominated sediments increased, and a floodplain environment was formed around the river. In addition, based on the pollen data, it is inferred that the climate was warm and humid around 6,000 years ago, with wetland deposits forming afterward. The the trench survey results of the river area around the Damyang Wetland show that a well-rounded gravel layer occurs in the lower part, covered by the sand layer. The Damyang Wetland was likely formed after the construction of Damyang Lake in the 1970s, as muddy sediments were deposited on the sand layer.



한국 남서부 담양습지의 퇴적환경 변화와 형성시기 연구

신 승원1, 김 진철1, 이 상헌1, 이 진영1, 최 태진2, 김 종선3, 노 열4, 허 민4, 조 형성5*
1한국지질자원연구원 지질연구센터, 34132, 대전광역시 유성구 과학로 124
2조선대학교 첨단에너지공학과, 61452, 광주광역시 동구 필문대로 309
3국립공원공단 국립공원연구원, 26441, 강원도 원주시 단구로 171
4전남대학교 지구환경과학부, 61186, 광주광역시 북구 용봉로 77
5경상대학교 지질과학과, 52828, 경상남도 진주시 진주대로 501

초록


담양습지는 하도 내에 발달하는 하천습지로, 국내 처음으로 습지보호구역으로 지정되었으며 유네스코 무등산권 세계지질공원 후보지역으로 알려져 있다. 담양습지 인근은 영산강 상류지역으로 현재는 비교적 넓은 평야지대가 분포한 다. 담양습지 주변의 퇴적환경을 해석하고자 시추코어를 획득하였고, 퇴적상, 연대측정(AMS, OSL), 입도분석, 지화학 분석 등을 수행했다. 또한 습지 주변의 기존 시추 코어 자료를 사용하여 종합적인 퇴적환경 변화를 해석했다. 담양습지 가 분포하는 영산강 상류 일대의 평야 지역은 후기 플라이스토세 동안 형성된 하안단구 퇴적층이 비교적 하도와 먼 지 역에 분포하고 있다. 홀로세 퇴적층은 자갈층이 평야 일대에 걸쳐 넓게 분포하고 있어 홀로세 중기 이후 해수면이 안 정화 된 다음에 망상하천의 형태로 퇴적된 것으로 해석했다. 그리고 현재와 같은 사행하천으로 전이되면서 주로 모래가 우세한 퇴적물이 유입되었으며, 하도 주변으로는 범람원 환경이 조성되었다. 또한 화분분석 결과를 근거로 약 6천년 전 후에는 온난 습윤한 환경이었으며 이후 습지 퇴적층이 발달한 것으로 추정했다. 담양습지가 분포하는 하도 일대의 트렌 치 조사 결과 하부에는 원마도가 좋은 자갈층이 분포하고 있으며, 자갈층 상부를 모래층이 덮고 있다. 담양습지는 1970 년대 담양호가 건설된 이후 모래층 상부에 머드층이 퇴적되면서 형성된 것으로 추정된다.



    서 론

    습지(wetland)에 대한 정의는 물이 정체되어 고이 는 지역을 말하며, 토양이 물에 의하여 포화된 땅을 의미하고 영양물질의 함량이 높고 생산성이 좋아 종 다양성이 높은 생태계로 알려져 있다(Cheong et al., 2003;Ryu et al., 2007). 그러나 습지에 대한 정확한 정의에 대해서는 학계 및 학자에 따라 서로 조금씩 차이를 보이고 있으며, 지질학적인 혹은 지형학적 관 점에서 보는 것과 생태 혹은 환경적 관점에 따라 차 이가 크기 때문에 통일된 정의가 필요하다(Son et al., 2010). 또한, 과거에 습지는 주로 개간의 대상으 로 연안습지는 간척이 이루어졌고, 하천 습지는 논경 작으로 활용되었으나, 현재는 습지의 생태계 및 환경 복원과 관련하여 보호되고 있다(Mitsch and Gesselink, 2000;Son et al., 2013). 이러한 습지는 크게 내륙에 발달하는 습지(inland wetland)와 연안을 따라 분포하 는 습지(coastal wetland)로 구분된다(Son et al., 2010). 그리고 내륙습지는 하천습지(riverine wetland) 와 산지습지(mountainous wetland)로 다시 세분된다.

    하천습지는 하천 주변에 발달하는 습지로 하천의 주기적인 범람으로 침수와 노출이 되는 퇴적환경으로 수심 2 m 이하로 정의된다(Son et al., 2010). 그리고 하천습지는 하도의 바(bar), 하중도(mid-channel bar) 등의 하도 내에 발달하는 하도습지와 제방을 넘어 범람에 의하여 형성된 배후습지, 과거에는 하천이 흘 렸으나 유로의 변화로 만들어진 구하도습지 등 3가 지로 세분된다(Park et al., 2005). 하도습지는 현재의 유로 내에 위치하여 하도 주변 자연형 하천습지로 담양습지가 대표적이라 할 수 있다. 반면 우리나라 하천 주변의 농경지 대부분은 배후습지에 해당한다. 또한 구하도습지는 일부 호수나 저수지의 형태로 남 아있기는 하지만, 상당 부분 농경지로 활용되고 있으 며 창녕 우포늪이 대표적이다.

    이러한 하천습지가 가지는 생태학적 특성에 관한 연구가 많이 진행되었으며, 일부 지형학적인 측면에 서도 보고되고 있다. 그러나 습지는 육상 중에서도 가장 안정한 환경에서 퇴적작용이 일어나므로 고기후 및 고환경 변화와 관련된 많은 정보를 가지고 있다 (Bragg and Tallis, 2011). 국내에서도 습지와 관련된 고기후 연구는 다수 진행되었으며, 특히 홀로세 중기 이후 동안의 고기후 혹은 고수문학적 변화를 제시한 바 있다(e.g. Jun et al., 2010, Nahm et al., 2013;Lim et al., 2013, 2017). 따라서 이번 연구는 그동안 주로 하천의 지형학적 분류 혹은 생태학적으로 접근 했던 담양습지에 대하여 제4기 후기 동안의 퇴적환 경의 변화와 습지의 형성시기에 초점을 맞춰 연구를 수행하였다.

    연구지역 및 연구방법

    담양습지는 행정구역상 담양군의 남쪽과 광주광역 시의 북구 일부가 포함되어 있으며, 우리나라에서 4 번째로 규모가 큰 영산강의 상류 지역에 해당한다 (Fig. 1). 담양습지는 지역의 상징인 대나무 군락이 발달하고 있으며, 다양한 식생이 서식하고 있어 환경 적으로 중요성을 인정받아 2004년 국내의 하천습지 로는 최초로 습지보호지역으로 지정되었다(Park, 2005). 습지의 면적은 980,575 m2 (약 29.7만 평)이며, 멸종 위기종과 희귀 야생동식물들이 서식하고 있다고 보고 되었다(National Institute of Environmental Research, 2004).

    담양습지의 지형학적 특성과 퇴적물 및 식생을 이 용하여 습지를 총 24개로 분류한 바 있으며, 인공, 하도, 범람원으로 크게 분류한 다음, 제방, 유로, 사 력퇴적지(bar), 늪지(marsh), 웅덩이 등으로 세분하였 다(Son et al., 2010; 2013). 또한 습지의 기저물질을 분석하였고 자갈, 모래, 머드의 분포를 측정했는데 자갈은 총 면적의 18%, 모래는 69%, 실트와 점토는 3%를 차지한다(Son et al., 2010). 따라서 대부분의 하도 일대는 주로 모래가 퇴적되고 있으며, 현재 식 생이 발달한 지역은 일부 매립에 의해 덮여 있거나, 혹은 경작에 의하여 교란된 머드층이 주로 분포하고 있다.

    담양습지의 형성과정을 추정하고자 하도 습지 내에 총 5개의 트렌치를 조사했다. 트렌치의 깊이는 약 1m 내외이며, 총 10개의 광여기루미네선스(optically stimulated luminescence: OSL) 시료를 채취했다. 모 래층은 50 mm PVC 파이프를 사용하였으며, 자갈층 은 암막커튼으로 햇빛을 차단하고 자갈 사이의 모래 를 채취했다. 채취한 시료는 한국지질자원연구원 분 석실에서 전처리 과정을 거친 후, OSL 연대를 분석 했다.

    담양습지 일대의 퇴적환경 변화를 추정하고자 범람 원 지역에서 퇴적층 시추 코어를 획득하였으며(18BH- 03), 총 5 m 시료 중에서 자갈층을 제외한 상부 2 m 구간에 대하여 분석을 진행했다. 현장에서 획득한 코 어시료는 실험실로 운반 후에 PVC 시료는 아크릴 칼을 이용하여 양면으로 절단하였으며, 사진을 촬영 하고 주상도를 작성하였다. 육안으로 관찰되는 퇴적 구조, 구성광물, 색상 등을 기재했으며, 작성한 주상 도를 바탕으로 1차 퇴적상을 분류했다. 그리고 입도 분석은 2 cm 간격으로 100개의 시료에 대해 수행했 다. 약 5-10 g의 시료에 대해 과산화수소와 염산을 이용해 시료 내의 유기물을 제거했다. 시료는 습식분 석방법으로 63 μm의 체(sieve)를 이용하여 모래와 머 드를 분리했다. 모래 크기 입자들은 건식체질(dry sieving) 방법으로 분석했고, 머드 크기 입자들은 부 산대학교 퇴적지질학연구실의 Sedigraph 장비를 이용 하여 분석했다. 지화학 조성 분석을 위해 1-2 cm 구 간으로 총 140개의 시료를 채취하였으며, 총탄소량 (total carbon: TC)과 총질소량(total nitrogen: TN)은 한국해양과학기술원 부설 극지연구소의 원소분석기 (FlashEA 1112)를 이용하여 분석했다. 또한, 퇴적층 의 절대연대를 측정하기 위해 방사성탄소연대측정과 OSL 연대측정을 함께 사용했다. 방사성탄소연대측정 은 가속질량분석기(accelerator mass spectrometer: AMS) 를 이용하여 총 5점의 목탄과 유기물을 분석했고, OSL 연대는 총 3지점에서 조립 입자 석영(coarsegrained quartz, 180-212 μm)과 세립입자 석영(finegrained quartz, 4-11 μm)를 함께 분석했다. 마지막으 로 총 5지점에서 화분분석을 수행했다. 화분분석은 건조된 시료 3 g을 염산(30%)과 불산(45%), 수산화 칼륨(10%)으로 석회질과 규질 및 불순물 등을 제거 했다. 그리고 100 μm와 10 μm 시브를 이용하여 입자 를 분리한 후, 비중처리를 하였고 박편을 제작하였다.

    담양습지 일대의 제4기 퇴적환경 변화

    1. 18BH03 코어 분석 결과

    1.1. 퇴적상 분석 결과

    담양습지 일대의 제4기 퇴적환경 변화를 연구하기 위하여 현재의 범람원 지역에서 퇴적층을 3공 시추 했다. 2공(18BH01, 02)에서는 현대 경작층 아래에 얇은 모래층과 자갈층이 분포했고, 18BH03 코어에서 습지층과 모래, 자갈층 등이 잘 관찰되어 18BH03 코어를 중심으로 분석을 진행하였다.

    18BH03 코어에서 퇴적층은 총 5 m를 획득하였으 며, 하부 자갈층은 분석에서 제외했다. 심도 2.2 m 하부의 자갈층은 역지지 모래질 자갈층으로 괴상이며, 원마도는 아각형에서 아원형으로 관찰된다(Fig. 2). 자갈은 응회암과 화강암 역들이 우세하며 비교적 암 석은 신선한 편이다. 자갈층 상부에 20 cm 두께로 모 래질 머드층이 분포하는데, 이것은 시추과정에서 생 긴 교란된 부분으로 판단되어 이번 분석에서는 제외 했다. 심도 1.3-2.0 m 구간(Unit I)은 엽층리가 발달하 는 모래층으로 상향세립화 경향성이 관찰된다. 모래 층의 내부에는 목탄편들이 산재되어 있으며, 최상부 구간에서는 그물 형태의 특이 구조도 관찰된다. 심도 0.5-1.3 m 구간(Unit II, III)은 괴상의 머드층으로 암 회색으로 유기물의 함량이 높으며, 상부구간으로 가 면서 밝아지는 경향을 보인다. 마지막으로 최상부 구 간인 심도 0.0-0.5 m 구간(Unit IV)은 현생 논경작으 로 인하여 교란된 구간으로 판단되며, 하부 머드층과 는 날카로운 침식 경계를 보인다.

    1.2. 입도 및 지화학 분석 결과

    퇴적층에 대한 입도분석 결과, 심도 1.3-2.0 m 구간 (Unit I)은 모래의 함량이 점이적으로 감소하는 상향 세립화(fining upward) 경향을 보이며, 함량은 20- 80%로 비교적 넓은 범위를 가진다(Fig. 3). 실트의 함량은 최하부를 제외하고 큰 변화는 없으나, 점토는 상부로 가면서 증가하고 평균입도(mean grain size)는 상향세립화 경향을 보인다. 심도 1.05-1.3 m 구간 (Unit II)에서는 모래의 함량이 줄어드나 변화폭이 크 기 않으며, 실트와 점토의 함량은 매우 일정한 값을 유지한다. 또한, 평균입도 역시 변화가 거의 관찰되 지 않는다. 심도 0.5-1.05 m 구간(Unit III)은 모래의 함량이 매우 낮고 실트의 함량이 줄어들고 있으며, 점토의 함량은 일정하나 하부 구간에 비하여 변화의 폭이 상대적으로 크게 관찰된다. 심도 0.0-0.5 m 구간 (Unit IV)은 모래의 함량이 점이적으로 증가하고 있 으며, 실트는 급격한 함량 변화가 확인된다. 그리고 점토는 상부로 가면서 서서히 함량이 줄어들고, 평균 입도 역시 조립화 한다. 입도분석에 의한 코어의 특 징은 최하부에서 1 m까지는 상향세립화 경향성이 관 찰되며, 이후 50 cm 구간까지는 세립질 입자들이 안 정적으로 퇴적되었고 최상부 구간으로 가면서 상향조 립화(coarsening upward)하는 특징을 보여준다.

    지화학조성 분석 결과로 총유기탄소량(total organic carbon: TOC)과 탄소와 질소 비율(C/N ratio)을 제시 하였고, 두 값의 수직적 변화는 유사한 양상을 보인 다(Fig. 3). TOC 함량은 최하부에서 105 cm 구간 (Unit I, II)까지 점이적으로 증가하는 양상을 보이고, 이후 구간인 심도 75-105 cm까지는 함량이 줄어들다 가 50 cm까지 상부로 가면서 소폭 증가한다. 상부 구 간인 0-50 cm에서는 TOC 함량 변화 폭이 상대적으 로 크면서 비교적 일정한 값을 유지한다. C/N 비는 최하부에서 105 cm까지는 TOC의 함량 변화와 거의 일치하는 양상을 보이다가 이후 구간인 50-105 cm (Unit 3)에서는 서서히 감소하는 경향을 보이지만, 다 시 최상부로 가면서는 일정한 값을 유지하는 것이 특징적이다.

    1.3. 화분 및 담수조류 산출결과

    담양습지의 18BH03 코어 퇴적물에서 획득한 5개 의 시료에서 유기질 미화석 분석을 수행했고, 미화석 이 산출되지 않는 최하부 구간 모래층을 제외한 4개 시료에서 자료를 얻었다. 미화석이 산출되는 4개의 시료를 분석한 결과, 다양한 화분(3과 29속)과 포자(2 속) 및 담수조류(6속)가 풍부하게 산출되었다(125,000- 170,000 개체/g). 화분은 퇴적물의 특성에 따라 산출 량에 영향을 받는다(Traverse, 1988). 심도 32-130 cm 구간에서는 황록색-회색 유기물 점토의 미립질 퇴적물이라서 화분이 풍부하게 산출된 반면, 130-132 cm 구간인 회색 모래질 점토에서는 화분 산출량이 극히 낮았다(Fig. 4). 각 시료별 이들의 산출특성을 살펴보면 다음과 같다. 심도 32 cm (modern)에서는 벼속(Poaceae-Oryza), 귀리속(Poaceae-Avena), 갈대속 (Poaceae-Phragmites) 같은 화본과(Poaceae)와 소나무 속(Pinus)이 우점하며, 편백나무(Chamaecyparis), 측 백나무과(T-C-C; Taxodiaceae-Cupressaceae-Caxaceae) 및 담수조류(예, Botryococcus) 등도 풍부하게 산출되 었다. 심도 52 cm에서는 선태류(monolete spore)와 수서생물 담수조류(Pseudoschizea)가 우점으로 산출되 었다. 이와 함께 습지식물인 갈대속(Poaceae-Phragmites), 수생식물인 가래속(Potamogeton), 그리고 여러 종류 의 담수조류가 함께 산출되었다. 심도 98 cm에서는 침엽수인 2엽 소나무속(Pinus-Diploxylon), 개잎갈나 무속(Cedrus), 가문비나무속(Picea)과 낙엽형 참나무 속(Quercus-Lepidobalanus) 및 양치식물인 고비속 (Osmunda) 등이 우점으로 산출되었다. 뿐만 아니라 상록형 참나무인 가시나무속(Quercus-Cyclobalanopsis) 과 하천변에서 자라는 오리나무속(Alnus) 물오리나무 (Alnus hirsuta) 등도 풍부하게 산출된다. 그 외에도 습지식물, 갈대속(Poaceae-Phragmites)과 다양한 담수 조류 등이 산출되었다. 심도 137 cm는 화분이 보존 되기 어려운 조립질 퇴적물(모래질 점토)이라서 2종 류의 화분만이 산출되었다.

    1.4. 퇴적층 연대 측정 결과

    퇴적층의 연대를 결정하기 위하여 방사성탄소연대 측정과 OSL 연대측정을 병행하였으며, 방사성탄소연 대는 다시 목탄 시료와 bulk 시료로 나눠서 진행했다. 탄소연대측정 결과, 최하부 173 cm 모래층에 협재된 목탄의 연대는 20,300±1,000 yr BP이며, 모래층의 최 상부 138 cm 목탄은 6,830±70 yr BP의 연대를 보였 다(Table 1). 그리고 머드층의 하부 중간 98 cm의 bluk 시료의 연대는 26,500±300 yr BP로 하부 구간 에 비하여 역전된 결과가 관찰되었다. 이후 머드층의 상부 52 cm 구간의 목탄은 5,410±50 yr BP, 최상부 머드층인 32 cm 구간의 목탄은 현생으로 측정됐다 (Fig. 5).

    OSL 연대측정은 총 3개 시료를 획득했으며, 하부 모래층은 조립질 석영 입자를 사용하였고, 상부 머드 층에서는 세립질 석영 입자를 다입자(multi grain) 분 석 방법을 이용하였다. 하부 모래층 188 cm에서는 20.8±4.8 ka, 상부 머드층 122 cm에서는 38.8±2.7 ka, 80 cm에서는 26.4±2 ka로 측정되어 하부 모래층에 비 하여 오래된 연대 결과를 얻었다(Table 2).

    2. 퇴적환경 해석

    2.1. 18BH03 코어의 연대 결과에 대한 논의

    18BH03 코어를 활용한 영산강 상류 일대의 퇴적 환경을 해석하기 위해서는 측정한 연대에 대한 결정 이 먼저 이루어져야 한다. 앞서 설명하였듯이 이번 연구에서는 다양한 연대측정 방법을 사용하였고, 비 교적 짧은 퇴적층 구간에서 서로 다른 연대를 교차 측정하여 보다 합리적인 연대를 설정하고자 하였다. 먼저 탄소연대측정의 경우 최상부 교란층과 머드층과 하부 모래층의 목탄 시료에서는 순차적인 연대 측정 결과가 도출되었다. 그러나 bulk 시료에서는 하부 구 간보다 오래된 26,500±300 yr BP로 퇴적층이 역전된 연대 결과를 얻었다. 반면에 OSL 연대의 경우는 하 부 모래층이 상부 머드층의 연대보다 젊게 측정되었 고, 모래층의 OSL 연대와 탄소연대 결과는 유사한 결과를 얻었다(Fig. 5). 이렇듯 서로 다른 두 가지 연 대측정 결과는 순차적인 층서를 설정하기 어려운 결 과를 제시하고 있다. 하지만 측정된 연대 결과와 퇴 적층의 특징을 고려하여 합리적인 퇴적층의 연대를 설정하였다.

    탄소연대 측정 결과, 최상부의 32 cm 구간에서 현 생(modern)으로 측정된 결과는 근현대 논경작에 의 한 교란된 것으로 결과로 판단된다. 그리고 하부 구 간 목탄을 사용한 연대 결과는 순차적으로 측정되어 비교적 적절한 결과라 할 수 있다. 그러나 유기물의 함량이 높은 머드층(Unit 2, 3) 대한 결과 해석이 중 요하며, bulk 시료와 OSL (fine grain)에 대한 결과가 플라이스토세로 비슷하게 나온 것에 대한 해석이 중 요하다. 퇴적층의 특징을 살펴보면, 유기물과 수분함 량이 높고, 점성이 높은 특징을 보이므로 홀로세 퇴 적층의 성격에 가까운 것으로 보인다. 그러나 플라이 스토세에 형성된 유기물층은 퇴적층의 수분함량은 상 대적으로 낮으며, 오랜 시간이 지나 강도가 높은 편 이다. 따라서 18BH03 코어는 수분함량도 높고 강도 가 약한 편이라 홀로세 퇴적층으로 추정할 수 있다. 또한, 모래층의 최상부에 분포하는 그물 형태의 퇴적 층은 마지막 빙하기(Last Glacial Maxium, LGM) 동 안 퇴적층이 노출되어 토양쐐기(soil-wedge)와 유사한 형성 기작인 동결 작용을 거치면서 수평과 수직의 빈공간이 형성된 것으로 보이는데, 이와 같은 현상은 플라이스토세와 홀로세 경계 부분에서 흔히 관찰된다 (Choi, 2005;Choi and Kim, 2006). 그러므로 유기물 의 함량이 높은 머드층은 홀로세 퇴적층에 가까운 것으로 판단된다. 따라서 bulk로 측정한 탄소연대 결 과가 퇴적시기보다 오래된 것으로 추정되며, 이것은 오래된 탄소의 오염(old carbon effect)으로 인하여 퇴 적연대보다 오래된 결과가 측정된 것으로 해석된다 (Strunk et al., 2020). 그리고 OSL 연대의 경우 상부 머드층이 하부 모래층 보다 오래된 연대가 측정되었 다. 이는 세립질의 석영 입자가 완전히 블리칭 (bleaching)되지 않은 상태에서 퇴적되었을 가능성을 지시한다(Hu et al., 2010;Zheng et al., 2010;Zhang et al., 2010a, b;Guo et al., 2012). 완전히 블리칭되 지 않은 이유는 시추 지역과 같이 비교적 강의 상류 지역에서 햇빛에 충분히 노출되지 않은 퇴적물이 유 입되었기 때문으로 추정되며, 그 결과 퇴적시기보다 오래된 연대가 얻어진 것으로 보인다.

    2.2. 18BH03 코어와 주변 영산강 상류인 담양 평야 일대의 퇴적환경 해석

    18BH03 코어를 비롯한 담양 습지 주변인 영산강 상류 일대의 제4기 후기 퇴적환경 변화를 추정하기 위하여 2012년 담양 골재자원조사에서 보고된 시추 주상도와 연대측정 결과를 함께 사용했다(KIGAM, 2012).

    퇴적층은 기반암 상부 구간에서 플라이스토세에 퇴 적된 하안 단구층이 분포하는 것으로 확인된다(Fig. 6). 단구층의 퇴적환경은 현재와 유사한 하천 활동에 의하여 퇴적된 자갈층 내지 모래층으로 퇴적시기는 약 4만년 전에서 1만 4천년 전으로 현재 하도에서 거리가 먼 산지에 가까운 지역에 퇴적층이 잔류하는 것으로 해석된다. 그러나 단구층이 일부 소규모로 확 인되는 것은 해수면이 낮았던 플라이스토세 동안에 침식작용이 우세하여 일부 구간에서만 퇴적층이 남아 있는 것으로 판단된다. 플라이스토세에서 홀로세로 변화하는 동안 해수면이 상승함에 따라 침식기준면 (base level)도 상승하게 되고, 담양습지 일대에 침식 작용 보다 퇴적작용이 우세한 환경으로 전이된다. 즉, 해수면이 오늘날과 비슷했던 홀로세 중기 이후에 퇴 적층이 형성되기 시작하며, 퇴적 초기에는 자갈층이 주로 퇴적되었다(Fig. 6). 영상강 상류 일대의 시추 코어에서도 기반암 상부에 원마도가 양호한 자갈층이 넓게 분포하고 있음을 확인하였으며, 자갈층의 두께 는 위치에 따라 차이가 있으나 1-5 m 두께로 분포하 는 것으로 관찰되었다. 홀로세 중기 이후 영산강은 망상하천에서 사행하천으로 점이적 변화를 보인 것으 로 추정되며, 상류 기원지에서는 자갈의 유입보다 모 래의 유입이 우세했던 것으로 보인다. 또한, 하도 주 변에서는 범람원 환경의 머드층이 퇴적되기도 하였으 며, 일부 지역에서는 18BH03 코어와 같이 습지 환 경이 조성된 것으로 보인다(Fig. 6). 또한, 18BH03 코어의 유기물의 함량이 높은 머드층에서는 습지환경 이 조성되고, 이후 수심이 깊어짐에 따라 모래의 입 자 유입이 감소하고, TOC의 함량이 점이적으로 증가 하게 된 것으로 추정된다. 다시 수심이 낮아지고 습 지환경이 사라지면서, TOC의 함량이 다시 줄어든 것 으로 추정되며, 이는 수심 이외에 고기후의 영향으로 TOC의 변화도 해석할 수 있다(Lim et al., 2013;2017). 마지막으로 산지에 가까운 지역에서는 영산강 의 하천 작용과는 별도로 선상지성 퇴적층이 지속적 으로 발달한 것으로 해석된다.

    결론적으로 담양습지 일대의 평야 지역은 산지와 가까운 지역 혹은 독립적으로 플라이스토세 하천 퇴 적층이 잔류하고 있으며, 홀로세 동안 해수면이 상승 한 이후 자갈층이 우세하게 퇴적되는 망상하천 환경 에서 하천이 안정화 된 후에 현재의 형태를 보이는 사행하천으로 전이되고 퇴적층은 주로 모래가 우세하 게 유입된 것으로 해석된다. 또한, 홀로세 중기 이후 에는 지역에 따라 범람원 및 하도 충진 퇴적층 혹은 습지 환경이 평야 지역을 퇴적시키고, 산지에 가까운 지역에서는 선상지 환경이 발달했던 것으로 해석된다.

    2.3. 화분, 담수조류의 산출상과 퇴적환경

    18BH03 코어 중에서 4개의 시료로부터 유기질 미 화석 분석결과를 기반으로 퇴적환경의 해석은 매우 불충분하지만 가능한 범위에서 그 당시의 퇴적환경을 유추했다.

    심도 98 cm (5410-6830 yr BP)에서는 화분이 가장 다양하고 풍부하게 산출되었다. 이 시기에는 소나무 와 참나무, 밤나무가 우점하며 그 외 다양한 활엽수 가 생장하였던 침엽-낙엽 혼합림이 주변 산지에서 번 성하였던 것으로 해석된다. 특히 상록형 참나무가 우 점하고 습지식물도 함께 산출되는 것은 이 시기에 담양 지역의 기후는 온난 습윤했던 것으로 추정된다. 특히 이 시기는 홀로세 중기 기후 최적기(약 8000- 5000 yr BP)에 속하며, 전라도 권역에서 분석한 선행 화분연구결과와도 잘 일치한다(Chung, 2011).

    심도 52 cm (5419±50 yr BP)에서는 전체적으로 심도 98 cm (5410-6830 yr BP)의 화분군집상은 유사 하지만, 종의 다양성과 풍성도가 크게 감소했다. 특 히 수목류(tree and shrub)의 급감과 고사리류, 선태 류가 급증한 것이 매우 특징적이다(Fig. 4). 이와 함 께 수서생물과 수서식물, 습지식물(하천변 또는 호변) 들이 다양하게 산출된다. 이러한 화분군집상의 변화 는 이 시기를 전후하여 시추지점의 퇴적환경이 습지 화가 진행되었던 것으로 추정할 수 있다. 다양한 수 목류의 화분 산출이 이 시기에 급감하는 것은 자연 환경에 의한 것보다는 토지확보를 위한 인간의 산림 훼손(벌채 행위 등) 가능성을 배제할 수가 없다. 그 이유는 자연 상태의 산림이 교란되고 개방화된 산지 표토에서 양치류, 선태류가 선구적으로 나타나기 때 문이다(Jone et al., 2009). 따라서 이들 포자 산출의 급증과 수목류 화분의 급감은 아마도 개방산지표토의 가속화된 침식물과 함께 습지에 운반되어 쌓인 결과 로 해석할 수 있다(Yi and Kim, 2010;Park and Kim, 2015). 그러나 이러한 해석은 앞으로 더 많은 시료의 분석을 통한 검증이 필요하다.

    심도 32 cm (modern)에서는 화본과 특히 벼속, 귀 리속 등이 풍부하게 산출되는 것으로 보아 현재와 비슷한 벼농사가 행해졌던 농경지이었던 것으로 해석 된다. 이는 황록색의 퇴적물 특성을 통해서도 잘 뒷 받침 되는 것으로 여겨진다. 특히, 지난 십여 년 동 안 한국 남부지역에서는 편백나무, 삼나무, 개잎갈나 무 등을 집중적으로 조림하였다. 본 시료에서 편백나 무와 삼나무의 화분이 처음으로 산출되는 것으로 보 아 최근의 시기를 잘 반영하는 것으로 나타났다.

    담양습지의 형성 시기 연구

    1. 퇴적단면의 특성

    담양습지가 분포하는 섬진강 상류 평야 지역은 하 부에 자갈층이 분포하고 있으며, 이후 모래층이 형성 되고 다시 머드층이 쌓이는 순차적인 퇴적작용이 발 생한 것으로 보여 이번 연구에서는 모래층의 형성시 기를 파악함으로서 담양습지가 안정화 되고 현재의 습지 환경이 조성된 형성 시기를 정리하고자 하였다. 총 5개의 트렌치는 비슷한 퇴적층 분포 양상을 보여 주고 있으며, Site 1에서는 약 80 cm 하부에서 자갈 층이 분포하고 있으며, 상부에 30 cm 두께의 모래층 이 발달하고 있다(Fig. 7). 자갈층은 약 5 cm 크기의 원마도가 양호한 자갈이 분포하고 있으며, 모래층은 조립에서 세립질로 상향세립화 경향이 관찰된다. 머 드층은 괴상으로 식생에 의하여 교란이 심한 것으로 관찰되었으며, 최상부 구간에서는 현생 교란층이 분 포하고 있다. Site 2에서는 90 cm 하부에서 자갈층이 분포하고 있으며, 원마도가 양호한 전형적인 하천 자 갈의 형태를 보여주고 있다. 모래층은 희미한 엽층리 가 발달하고 있으며, 일부 1-2 cm 크기의 잔자갈이 협재한다. 그리고 모래층의 최상부 구간에서는 황갈 색의 산화대가 분포하고 있어, 대기 중에 노출 된 후 산화작용을 거친 후 상부 머드층이 퇴적된 것으로 해석된다. 퇴적단면 Site 3은 Site 2와 유사하게 모래 층의 상부에서 산화대가 발달하고 있으며, 모래층이 다른 지점에 비하여 상대적으로 두껍게 분포하고 있 다. Site 4와 5는 거의 유사한 퇴적층 분포 양상으로 최하부에 자갈층이 분포하고 있으며, 상부에 모래층 과 머드층이 놓여 있고 머드층은 식생에 의하여 교 란된 형태를 보여주고 있다. 따라서 담양습지의 퇴적 층 분포는 최하부에 원마도가 양호하고 평균 5 cm 내외의 자갈층이 분포하고 있으며, 상부에 모래층이 협재하는데 일부 상향세립화 경향성과 엽층리가 관찰 된다. 그리고 최상부 머드층은 모래층과는 뚜렷한 경 계가 발달하기도 하고, 식생에 의하여 대부분 교란되 었으며 두께는 50 cm 내외로 확인된다.

    2. 담양습지 및 퇴적층 형성 시기

    담양습지의 퇴적층 형성시기를 규명한다면 습지의 발달 시기도 추정이 가능할 것이다. 따라서 퇴적층의 형성시기를 추정하고자 OSL 연대측정을 진행하였으 며, 모든 시료에서 1천년 이전으로 측정되었다(Table 3). Site 1에서 자갈층의 퇴적시기는 0.40±0.06 ka이며 상부의 모래층은 0.37±0.04 ka로 측정되어 하부에서 상부로 순차적인 연대결과가 도출되었다. 그리고 Site 2의 하부 모래층에서는 0.42±0.08 ka의 결과를 얻었으 며, Site 3에서는 모래의 하부와 상부에서 각각 0.61± 0.17, 0.43±0.12 ka로 측정되었다. 그러나 최하부 자갈 층에서는 0.21±0.03 ka로 역전된 결과를 얻었다. 또한, Site 4에서도 자갈층의 연대가 0.29±0.03 ka로 상부 모래층의 연대 0.47±0.09 ka로 역전된 결과가 나타났 다. 마지막으로 Site 5에서는 자갈층이 0.90±0.22 ka이 며, 상부 모래층은 0.79±0.25 ka로 측정되었다.

    자갈층이 상부 모래층 보다 젊은 연대가 측정된 Site 3과 4의 자갈층은 시료 채취 과정에서 일부 햇 빛에 노출된 시료가 포함되었을 가능성이 높은 것으 로 보인다. 자갈층은 암막 커튼을 이용하여 빛을 차 단 후 채취하였으나 일부 노출된 입자가 유입되었을 가능성이 가장 높은 것으로 보이며, Site 3에서 모래 층이 순차적으로 측정되어 하부에서 오래된 결과가 자갈층에서만 관찰되는 것이 이러한 시료 채취 과정 의 문제일 가능성이 높은 것으로 판단된다.

    담양습지 내에 트렌치를 통하여 하도 내 퇴적층은 하부에 원마도가 좋은 하천 자갈층이 형성되고, 상부 를 모래층이 덮고 있다. 그리고 모래층 위에 머드층 이 쌓이고 담양습지가 만들어진 것으로 해석된다. 그 러나 일반적으로 영산강과 같이 큰 하천의 상류 지 역에 하도 습지가 형성되기 어려운 것으로 알려져 있다. 그래서 현재가 아닌 이전 지도를 확인하고자 국토지리원에서 제공하는 일제강점기 지형도(1:50,000) 와 1950-1970년대까지 항공사진을 비교해보면 현재 담양습지 일대에도 모래사주가 주로 발달하고 있으며, 일부 하도 내 습지가 소규모로 발달하고 있다. 그리 고 1980년대 항공사진에서는 현재와 유사한 습지 환 경으로 식생이 활발하게 조성된 것이 확인되었다. 이 것은 하도 내 모래층 상부를 머드층이 쌓이기 시작 한 것으로 급격한 퇴적환경의 변화가 일어났다. 이러 한 원인인 1976년 담양호의 완공으로 인하여 상류로 부터 모래의 공급이 현저히 줄어들었고, 상류 하천 내에 조성된 작은 보 역시 모래의 공급을 차단하고 머드 퇴적물의 공급이 우세하여 모래층 상부에 머드 층이 조성된 것으로 판단된다. 따라서 담양습지가 현 재와 같이 식생이 활발해지고, 습지환경이 조성된 것 은 1980년 이후라고 해석된다.

    결 론

    담양습지 일대의 신생대 제4기 후기의 퇴적환경 변화 연구를 위하여 시추코어 18BH03을 분석했다. 하부 자갈층과 모래층은 플라이스토세 퇴적층이 분포 하고 상부는 홀로세 동안 퇴적된 습지 퇴적층이 확 인되었다. 습지 퇴적층의 화분 자료를 통하여 중기 홀로세 동안 온난 습윤했던 환경이 형성되었다가 이 후 상부 구간에서 수서식들이 다수 산출되어 습지환 경이 우세한 것으로 해석되었다. 그리고 담양습지 주 변은 기반암 상부에 플라이스토세 하안 단구 지역이 국지적으로 분포하고 있으며, 홀로세 동안 해수면이 상승한 후 중기 홀로세 동안 자갈층이 퇴적 되고, 이 후 모래층이 퇴적되었다. 또한 하천은 초기에 망상하 천의 성격을 보여 자갈층이 넓은 지역에 분포하고 있으며, 이후 하천이 안정화 된 이후 모래층이 퇴적 되고 현재와 같은 사행하천으로 전이된 것으로 해석 된다. 그러나 지금의 자료로 담양습지 일대의 기후 변화 등에 대한 정확한 해석을 하기는 쉽지 않으며, 보다 많은 미고생물학적 자료와 지화학 자료가 축적 된다면 담양 일대인 영산강 상류 지역의 고기후 해 석이 가능할 것으로 판단된다.

    담양습지가 발달하는 하도 지역도 하부에 원마도가 양호한 자갈층이 분포하고 있으며, 자갈층과 모래층 은 약 1천년에서 4백년 전에 퇴적된 것으로 OSL 연 대를 통하여 추정할 수 있다. 그리고 담양습지가 현 재와 같은 하도 습지의 형태를 이루는 것은 담양호 건립으로 인하여 모래의 양이 줄고 머드가 주로 유 입되면서 습지환경이 형성되었다.

    Appendix. 1 유기질 미화석(화분) 현미경 사진 도감

    • 1-2. Poaceae-Oryza (벼속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 3-4. Poaceae-Avena (귀리속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 5-6. Poaceae-Phragmites (갈대속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 7. Pinus-Diploxylon (2엽소나무속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 8. Pinus-Diploxylon (2엽소나무속), 18BH03-2 (52 cm)

    • 9. Cedrus (개잎갈나무속), 18BH03-2 (52 cm)

    • 10. Cedrus (개잎갈나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 11. Abies (구상나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 12. Tsuga (솔송나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 13. Picea (가문비나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 14. Chamaecyparis (편백나무속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 15. Tilia (피나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 16. Salix (버드나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 17. Cryptomeria (삼나무속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 18. Ulmus/Zelkova (느릅나무속/느티나무속), 18BH03-2 (52 cm)

    • 19, Salix (버드나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 20-22. Quercus-Cyclobalanopsis (가시나무속, 상록형 참나무), 18BH03-3 (98 cm)

    • 23. Quercus-Lepidobalanus (참나무속, 낙엽형 참나무), 18BH03-3 (98 cm)

    • 24. Alnus (오리나무속), 18BH03-1 (32 cm)

    • 25. Alnus hirsuta (물오리나무), 18BH03-3 (98 cm)

    • 26. Carpinus (서어나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 27. Castanea (밤나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 28. Betula (자작나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 29. Myrica (소귀나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 30. Corylus (개암나무속), 18BH03- 3(98 cm)

    • 31. Ulmus/Zelkova (느릅나무속/느티나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 32. Ilex (감탕나무속), 18BH03-3 (98 cm)

    • 33-34. Fatsia japonica (팔손이속), 18BH03-3 (98 cm)

    사 사

    이번 연구는 담양군에서 발주한 ‘담양군 지질유산 세계화 작성 용역’에 의하여 연구가 진행되었으며, 한국지질자원연구원의 주요과제 “국토지질조사 및 지 질도·지질주제도 작성 발간(GP2020-003)”의 일환으 로 수행되었다. 논문의 작성 및 연구 수행과정에 도 움을 주신 담양군 관계자 분들과 시료 채취에 도움 을 준 부산대학교 지질환경과학과 채용운, 김석진, 하수진 학생께도 감사드린다. 그리고 논문의 심사과 정에서 세심한 검토와 건설적인 의견을 주신 편집위 원과 심사위원들께도 감사드린다.

    Figure

    JKESS-42-1-39_F1.gif

    Location map showing (a) the study area, and (b) trench and core sites.

    JKESS-42-1-39_F2.gif

    Core photographs and columnar section with age dating results of core 18BH03 (W: wood fragments, B: bulk sediments, F: fine grain, C: coarse grain).

    JKESS-42-1-39_F3.gif

    Vertical variation of grain size, total organic carbon (TOC), and C/N ratio of the Damyang Wetland core (18BH03).

    JKESS-42-1-39_F4.gif

    Palynomorph diagram of selected taxa from 18BH03 core of the Damyang area.

    JKESS-42-1-39_F5.gif

    Radiocarbon and OSL dating results of the 18BH03 core (gray color is age model).

    JKESS-42-1-39_F6.gif

    Schematic diagram showing the columnar sections with radiocarbon dating results around the Damyang Wetland (modified from KIGAM, 2012, radiocarbon age, yr BP).

    JKESS-42-1-39_F7.gif

    Columnar sections with the OSL dating results of trenches in Damyang Wetland (OSL age, ka).

    JKESS-42-1-39_A1.gif

    Table

    Radiocarbon dating results of the Damyang Wetland core (18BH03)

    OSL dating results of the Damyang Wetland core (18BH03)

    OSL dating results of the Damyang Wetland in trench section

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