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ISSN : 1225-309X(Print)
ISSN : 2288-7172(Online)
Journal of the mineralogical society of korea Vol.32 No.4 pp.235-247
DOI : https://doi.org/10.9727/jmsk.2019.32.4.235

Changes in Provenance and Transport Process of Fine Sediments in Central South Sea Mud

Hong Geum Lee, Won Young Park, Hyo Jin Koo, Jae Yeong Choi, Jeong Kyu Jang, Hyen Goo Cho*
Department of Geology and Research Institute of Natural Science, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
Corresponding author: +82-55-772-1474, E-mail: hgcho@gnu.ac.kr
November 20, 2019 December 6, 2019 December 11, 2019

Abstract


The Central South Sea Mud (CSSM), developed in the Seomjin River estuary, is known to be supplied with sediments from Heuksan Mud Belt (HMB) and Seomjin River. However, in order to form a mud belt, more sediments must be supplied than supplied in the above areas. Therefore, research on additional sources should be conducted. In this study, clay minerals, major elements analyzes were performed on cores 16PCT-GC01 and 16PCT-GC03 in order to investigate the transition in the provenance and transport pathway of sediments in CSSM. The Huanghe sediments are characterized by higher smectite and the Changjiang sediments are characterized by higher illite. Korean river sediments contain more kaolinite and chlorite than those of chinese rivers. Korean river sediments have higher Al, Fe, K concentraion than Chinese river sediments and Chinese rivers have higher Ca, Mg, Na than those of Korean rivers. Therefore, clay minerals and major elements can be a useful indicator for provenance. Based on our results, CSSM can be divided into three sediment units. Unit 3, which corresponds to the lowstand stage, is interpreted that sediments from Huanghe were supplied to the study area by coastal or tidal currents. Unit 2, which corresponds to the transgressive stage, is interpreted to have a weaker Huanghe effect and a stronger Changjiang and Korean rivers effect. Unit 1, which corresponds to the highstand stage when the sea level is the same as present and current circulation system is formed, is interpreted that sediments from Changjiang and Korean rivers are supplied to the research area through the current.



남해중앙니질대 세립질 퇴적물의 기원지 및 이동과정 변화

이 홍금, 박 원영, 구 효진, 최 재영, 장 정규, 조 현구*
경상대학교 지질과학과 및 기초과학연구소

초록


남해 섬진강 하구유역에 발달되어 있는 남해중앙니질대는 흑산머드벨트의 퇴적물들과 섬진강 의 퇴적물들을 공급받는 것으로 알려져 있다. 그러나 니질 퇴적체를 형성하기 위해서는 위 지역에서 공급되는 퇴적물보다 더 많은 양의 퇴적물이 공급되어야하기 때문에, 추가적인 퇴적물 공급원에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 남해중앙니질대 퇴적물의 기원지 및 퇴적물 유입경로의 변화를 알아 보기 위해, 16PCT-GC01 및 16PCT-GC03 코어에 대해 점토광물 및 주성분원소 분석을 수행하였다. 황하 퇴적물은 스멕타이트의 함량이 높고, 양쯔강 퇴적물은 일라이트의 함량이 높으며, 한국 강 퇴적 물들은 카올리나이트와 녹니석의 함량이 높다. 또한 한국 강 퇴적물은 Al, Fe, K가 풍부하고, 중국 강 퇴적물은 Ca, Mg, Na 등이 풍부하다. 따라서 점토광물과 주성분원소를 이용해 퇴적물의 기원지를 추 적할 수 있다. 연구 결과, 남해중앙니질대의 코어 퇴적층은 총 3개의 퇴적 단위(sediment unit)로 구분 할 수 있다. 해수면이 가장 낮은 저수위기(lowstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 3은 황하로부터 공급 된 퇴적물이 연안류 혹은 조석 작용에 의해 연구지역으로 공급된 것으로 해석되고, 해수면이 빠르게 상승하는 해침기(transgressive stage)에 해당되는 퇴적 단위 2는 황하의 영향이 약해지고 양쯔강과 한 국 강들의 영향이 강해지는 것으로 해석된다. 현재와 같은 해수면과 해류의 순환이 형성된 고수위기 (highstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 1은 양쯔강과 한국 강으로부터 퇴적물이 해류를 통해 연구지 역으로 공급된 것으로 해석된다.



    National Research Foundation of Korea
    2017R1D1A1B03027818Ministry of Science, ICT and Future Planning

    서 론

    남해(South Sea)는 한반도 남서부의 흑산도, 동쪽 의 대마도, 남쪽으로 제주도를 연결하는 한반도 남 쪽 해역으로, 면적은 약 75,000 km2로 알려져 있다. 남해는 등수심선이 매우 복잡하게 발달되어 있는 리아스식 해안으로, 수심 70~80 m를 경계로 내대 륙붕과 외대륙붕으로 구분된다(Park et al., 1990; Park et al., 1996). 또한, 주변 해류에는 한반도 연 안을 따라 흐르는 한국연안류(KCC, Korea Coastal Current)와 외해로부터 유입되는 대마난류(TWC, Tsushima Warm Current)가 있다(Fig. 1).

    한반도 주변에는 서해 남부의 흑산머드벨트 (HMB, Heuksan Mud Belt) 또는 황해남동니질대 (SEYSM, Southeast Yellow Sea Mud), 남해 중앙 부의 남해중앙니질대(CSSM, Central South Sea Mud) 및 남해 동부의 대한해협니질대(KSSM, Korea Strait Shelf Mud) 등 3개의 특징적인 니질 퇴적체가 존재한다(Fig. 1). 각 니질 퇴적체들은 금 강, 섬진강, 낙동강 하구 부근에 위치하며, 홀로세 (Holocene) 동안 형성된 것으로 보고되었다(Park et al., 1996; Kwak et al., 2016; Kim et al., 2018). 또한, 인접한 강들로부터 배출되는 퇴적물의 양을 고려하면, 니질 퇴적체의 형성에는 추가적인 퇴적물 공급원이 필요한 것으로 판단되어 왔다(Park et al., 1996; Lim et al., 2007a; Um et al., 2015).

    연구지역인 남해중앙니질대는 나로도(Naro-do) 와 남해도(Namhae-do) 연안의 내대륙붕에 위치하 며, 섬진강 하구가 위치하고 있는 광양만과 좁은 해협으로 연결되어 있다(Fig. 1a). 남해중앙니질대 는 약 20~50 m 두께의 홀로세 퇴적물로 구성되며, 모래가 풍부한 퇴적물들로 분포하고 있다(Park et al., 1996). 남해중앙니질대의 형성은 약 5 ka에 시 작된 것으로 보고된 바 있으며(Park et al., 1996), 표층 퇴적물을 이용한 기존 연구에 의하면 금오도 (Geumo-do)를 경계로 서부 남해중앙니질대 (W-CSSM)와 동부 남해중앙니질대(E-CSSM) 두 구역으로 구분될 수 있다(Bae et al., 2014; Um et al., 2018). 남해중앙니질대의 퇴적물 기원은 다른 니질대들과 비교하여 적은 관심을 받아왔지만, 최근 남해의 고수로(paleo-channel) 연구와 관련하여 일 부 연구들이 수행되었다(Bae et al., 2014;KIGAM, 2016; Um et al., 2018). Bae et al. (2014)은 퇴적 물의 밀도, 함수율, 공극률 등 물성 분석을 통해 동 부 남해중앙니질대는 섬진강 유역으로부터, 서부 남 해중앙니질대는 흑산머드벨트 침식 퇴적물과 중국 강 유역으로부터 유래한 퇴적물의 혼합체라고 보 고하였다. 그러나 흑산머드벨트에서 재공급된 퇴적 물로 추정하였을 뿐 정량적인 증거는 제시되지 않 았다(KIGAM, 2016). Um et al. (2018)은 희토류 원소의 분포 특성을 바탕으로 동부 남해중앙니질 대는 섬진강 유역으로부터 기원한 반면, 서부 남해 중앙니질대는 흑산머드벨트의 재동된 퇴적물이 공 급된 것으로 해석하였다. 그러나 이 연구 결과는 희 토류 원소 하나의 지표만을 이용하여 해석되었고, 최근 흑산머드벨트 퇴적물에 대한 연구들이 흑산 머드벨트의 상부는 주로 한국 강 퇴적물 기원, 하부 는 한국 강과 중국 강 퇴적물의 복합 기원으로 해석 하고 있으므로(Lim et al., 2007a; Cho et al., 2015; Kwak et al., 2016), 상세한 퇴적물 기원과 이동경로 에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

    본 연구에서는 남해중앙니질대에서 획득한 2개 의 코어 퇴적물에 대하여, 점토광물 및 주성분원소 두 가지의 지표를 이용하여 퇴적물 기원지를 밝히 고, 남해중앙니질대의 퇴적환경 및 퇴적물 유입 경 로의 변화를 알아보고자 하였다.

    시료 및 연구방법

    남해중앙니질대 퇴적물의 기원지 변화를 알아보 기 위해 한국지질자원연구원(KIGAM)에서 보유하 고 있는 16PCT-GC01 (34˚34"44.520" N, 128˚08" 16.620" E), 16PCT-GC03 (34˚32"40.200" N, 128˚ 09"39.120" E) 2개의 피스톤 코어를 이용하였다 (Fig. 1b). 길이 8.4 m의 16PCT-GC01 코어는 수 심 40 m에서, 길이 8.6 m의 16PCT-GC03 코어는 수심 49 m에서 획득되었다. 16PCT 코어들은 이질 퇴적상, 사질 퇴적상, 이질 교호 퇴적상으로 구분 된다. GC01 코어는 상부(0~550 cm)와 최하부(740 ~840 cm)에서 무 구조의 진회색 이질 퇴적상을 보 이며, 하부(550~740 cm)에 사질 퇴적상을 가진다. GC03 코어는 균질한 이질 퇴적상(0~480 cm), 사 질 퇴적상(480~590 cm), 이질 교호 퇴적상(590~860 cm)으로 나타난다.

    점토광물 및 주성분원소 분석을 위한 부시료는 30 cm 간격으로 각 코어에서 29개씩 총 58개를 채 취한 후, 점토광물 분석을 위한 양이 충분한 48개 의 부시료를 이용하였다. 채취된 부시료들은 점토 광물 분석을 위해 과산화수소(H2O2)를 이용하여 유기물을 제거한 후, Stoke’s law를 이용하여 점토 를 분리하여 smear on glass slide 방법을 이용하여 정방위 시편으로 제작되었다. 제작된 시편은 경상대 학교 지질과학과에서 보유하고 있는 고분해능 X- 선 회절분석기(Siemens D5005, Bruker)를 이용하 여 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406 Å)을 사용 하여 분석되었으며, 광물 동정을 위해 동일한 시료 에 대하여 에틸렌글리콜(ethylene glycol)로 포화시 킨 후 다시 X-선 회절분석을 실시하였다. 일라이트 (illite), 녹니석(chlorite), 카올리나이트(kaolinite), 스 멕타이트(smectite) 등 네 가지 주요 점토광물의 상 대적인 함량은 Biscaye (1965)에서 제시된 반정량 분석법을 이용하여 계산되었다.

    주성분원소 분석은 시료가 충분한 28개의 부시 료를 이용하였으며, 63 μm체를 이용하여 세립질 부분을 분리하고, 용제와 시료를 10 : 1로 혼합한 후, 회화기기(Katanax, K2 Prime)를 이용하여 고온 에서 용융시켜 Glass-Bead로 제작되었다. 제작된 Glass-Bead는 X-선 형광분석기(S8 TIGER, Bruker) 를 사용하여 총 11개의 산화물(Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3) 을 정량 분석하였다.

    퇴적물의 입도와 퇴적연대는 KIGAM (2016)에서 제시한 결과를 이용하였다. 퇴적물의 입도는 한국 지질자원연구원의 표준 시료처리과정을 따라 전처 리 후, 레이저 회절 입도분석기 Microtrac S3500을 이용하여 분석되었다(KIGAM, 2016). 퇴적연대는 방사성 탄소 동위원소(14C-AMS), OSL (optically stimulated luminescence) 연대분석을 이용하여 결 정되었으며, Fig. 2에 제시하였다(KIGAM, 2016).

    결 과

    퇴적 단위별 점토광물과 주성분원소 함량은 Tables 12에 제시되었다. 네 가지 주요 점토광물은 두 코어 모두에서 일라이트, 녹니석, 카올리나이트, 스멕타이트의 순으로 풍부하다(Table 1). 일라이트 는 54.1~68.6 % (평균 64.9 %), 녹니석은 14.7~ 20.7 % (평균 17.7 %)의 함량을 가진다. 그 뒤로 카올리나이트가 8.6~17.5 % (평균 12.0 %)의 함량 을 보이며, 스멕타이트의 함량은 3.0~9.9 % (평균 5.5 %)로 가장 낮다. 주성분원소의 평균함량은 Al2O3 12.1~15.9 % (평균 14.2 %), Fe2O3 3.1~6.2 % (평균 5.2 %), K2O 2.7~3.4 % (평균 3.1 %), MgO 1.2~2.5 % (평균 2.0 %), CaO 0.6~3.3 % (평 균 1.6 %) 등으로 나타났다(Table 2).

    퇴적상, 연대 및 입도분석 결과를 토대로, 코어 들은 3개의 퇴적 단위(sediment unit)로 구분될 수 있으며, 점토광물과 주성분원소 결과 또한 구분된 퇴적 단위를 경계로 뚜렷한 차이를 보인다(Fig. 2).

    퇴적 단위 1 (< ~6 ka)은 6~8 phi의 평균입도를 가지는 균질한 이질 퇴적상으로 코어 16PCT-GC01 의 상부(0~550 cm)와 최하부(740~840 cm), 코어 16PCT-GC03의 상부(0~480 cm)에 해당한다(Fig. 2). 16PCT-GC01의 하부 이질 퇴적층은 상부와 유 사한 퇴적상과 연대를 가지기 때문에 퇴적 단위 1ʹ 로 기재하였다(Fig. 2). 퇴적 단위 1은 대체로 일정 한 점토광물 함량을 가지나, 코어 상부로 가며 스 멕타이트가 감소하고 카올리나이트 + 녹니석이 증 가하는 경향이 약하게 나타난다(Fig. 2). 또한, 다른 퇴적 단위와 비교하여 높은 Fe, Al 및 K 함량을 가지며, 이 원소들의 함량은 퇴적 단위 2와 가까울 수록 낮아진다(Fig. 2).

    퇴적 단위 2 (~13~~6 ka)는 2~4 phi의 사질 퇴적 상으로 16PCT-GC01의 550~740 cm와 16PCT-GC03 의 480~590 cm에 해당한다(Fig. 2). 퇴적 단위 2 의 평균 점토광물 함량은 퇴적 단위 1과 유사하지 만(Table 1), 코어 GC03에서 상부로 가며 일라이트 가 증가하고, 스멕타이트와 카올리나이트 + 녹니석 이 감소하는 뚜렷한 경향이 확인된다. 퇴적 단위 2 의 주성분원소 함량 또한 대체로 퇴적 단위 1과 유 사하며, 상부 퇴적 단위로 가며 Fe2O3, K2O, Al2O3 의 증가가 확인된다(Fig. 2). 코어 GC01의 경우, 퇴 적 단위 2는 하부의 퇴적 단위 1ʹ과 상부의 퇴적 단 위 1 사이에서 점토광물과 주성분원소 함량의 일시 적인 증가 또는 감소 후, 원래의 값으로 돌아온다.

    퇴적 단위 3 (> ~13 ka)는 4~5 phi의 사질과 이 질 퇴적물이 교호하는 엽층리(lamination)가 발달하 는 퇴적층으로, 코어 16PCT-GC03의 최하부(590~ 860 cm)에서만 확인된다. 퇴적 단위 3는 상대적으 로 낮은 일라이트 함량과 높은 스멕타이트, 카올리 나이트 + 녹니석 함량을 가지며, 수직적인 변동은 뚜렷하지 않다(Fig. 2). 주성분원소 함량에서도 대 체로 일정하며, 다른 퇴적 단위와 비교하여 확연히 낮은 Al, Fe, Mg 및 K 함량으로 특징된다(Table 2).

    토 의

    점토광물을 이용한 퇴적물 기원지 식별

    해양퇴적물에서 가장 풍부한 광물 성분 중 하나 인 점토광물은 풍화, 운반, 퇴적과정 중에 크게 변 화되지 않고 기원지 암석의 특성을 유지하고 있기 때문에, 퇴적물 기원지 연구에 유용하게 이용될 수 있다(Choi et al., 2010; Li et al., 2014a; Koo et al., 2018). 남해로 퇴적물을 공급할 수 있는 잠재 적 기원지에는 중국 대륙의 황하(Huanghe), 양쯔강 (Changjiang)과 한반도의 한강(Hangang River), 금 강(Keum River), 영산강(Yeongsan River), 섬진강 (Seomjin River) 등의 하천들과 한반도 남서부에 위치한 흑산머드벨트 퇴적물의 재동에 의한 공급이 고려될 수 있다. 한반도의 여러 강들로부터 공급된 퇴적물들은 대체로 유사한 점토광물 조성을 가지며, 황하와 양쯔강 퇴적물과 비교하여 카올리나이트 + 녹니석 함량이 높은 특징을 가진다(Table 1). 반면, 중국의 황하에서 공급되는 퇴적물은 스멕타이트가 풍부하며, 양쯔강에서 공급되는 퇴적물은 일라이트 함량이 높다(Table 1)(Yang et al., 2003; Cho et al., 2015; Koo et al., 2018). 이러한 점토광물 함량 차이는 한국 강과 중국 강 퇴적물의 기원지 구분에 있어 중요한 지시자로 사용될 수 있으며, 한반도 주 변 해역에서 수행된 많은 기원지 연구에 유용하게 이용되고 있다(Li et al., 2014a; Cho et al., 2015; Lim et al., 2015; Kwak et al., 2016; Koo et al., 2018).

    퇴적물의 기원지를 구분하기 위해 (카올리나이트 + 녹니석)-일라이트-스멕타이트 삼각도표를 이용하 였다(Fig. 3). 황하 퇴적물은 양쯔강 퇴적물, 한국 강 퇴적물과 점토광물 함량에 의해 뚜렷하게 구분되 며, 비교적 넓은 범위에 도시되는 한국강 퇴적물들 은 양쯔강 퇴적물과 일부 중첩된다. 흑산머드벨트 퇴적물들은 세 기원지 전반에 걸쳐 넓게 분포하며, 주로 황하와 양쯔강의 영역에 중첩된다(Fig. 3). 퇴 적 단위별 코어 퇴적물들을 삼각도표에 도시한 결 과, 퇴적 단위 3 (> ~13.0 ka)는 주로 황하 기원 퇴 적물로 확인된다. 퇴적 단위 2 (~13~~6 ka) 퇴적물 들은 대체로 황하와 양쯔강 사이에 위치하며, 한국 강의 영역에도 포함될 수 있다. 퇴적 단위 2 점토 광물의 수직적 변동을 고려하면(Fig. 2), 이 시기동 안 황하의 영향은 감소하고 양쯔강과 한국 강으로 부터의 영향이 강해진 것으로 판단된다. 그러나 퇴 적 단위 2는 흑산머드벨트 영역에도 속하므로, 양 쯔강과 한국 강들로부터의 공급뿐만 아니라 흑산머 드벨트 퇴적물의 재동에 의한 공급도 고려되어야 한다. 퇴적 단위 1 (> ~6 ka) 퇴적물들은 퇴적 단 위 2에 비해 상대적으로 양쯔강과 한국 강으로 치 우친 위치에 집중되며, 퇴적 단위 2와 마찬가지로 흑산머드벨트의 영역에도 포함될 수 있다.

    따라서, 점토광물을 이용한 기원지 식별에서 남 해중앙니질대 퇴적물들은 퇴적 단위 3 동안 황하로 부터 주로 공급되었으며, 이후 황하 퇴적물의 영향 은 약해지고 양쯔강과 한국강 퇴적물 또는 재동된 흑산머드벨트 퇴적물의 공급이 강해진 것으로 판단 된다. 수직적 변동을 고려하면, 퇴적 단위 2 동안 빠르게 퇴적물 기원지가 변화하였으며, 퇴적 단위 1에 이르러 비교적 일정한 공급이 이루어진 것으로 사료된다.

    주성분원소 함량을 이용한 퇴적물 기원지 식별

    주성분원소는 점토광물과 마찬가지로 기원암의 특성을 반영하기 때문에, 기원지 식별을 위해 활발 히 이용되어 왔다(Lim et al., 2007b; Ha et al., 2013, Koo et al., 2018). 한국 강 퇴적물은 일반적 으로 Al, Fe, K 등이 풍부한 반면, 중국 강 퇴적물 은 탄산염암과 황토(loess)층으로부터 공급되기 때 문에 Mg, Ca, Na 등이 풍부한 것으로 알려져 있 다(Lim et al., 2007b; Ha et al., 2013, Koo et al., 2018). 그러나 Na와 Ca는 화학적 작용에 약하고, 퇴적물 운반 중 해수의 염분과 탄산염, 해양 생물 등의 이차적 요인에 의해 조절되기 때문에 기원지 지시자로 이용하기는 부적합하다(Cho et al., 1999; Yang et al., 2003, Lim et al., 2007b, Ha et al., 2013). 또한, 강 퇴적물에서 주성분원소의 함량은 일차적으로 퇴적물의 입도(grain size)에 의해 조절 되기 때문에(Lim et al., 2007b; Ha et al., 2013), 입도효과의 상쇄가 필수적이며, 본 연구에서는 입도 효과를 최소화하기 위해 63 μm 이하의 입자만을 이용하였다.

    주성분원소 함량에 따른 기원지 식별을 위해, 남 해중앙니질대와 잠재적 기원지들의 Fe, K, Al의 함 량을 그래프에 도시하였다(Fig. 4). 황하 퇴적물은 낮은 Fe 함량으로 인해 다른 기원지들과 뚜렷하게 구분되며, 양쯔강과 한국 강 퇴적물들은 Mg과 Al 함량의 차이로 구분이 가능하다. 한편, 흑산머드벨 트 퇴적물들은 대체로 양쯔강과 한국 강 퇴적물들 사이에 위치한다(Fig. 4).

    전반적으로, 주성분원소를 이용한 기원지 식별은 점토광물의 결과와 동일하다. 주성분원소를 이용한 두 그래프 모두에서, 퇴적 단위 3 퇴적물들은 황하 기원으로 확인된다(Fig. 4). 퇴적 단위 1과 2의 퇴 적물들은 양쯔강과 한국 강 퇴적물들 사이에 위치 하여, 두 기원지 퇴적물의 복합적 공급을 나타난다. 그러나 점토광물 결과와 마찬가지로 두 기원지의 특성을 모두 가지고 있는 흑산머드벨트 또한 일치 하기 때문에, 흑산머드벨트 퇴적물의 재동에 의한 공급은 여전히 고려되어야 한다. 퇴적 단위 2는 퇴 적 단위 1과 비교하여 황하에 가까운 위치에 도시 되며, 이는 퇴적 단위 2 동안 퇴적물의 기원지가 황하로부터 양쯔강과 한국강들의 복합기원으로 변 화하고 있음을 나타낸다. 또한, 퇴적 단위 2 시기의 초기에는 황하로부터의 세립질 퇴적물들이 연구지 역으로 유입될 수 있었음을 의미할 수 있다(Fig. 2).

    점토광물과 주성분원소의 결과를 종합하면, 퇴적 단위 3 동안 퇴적물 공급은 주로 황하로부터 이루 어졌으며, 퇴적 단위 1은 양쯔강과 한국 강들로부 터 퇴적물을 공급받거나, 흑산머드벨트의 재동된 퇴적물이 공급된 것으로 판단된다. 퇴적 단위 2는 퇴적물 기원지가 변화되는 시기로, 점토광물과 주 성분원소의 평균함량은 대체로 퇴적 단위 1과 유 사하지만, 황하의 영향이 일부 확인된다. 따라서 남 해중앙니질대의 세립질 퇴적물들은 ‘황하 기원’으로 부터 ‘양쯔강과 한국 강의 복합 기원’ 또는 ‘흑산머 드벨트에서 재동된 퇴적물의 공급’으로 바뀌어왔다.

    해수면 변화에 따른 퇴적물의 유입

    남해중앙니질대의 두 코어 퇴적물은 약 15 ka 동 안의 퇴적 기록을 보존하고 있으며, 퇴적물 기원지 변화와 퇴적 당시의 해수면 변화에 대한 이해를 통 해, 최후빙기극대기(LGM, Last Glacial Maximum) 이후 남해 내대륙붕으로의 퇴적물 유입 경로와 과거 환경을 유추할 수 있다.

    퇴적 단위 3은 ~13 ka 이전에 형성된 층으로 현재 보다 해수면이 100~60 m 낮은 저수위기(lowstand stage)에 해당한다(Saito, 1998; Li et al., 2014b). 사질과 이질퇴적물의 교호 및 그 두께의 변화는 소 조, 대조 주기 동안 퇴적층의 두께가 달라지는 조석 리듬층으로 해석되었으며, 연구지역이 강한 조석 작용을 겪었던 것으로 보고되었다(KIGAM, 2016). 최근 탄성파 자료를 기반으로 복원된 황해의 고수 로 지도에서, 황하의 수로는 제주도 남쪽을 지나 대 한해협으로 이어지며, 양쯔강의 수로는 현재의 위 치에서 남동쪽으로 넓게 뻗어진 것으로 보고되었다 (Yoo et al., 2016)(Fig. 5). 이 시기 황하로부터 공 급된 세립질 퇴적물들은 당시의 연안류 또는 조석 작용에 의해 연구지역으로 공급되었을 수 있다. 동 중국해 북동부에 위치한 코어 PC-1에서도 저해수 면 시기에 황하의 영향이 나타나며(Xu et al., 2014), 이는 황하 퇴적물이 한반도 주변을 비롯한 동중국 해의 넓은 범위로 공급되었음을 의미할 수 있다. 연구지역은 섬진강 고수로와 인접해 있으므로 (KIGAM, 2016), 섬진강 퇴적물 또한 유입되었을 것으로 판단되지만, 황하로부터 공급된 많은 세립질 퇴적물들로 인해 섬진강의 점토광물 및 주성분원 소의 특징이 나타나지 않은 것으로 사료된다(Figs. 3 and 4). 또한, 퇴적 단위 3 시기동안 황하와 연 구지역 사이의 거리가 섬진강보다 멀었던 것을 고 려하면(Yoo et al., 2015;KIGAM, 2016), 퇴적 단 위 3의 조립질 퇴적물들은 황하보다는 섬진강으로 부터 유입되었을 것으로 보인다.

    퇴적 단위 2는 ~13~~6 ka 동안 형성된 사질 퇴 적층으로 현재보다 해수면이 60~0 m 낮은 해침기 (transgressive stage)에 해당한다(Saito, 1998; Li et al., 2014b). 퇴적 단위 2의 사질 퇴적층은 일부 패 각 파편들이 관찰되는데, 폭풍 이벤트로 인해 재동 된 것이다(KIGAM, 2016). 남해 대륙붕은 완만한 경사를 가지고 있기 때문에, 해수면 상승 동안 빠 르게 해안선이 후퇴했으며, 빠른 해안선의 후퇴는 퇴적물 퇴적 공간에 강한 조류와 해류가 미치게 함 으로써, 조립퇴적물의 우세한 선별 퇴적이 이루어 졌을 것이다(KIGAM, 2016). 이러한 해침에 의한 사질 퇴적물 층은 한반도 주변 대륙붕 전체에 걸쳐 넓게 분포하며, 일반적으로 3 m 이하의 얇은 퇴적 층을 형성하고 있다(Saito, 1998; Berne et al., 2002;Yoo and Park, 2000; Shinn et al., 2007; Lee et al., 2013). 한편, 해수면 상승으로 인해 황하의 하 구는 황해의 중앙으로 이동되었으며(Yoo et al., 2016), 연구지역으로의 황하의 영향 또한 점차 감 소되었다. 세립질 퇴적물의 기원은 퇴적 단위 2 동 안 빠르게 변화하고, 최종적으로 퇴적 단위 1의 퇴 적물 기원과 동일해진다(Fig. 2).

    퇴적 단위 1은 ~6 ka 이후의 이질 퇴적층으로 현 재와 비슷한 해수면과 해양순환이 형성되고 남해중 앙니질대가 형성된 시기이다. 남해중앙니질대는 섬 진강과 매우 가까움에도 계산된 남해중앙니질대 총 퇴적물의 양과 섬진강의 비교적 작은 유량을 고려 하여, 섬진강 이외의 다른 퇴적물 공급원이 있을 것 으로 추측되었다(Um et al., 2018). 코어 GC01에 서만 나타나는 퇴적 단위 1ʹ은 퇴적 단위 1과 연대, 암상 및 입도 등의 특징이 동일하고 점토광물과 주 성분원소의 분석 결과 역시 비슷하기 때문에 폭풍 이벤트에 의한 퇴적층의 역전이 일어난 것으로 판 단된다.

    기존 연구들은 한국연안류를 퇴적물 운반의 주 요 경로로 제안하였으며, 서부 남해중앙니질대는 HMB의 재동된 퇴적물로 구성되고, 동부 남해중앙 니질대는 인접한 섬진강의 영향을 받는 것으로 보 고하였다(Bae et al., 2014; Um et al., 2018). 코어 GC01과 GC03은 섬진강 기원으로 보고된 동부 남 해중앙니질대에 위치하지만(Bae et al., 2014; Um et al., 2018), 점토광물 및 주성분원소 결과는 ‘양 쯔강과 한국 강 퇴적물의 복합 기원’ 또는 ‘재동된 흑산머드벨트 기원’을 나타낸다(Figs. 3 and 4). 따 라서 코어 GC01과 GC03의 결과는 한국연안류를 따라서 공급된 흑산머드벨트 퇴적물 또는 양쯔강 퇴적물들이 동부 남해중앙니질대까지 이동될 수 있 는 것으로 판단되며, 표층 퇴적물에 대한 추가적인 연구를 통해 분명하게 확인될 것으로 기대된다.

    한편, 남해중앙니질대로 공급되었을 것으로 제안 된 흑산머드벨트는 퇴적물의 기원에 대해 많은 논 란이 있었지만, 최근에는 북부와 남부가 서로 다른 퇴적 기원을 갖는 것으로 보고되었다(Wei et al., 2003; Lim et al., 2007a; Cho et al., 2015; Kwak et al., 2016). 남부 흑산머드벨트는 황하 퇴적물의 영향이 우세하며 6 ka 이후 퇴적이 이루어지지 않 고 있으나, 북부 흑산머드벨트는 한국 강과 양쯔강 퇴적물이 우세하며 2~5 mm/yr의 높은 퇴적률을 가진다(Lim et al., 2007a; Cho et al., 2015; Kim et al., 2018). 높은 퇴적률을 가지는 북부 흑산머 드벨트는 남해중앙니질대와 마찬가지로 한국 강 이 외의 퇴적물 공급원이 있어야 할 것으로 제안되었 고(Lim et al., 2007a), 북부 흑산머드벨트 퇴적물 이 재동되어 남해중앙니질대로 공급되는 것은 어 려워보인다. 현재 퇴적률이 ‘0’인 남부 흑산머드벨 트는 침식되어 연구지역으로 공급될 수 있을 것으 로 보이지만(Lim et al., 2007a), 퇴적 단위 1 퇴적 물에서 황하의 특성이 전혀 나타나지 않으므로 남 부 흑산머드벨트로부터의 공급은 없거나 미미할 것 으로 판단된다. 따라서 퇴적 단위 1 퇴적물들은 양 쯔강과 한국강의 복합기원으로 사료되며, 한국강 퇴 적물은 주로 인접한 섬진강으로부터 공급되었을 것 이다.

    Lee et al. (1998)은 계절에 따라 한반도와 중국 연안의 혼탁수(turbid water mass)가 변동되고, 겨울 철에 두 수계가 연결됨을 보였다. Lim et al. (2007a) 은 겨울철에 형성되는 이 통로를 양쯔강 퇴적물들 이 한반도로 유입될 수 있는 이동경로로 제안하고, 흑산머드벨트와 남해중앙니질대의 형성에 기여할 수 있다고 보고하였다(Fig. 5). 그러므로 양쯔강 희 석수(Changjiang Diluted Water)를 통해 퍼져나갈 수 있는 양쯔강의 세립질 퇴적물들이 겨울철 연결 된 수괴 통로를 통해 연구지역으로 공급되었을 것 으로 판단되며, 이 영향은 퇴적 단위 2부터 점차 증 가하여 퇴적 단위 1에 이르러 일정하게 유지된다.

    결 론

    남해중앙니질대에서 채취한 16PCT-GC01, 16PCT-GC03 코어를 이용하여 코어의 점토광물 및 주성분원소를 통해 퇴적물의 기원지에 대한 연 구를 수행하였다.

    • 1) 16PCT-GC01, 16PCT-GC03 코어는 연대 및 입도분석 결과를 바탕으로 3개의 퇴적 단위로 구 분할 수 있다. 퇴적 단위 3은 ~13 ka 이전의 층으로, 사질과 이질퇴적물이 서로 교호하며 나타난다. 퇴 적 단위 2는 ~13~~6 ka 시기의 층으로, 사질 퇴적층 이 나타난다. 퇴적 단위 1은 ~6 ka 이후의 이질 퇴 적층이다.

    • 2) 점토광물 및 주성분 원소를 이용해 각 퇴적 단 위별 기원지를 분석해본 결과 퇴적 단위 3은 황하 퇴적물 기원, 퇴적 단위 2는 황하에서 양쯔강 및 한 국 강 퇴적물의 복합기원으로 기원지가 변화하는 과 정, 퇴적 단위 1은 양쯔강 및 한국 강 퇴적물의 복 합기원 혹은 흑산머드벨트 퇴적물이 재동된 것으 로 판단된다.

    • 3) 기원지 분석결과와 연대 및 입도분석 결과를 종합한 결과, 퇴적 단위 3은 황하로부터 공급된 퇴 적물이 연안류 혹은 조석 작용에 의해 연구지역으 로 공급된 것으로 해석된다. 퇴적 단위 2는 해수면 이 상승하면서 현재보다 높은 해저면의 응력으로 인해 조립질 퇴적물이 퇴적되고 황하의 하구가 연 구지역과 점점 멀어지며 퇴적물의 기원지가 퇴적 단위 1의 기원지로 변화하는 과정으로 판단된다. 퇴적 단위 1은 양쯔강과 한국강으로부터 퇴적물이 해류를 통해 연구지역으로 공급된 것으로 해석되 며, 황하 퇴적물의 특징이 나타나지 않기 때문에 흑 산머드벨트 퇴적물의 재동 가능성은 없는 것으로 판 단된다.

    사 사

    이 논문은 2017년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업입니다(No. 2017R1D1A1B03027818, 최후빙기극대기 이후 한반도 주변 고환경 변화 연구; 광물학적인 방법). 또한 이 논문 에서 참고한 KIGAM의 자료는 미래창조과학부에서 시행 한 ‘남해 섬진강 고수로 해저지질 자원조사 연구’ 사업의 결과입니다. 부족한 원고를 세밀하게 심사하여 문제점을 지적해주시고 훌륭한 제안을 해주신 심사위원님들께 감 사드립니다.

    Figure

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    Map showing (a) the surface circulation in the South Sea and rivers around the study area as well as the (b) locations of core 16PCT-GC01 and 16PCT-GC03.

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    Vertical variations of grain size, clay minerals and major elements compositions of core 16PCT-GC01 and 16PCT-GC03. Mean grain size data and age data (yr BP) of cores were obtained from KIGAM (2016).

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    Ternary diagram of major clay mineral groups, illite, smectite, and kaolinite + chlorite of 16PCT cores and river sediments from potential provenance of the study area. Data on potential sources, including Changjiang and Huanghe (Cho et al., 2015; Koo et al., 2018) and Korean rivers and HMB data (Cho et al., 2015) are drawn for comparison.

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    Discrimination plot between Fe and (a) Al and (b) Mg of 16PCT cores and river sediments from potential provenance of the study area. Data on potential sources, including Changjiang, Huanghe, Korean rivers (Lim et al., 2007b), and HMB data (Ha et al., 2013), are drawn for comparison.

    JMSK-32-4-235_F5.gif

    Schematic map summarizing the sediment transport patterns in the study area in (a) Unit 1 (< 6 ka) and (b) Unit 3 (> 13 ka) (Modified after Lim et al., 2007a). The coastline of the Unit 3 is represented by the current isochore line (60 m). Interpretation for figures is given in the text.

    Table

    Comparisons between clay mineral characteristics (%) of 16PCT cores and those of the potential provenances

    Average compositions of major elements (%) in each unit of 16PCT cores

    Reference

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