Paleovegetation and Paleoclimate Changes in Southeastern Part of the Korean Peninsula over the Last 30 kyr Inferred from Plant Wax Carbon Isotopes

Note

http://dx.doi.org/10.4217/OPR.2018.40.4.289 Ocean and Polar Research December 2018

장족형 탄화수소(n-alkane)의 탄소 안정동위원소비를 통한 과거 3만년 동안 한반도 남동해안의 고식생 및 고기후 복원

서연지^1* · 현상민²

1한국해양과학기술원 대양자원연구센터

2한국해양과학기술원 관할해역지질연구단 (49111) 부산광역시 영도구 해양로 385

Paleovegetation and Paleoclimate Changes in Southeastern Part of the Korean Peninsula over the Last 30 kyr Inferred from Plant Wax

Carbon Isotopes

Yeon Jee Suh^1* and Sangmin Hyun²

1Global Ocean Research Center, KIOST

2Korean Seas Geosystem Research Unit, KIOST Busan 46083, Korea

Abstract : This study reconstructs past vegetation changes in southeastern Korea over the last 30 thousand years using plant waxes (i.e. long chain n-alkanes) and their carbon isotopic compositions (δ

C

) preserved in marine sediment core (KIODP 12-1) retrieved from the East Sea. Here we show changes in vegetation composition in the Korean peninsula in relation to the strength of the East Asian Summer Monsoon. During the Last Glacial Maximum (LGM), when the summer monsoon weakened, precipitation decreased and C

grassland expanded. After the LGM, the summer monsoon gradually intensified, increasing rainfall, and thus expanding the forestland coverage. Precipitation climaxed from 10 to 6 kyr BP, which includes the Holocene Climate Optimum. The grassland began to expand since 5 kyr BP due to climate warming and drying towards the present. The δ

C

values may also have been influenced by agricultural activities, which is known to have begun since the late Neolithic (ca. 7.0~3.0 kyr BP). Our results demonstrate how changes in the global climate state influence regional atmospheric circulation and precipitation distribution, and consequently terrestrial plant composition in southeastern Korea.

Key words : C

plant, C

plant, compound-specific stable isotopes, biomarker, plant wax

1. 서 론

최종빙기 최성기(Last Glacial Maximum; LGM)부터 홀로세(Holocene)까지 한반도는 기후 온난화, 해수면 상 승, 여름몬순의 강도변화 등 다양한 환경 변화를 겪었으며

(Lee 2007; Oba et al. 1991; Wang et al. 2008; Zhisheng et al. 1990), 이러한 변화에 따라 한반도 내 식생 또한 역 동적으로 변해왔다(Jun 2017; Park et al. 2012; Yi 2011).

식생분포는 온도, 강수량, 일조량, 대기 중 이산화탄소의 농도 등에 민감하기 때문에 환경변화를 유추하는데 유용 한 자료가 된다. 이와 관련하여, 한반도 내에서 식생복원 연구는 습지 퇴적층(Choi et al. 2005; Jang et al. 2006;

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

Jun et al. 2010; Park and Yi 2008; Yi et al. 2012), 호수 퇴적물(Chang and Kim 1982; Fujiki and Yasuda 2004;

Yoon et al. 2008), 해양퇴적물(Jun 2017; Park et al.

2018) 등 다양한 지질시대 기록물을 대상으로 화분분석 등을 통해 이루어졌다. 하지만 기존의 연구는 탄소동위원 소 측정연대가 결여되어 있거나 화분 검출량이 적은 경우 가 많아, 빙하기부터 현세까지의 연속적인 기록을 보여주 고 있지 못하다. 따라서 기존 화분분석 결과와 대조해 볼 만한 신뢰성 있고 연속적인 고식생 프록시 기반 연구결과 가 절실히 필요하다.

장족형 탄화수소(long chain n-alkanes)는 육상 고등식 물 잎의 표면 큐티클층(cuticle)에 생성되는 지질성분 (plant wax) 중 하나이며 수분손실을 억제하고 외부로부터 잎을 보호하는 역할을 한다(Eglinton and Hamilton 1963, 1967). 장족형 탄화수소는 탄소 수 범위가 C

에서 C

인 것을 가리키며, 홀수 탄소원자가 짝수보다 우세하게 나타 나는 것이 특징이다. 장족형 탄화수소의 탄소 안정동위원 소비(δ

C

) 는 광합성을 통해 탄소가 고정되는 경로(C

와 C

)를 반영한다. 예를 들어, 주로 습윤한 지역에 서식 하는 C

광합성 경로를 가진 식물은 광합성 과정에서 탄 소동위원소비의 조성변화(즉 분별작용, fractionation)가 크게 일어나 -35 ± 5‰라는 비교적 낮은 δ

C

값을 갖는 다. 반면, 대부분 초본류로 구성된 C

식물은 C

식물보다 수분손실과 광호흡이 적어 탄소 고정효율이 높기 때문에 대기 중 CO

농도가 낮거나, 강한 빛과 건조한 조건에서 도 잘 생육하며(Kim et al. 2011; Yoon et al. 2012), -20 ± 5‰ 정도의 높은 δ

C

값을 갖는다(Bush and McInerney 2015; Chikaraishi and Naraoka 2007; Collister et al. 1994; Diefendorf and Freimuth 2017). 또한 C

식물 은 강수량에 따라 δ

C

값이 달라지는데, 서식환경이 건 조할수록 분별작용이 감소하고 δ

C

값이 높아진다 (Diefendorf et al. 2010). 이처럼 식생과 환경조건에 따른 δ

C

의 분별력과 오랜 지질시대 동안에도 보존율이 높 은 장족형 탄화수소의 장점을 이용하여 육상, 호수, 또는 해양퇴적물을 대상으로 고식생, 고환경 및 탄소순환을 복 원할 수 있다(Diefendorf et al. 2011; Feakins et al. 2013;

Pancost and Boot 2004).

한반도 식생분포는 위도와 고도에 따른 온도 차이에 의 해 달라진다. 최북단 고산지대에는 주로 침엽수림이, 위도 가 낮아질수록 온대 낙엽 활엽수림이, 남해안을 따라서는 난온대 상록활엽수림이 분포하며(Yim and Kira 1975), C

또는 C

초본류는 주로 기온이 높거나 건조하거나 위도가 낮은 지역에 분포되어 있다(Kim et al. 2011). 과거 빙기- 간빙기 동안의 한반도 식생분포는 현재와 다른 양상을 보 였을 것이며, 특히 기온과 강수량에 따라 수목류와 초본류 의 상대분포가 변화했을 것이다. 이 연구는 동해에서 획득

한 시추 코어 퇴적물(KIODP 12-1)에 보존되어 있는 육상 고등식물 잎의 지질성분인 장족형 탄화수소를 이용하여 최종빙기부터 현세까지 약 3만년 동안 한반도 고식생 분 포를 복원하고, 한반도 주변의 고기후, 몬순순환, 해수면 변동과의 관련성을 이해하기 위해 수행되었다.

2. 시료 및 연구지역 환경

이번 연구에 사용된 시추코어(KIODP 12-1)는 북위 35

48.13, 동경 129

41.90에 위치한 포항 앞바다 수심 187 m 대륙붕 사면에서 획득되었다(Fig. 1A). 코어의 전 체 길이는 407 cm이며, 상부 113 cm가 분석에 사용되었 다. KIODP 12-1 코어는 육지에서 17 km 가량 떨어져 있 으며, 경주, 포항, 울산에 가깝게 위치하여 남동해안 지역 일대에서 이동된 고등식물의 지질성분을 가장 많이 반영 할 것으로 예상된다.

동해는 수심이 상대적으로 얕고 폭이 좁은 대한해협 (Korea Strait), 쓰가루 해협(Tsugaru Strait), 소야 해협 (Soya Strait), 타타르 해협(Tatar Strait)을 통해 대양과 연 결되어 있는 반 폐쇄성 해역이다(Fig. 1B). 대한해협을 통 해 유입되는 고온고염의 대마난류(Tsushima warm current) 는 동해안을 따라 북쪽으로 흐르며 이를 동한난류(East Korea Warm Current) 라 부른다. 러시아 연안과 북한연안 을 따라 차가운 리만한류(Liman Cold Current)와 북한한 류(North Korea Cold Current)가 남하하며, 계절에 따라 난류와 한류는 강한 시공간적 변동을 보인다. 과거 지질시 대 동안 동해는 다양한 고해양학적 변화를 겪어왔다. 예를 들면 최종 빙하기 동안 빙하의 질량변화에 따라 해수면은 120 m 가량 하강하였고 수심이 낮은 대한해협은 육지로 노출되어 동해로 흐르는 대마난류의 유입이 차단되었다 (Xu et al. 2010; Zheng et al. 2013).

한반도는 아시아 대륙의 동안에 위치하여 해양성 기후 뿐만 아니라 대륙성 기후의 영향을 크게 받으며 여름(8월

= 23~26

C)과 겨울(1월 = -6~3

C)의 기온 차이가 크다.

한국을 포함한 동아시아는 해양과 대륙 간의 비열 차이에

의해 생성된 몬순 순환의 영향을 받는다. 겨울철에는 아시

아 내륙에 발달하는 강한 고기압의 영향으로 한랭 건조한

편서풍이 불고, 반면 여름철에는 저기압의 영향으로 저위

도 해역에서 북상한 고온 다습한 남풍에 의해 겨울철보다

높은 강수량을 보이는 것이 특징이다(Fig. 1C). 제4기 후

기 빙기-간빙기 동안 아시아 몬순의 강도변화는 기후와

밀접한 관계를 보였다(Wang et al. 2008). 예를 들어 간빙

기 시기에 여름몬순이 활성화 되었고, 홀로세 온난기후 최

적기(Holocene Climatic Optimum) 시기에 여름몬순의 강

도가 높아지는 특징을 보였다(Kutzbach and Street-Perrott

1985).

3. 실험 방법

14

C 연대측정

14

C 연대측정은 코어의 19~21 cm, 43~45 cm, 99~

101 cm 구간에서 총 유기퇴적물(bulk organic sediment)과 136~138 cm 구간에서 유공충(Globigerina bulloides)시료 를 채취하여 미국 플로리다 Beta Analytics Inc.에 의뢰하 였다(Table 1). 총 유기퇴적물 시료는 >180 µm 체에 거른 후 산처리(acid wash)를 통해 무기탄소를 제거하였다. 유 공충 시료는 곁가지를 제거하기 위해 약 30초간 초음파 (sonication) 분해 처리를 하였고, 분석 결과에 대한 전지 구적 리저브어 영향과 지역 리저브어 영향을 보정해 주었 다. 모든 분석결과는 INTCAL09 데이터 베이스를 활용하

여 BP 연대로 보정되었다(Heaton et al. 2009; Reimer et al.

2009).

지질 추출 및 분석

1 cm 두께의 퇴적물 시료를 10 cm 간격으로 총 13개를 채취하여 탄화수소를 추출하여 분석하였다. 퇴적물 시료 는 동결 건조 후 Spex mill을 사용하여 분말화 하였다. 가 속 용매 추출기(ASE; Dionex 200)를 이용하여 약 20 g 가량의 퇴적물 시료를 3회에 걸쳐 총 지질성분을 추출하 였다. 이때 사용된 혼합 유기용매는 CH

Cl

: MeOH (95 : 5, v/v)이며, 압력은 ~1500 psi, 추출온도는 100

C 로 설정하였다. 총 지방은 0.5 g의 아미노 프로필(Supelco Supelclean LC-NH2) 컬럼을 이용하여 중성지방(탄화수 소)과 극성지방(지방산)으로 분리하였다. 중성지방은 혼합 유기용매 CH

Cl

: IPA(2 : 1) 를, 극성지방은 포름산이 4%

첨가된 에틸 에테르를 각 4 ml씩 컬럼에 용리시켜 분리하 였다.

탄화수소를 포함하는 중성지방은 electron-impact ionization(70 eV)과 quadrupole mass selective detector (MSD, Agilent 5975C)가 연결된 GC-MS 및 FID(gas chromatography-mass spectrometer 및 flame ionization detector, Agilent 7890A)를 사용하여 분리, 분석 하였다.

분석에 사용된 컬럼은 DB-5(길이 30 m, 직경 0.25 mm, 필름두께 25 μm; Agilent J & W)이며, 보호 컬럼은 Fig. 1. Bathymetry map of the KIODP 12-1 sediment core site (A). Oceanographic circulation map of the East Sea

and surrounding regions (B) indicated by red and blue arrows to designate warm and cold currents, respectively (TWC: Tsushima Warm Current; EKWC: East Korea Warm Current; NKCC: North Korea Cold Current; LCC: Liman Cold Current). Seasonal changes in atmospheric circulation of the East Asian monsoon (C; modified from Yi (2011)). Red and blue arrows indicate summer and winter wind systems, respectively

Table 1.

C age dating results from core KIODP 12-1 Depth

(cm) Method AMS age

(yr BP) 21 Organic sediment 1,960 ± 30 45 Organic sediment 4,480 ± 30

60 U-Oki Tephra* 9,300

101 Organic sediment 27,010 ± 140 137 foraminifera

(Globigerina bulloides) 36, 770 ± 360

*Chun et al. 1997

Restek Rxi( 길이 5 m, 직경 0.32 mm)를 사용하였다. 이동 상 가스는 헬륨을 사용하였으며, 온도조건은 1분 동안 60ºC 유지 후, 60~320ºC까지 6ºC/분으로 증가하고, 그 이 후 15분간 320ºC를 유지하였다. 탄화수소는 표준물질, 라 이브러리 데이터베이스(NIST 2008), 스펙트럼 라이브러 리 및 retention time을 이용하여 정성분석 되었다. 탄화수 소를 정량적으로 환산하기 위해 사용된 내부 표준물질은 1,1′-binaphthyl 이며, 분석 전 각 시료에 첨가되었다. 검정 곡선관계식을 얻기 위해 외부 표준물질(alkane standard solution, Sigma-Aldrich Co.) 을 0.5~100 μg/ml 농도로 분 석하였고, 시료의 peak 면적은 내부 표준물질의 면적과 비 교하여 정량분석 되었다. 정확도와 정밀도는 농도를 알고 있는 표준물질을 분석하여 계산되었고, 0.85 μg/ml(1σ, n = 46) 및 -0.13 μg/ml(n = 46)이다.

장족형 탄화수소(n-C

~n-C

) 의 평균 탄소 사슬길이 (Average chain length; ACL) 를 계산하는데 다음 식 (1)이 사용되었다(Freeman and Pancost, 2014):

(1) 탄화수소의 탄소 안정동위원소비(δ

C

) 분석

δ

C

분석에 앞서, 5% silver nitrate impregnated silica gel 컬럼에 4 ml hexane 및 4 ml ethyl acetate를 각 각 용리하여, 포화 및 불포화 탄화수소로 분리하였다. 분 리된 포화 탄화수소는 Thermo Trace GC Ultra를 부착한 Thermo Electron Delta V Advantage 안정동위원소 질량 분석기를 사용하여 분석되었다. GC 온도는 탄화수소 정 량 분석할 때와 동일하게 하고 온도 증가 속도를 8ºC/분으 로 설정하였다. 표준물질로 Mix A5(인디애나 대학의 Arndt Schimmelmann, n-C

~ n-C

) 가 사용되었고, 국제 표준물질 VPDB에 대한 δ 값으로 환산하였다(Coplen 2011; Coplen et al. 2006). δ

C

분석의 정확도와 정밀 도는 각각 0.1‰(n = 78) 및 -0.1‰(n = 78)이다.

δ

C

값의 보정

δ

C

는 탄소고정 경로(C

와 C

)에 따른 분별작용과 상대습도뿐만 아니라 식물이 흡수하는 대기 중 이산화탄 소의 δ

C(δ

C

)도 반영한다. 과거 지질시대 동안 전 지구적 탄소순환은 화산활동 및 생물권 호흡 등에 의해 급격한 변화를 겪었고(Berner 1998; Kump and Arthur 1999), 그로 인해 대기 중 이산화탄소를 포함한 탄소흡수 원의 δ

C 값 또한 변동해 왔다(Tipple et al. 2010;

Zachos et al. 2008). 제4기 동안 δ

C

는 주로 빙기-간 빙기에 따라 1.5~2‰ 가량 변해왔는데, 이에 δ

C

를 이

용한 고식생 분포변화 복원을 위해서는 δ

C

변동 영 향을 보정해 주어야 한다. 이 연구에서는 빙하코어에 기록 된 δ

C

값(Elsig et al. 2009; Friedli et al. 1986;

Leuenberger et al. 1992; Smith et al. 1999)을 다음 식 (2) 에 적용하여 산업혁명 이전의 δ

C

값(-6.5‰)으로 보 정하였다.

(2)

δ

C

은 탄화수소의 탄소동위원소 값이며, ɛ

는 광 합성과 지질합성을 포함한 식물의 대사과정 중 일어나는 총 분별작용 값을 나타낸다.

4. 결과 및 토의

층서 및 퇴적특성

총 4개의 구간에서 실시된

C 연대측정 결과는 평균 21 cm 에서 1,960 ± 30 yr BP, 45 cm에서는 4,480 ± 30 yr BP, 101 cm에서는 27,010 ± 140 yr BP, 그리고 137 cm에 서는 36,770 ± 360 yr BP의 연대를 얻었다(Table 1).

50~60 cm 구간은 테프라층이 두껍게 퇴적되어 있는데, 실 체현미경으로 입자들을 관찰한 결과, 다양한 직경과 크기 의 부석과 유리질, 유공충과 스코리아 파편이 관찰되었다 (Fig. 2). 연구지역에서 근접한 울릉분지에서 관찰된 제4기

C₂₅+C₂₇+C₂₉+C₃₁+C₃₃+C₃₅

( )

---

=

ε

δ

C

+ 1 δ

C

+ 1 --- 1 –

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

=

Fig. 2. Lithology of marine sediment core used in this

study (KIODP 12-1) and

C age dating results

using bulk organic sediments from 21 cm, 45 cm,

and 101 cm, and foraminifera (Globigerina

bulloides) from 137 cm. The microscopic view of

the tephra layer at 60 cm depth

테프라층은 울릉-오끼층(Ulleung-Oki; ca. 9.3 kyr), 아이 라-탄자와층(Aira-Tanzawa; ca. 21.5 kyr), 울릉-야마토층 (Ulleung-Yamato; ca. 33 kyr)이 보고되었다(Chun et al.

1997; Machida and Arai 1992; Park et al. 2005). 관찰된 테프라층의 구성입자는 울릉-오끼층 특성을 띄었고,

C 연대측정 결과를 통해 계산된 연대와도 잘 일치하였다. 따 라서 이 연구에서는 테프라층이 시작하는 60 cm를 9.3 kyr 로 간주하여 층서를 설정했다.

120~60 cm(30~12 kyr) 구간은 균질한 점토로 분류되 며, 약간의 유공충과 패각이 관찰되었다(Fig. 2). 홀로세 동안 퇴적층은 사질과 점토로 구성되어 있었고 약간의 패 각이 관찰되었다. 연구에 사용된 코어의 퇴적율은 빙기와 간빙기 사이에 뚜렷한 차이를 보였다. 빙기와 전이시기에 해당하는 120~67 cm(30~13 kyr) 구간에는 3.6~5.0 cm/

kyr 의 낮은 퇴적율을 보였고, 간빙기에 해당하는 60 cm (12 kyr) 부터 점차 퇴적률이 상승하여 50 cm(6 kyr) 이후 에는 8.9~10.7 cm/kyr 로 높은 퇴적율을 보였다. 울릉분 지에서 보고된 퇴적율 범위와 비교하면, 빙기 동안의 퇴적 율은 보고된 결과와 일치하며 간빙기 동안은 울릉분지보 다 약간 낮다(Chun et al. 1998; Jun 2017). 얕은 수심에 위치한 KIODP 12-1 코어의 경우, 최종빙기 이후 해수면 의 상승으로 인해 해안퇴적물이 빠르게 축적되어 퇴적율 이 증가한 것으로 보인다(Droxler and Schlager 1985). 약 8~6 kyr BP 구간은 해수면의 급격한 상승으로 야기된 해 안침식으로 인해 퇴적소극(hiatus)이 있었던 것으로 판단 된다(Itaki, T., personal communication).

고식생 및 고환경 복원

장족형 탄화수소(C

~C

)의 평균 탄소 사슬 길이

(Average Chain Length; ACL) 는 식생과 기후변화를 반영 한다는 연구보고들이 있다(Fig. 3; Bush and McInerney 2015; Freeman and Pancost 2014). 하지만 기존 연구자료 를 이용하여 다양한 환경에서 서식하는 현생식물의 δ

C

와 서식온도의 상관관계를 분석한 최근 연구(Diefendorf and Freimuth 2017)에 의하면, C

식물의 ACL과 온도 사 이에는 유의한 상관관계를 보이지 않으며, C

식물의 경 우 온도가 증가할수록 ACL이 상승하는 경향을 보였다.

이처럼 ACL에 대한 해석은 아직 논쟁의 여지가 있지만, 주로 기온이 높고 건조한 지역에서 발달하는 C

초본류에 서 n-C

과 같은 긴 사슬 탄화수소 생산량이 일관되게 높 게 나타났으므로, 이 연구에서는 ACL의 증가를 C

초본 류의 발달로 해석하였다. 코어 전체에서 ACL 값은 29.6~

30.2 사이로 변화하고 있고, 115~50 cm(30~6 kyr) 구간에 서 뚜렷한 변동 없이 비교적 낮은 값을 나타내고 있어 (29.8), 대체로 C

식물이 우점하였음을 지시한다.

δ

C

값은 C

식물의 확장 뿐만 아니라 C

식물이 서 식하는 환경 내 강수량 변화와 C

초본류 증가에 민감하 다(Diefendorf et al. 2010). 그러므로 δ

C

값을 통해 C

식물이 우점했던 시기 동안 강수량 변화를 유추해 볼 수 있다. 과거 δ

C

변동 영향이 보정된 n-C

와 n-C

탄 화수소 δ

C

값(δ

C

와 δ

C

) 은 코어 전체에서 약 -34‰~ -31‰의 범위를 보였다(Fig. 3). 이 결과는 C

식물 이 지난 3만년 동안 남동해안 지역에 우세하게 분포하였 음을 나타낸다. 시기별 변화를 살펴보면, 30~24 kyr 동안 δ

C

가 -31.7‰~-31.1‰, δ

C

이 -32.9‰~-31.9‰

사이의 비교적 높은 값을 보였고, 특히 93cm 구간에서 전 체 코어 중 가장 높은 δ

C

값을 보였다(C

= -31.1‰, C

= -31.9‰). 이 구간은 LGM(25~18 kyr)에 해당하는

Fig. 3. Downcore profiles of n-alkane average chain length (ACL

), δ

C

values of n-C

and n-C

(‰), alkenone

derived sea surface temperature (°C) from Lee (2007), cave δ

O records indicating strength of the East Asian

summer monsoon (Wang et al. 2008), and pollen records from the East Sea (Jun 2017; Park et al. 2012)

시기이며, 당시 대기환경이 건조했거나 초본류가 확장했 음을 지시한다. 기존 연구결과에 의하면 LGM 동안 해수 면이 120 m 가량 감소하였는데, 이로 인해 노출된 대륙에 초지가 발달한 것으로 보고된 바 있다(Xu et al. 2010;

Zheng et al. 2013). 따라서, LGM 시기 남동해안 주변에 C

초본류가 확장한 것으로 해석된다. 초본류는 건조한 평 야지대 또는 수목류가 서식하기 힘든 한랭건조한 지역에 주로 밀생하는 것으로 보고되고 있으므로, 당시 기후가 한 랭 건조하였음을 지시한다.

울릉분지에서 획득한 코어퇴적물에 대한 화분분석 연구 결과에 의하면 54~25 kyr 시기에 한반도는 아한대 침엽수 림에서 낙엽활엽수 및 광온성(eurythermic) 침엽수가 우점 하는 환경으로 전환되었다(Jun 2017). 이는 일본 서부지역 에서 복원된 고식생 연구결과와 일치하며 대체적으로 한 냉습윤한 기후였음을 지시한다(Hayashi et al. 2009). 그 이후 LGM 시기에는 본 연구결과와 달리 초본류가 크게 증가하지 않았는데(Jun 2017), 이는 δ

C

가 기온과 강수 량에 민감한것을 반영할 뿐만 아니라, 두 프록시의 이동 경로 메커니즘 차이를 야기한다. 울릉분지 코어와는 달리 경기도 하남지역 퇴적층 화분분석에 의하면, LGM시기에 아한대 침엽수와 한랭온대성 낙엽활엽수 및 다양한 초본 류가 서식하였고(Yi 2008), 이는 본 연구결과와 일치한 다. 아한대 침엽수림은 현재 한반도 최북단 고산지대에 주 로 분포하는 종이며(Lee et al. 2017), LGM 동안 아한대 침엽수림 출현율이 높아졌다는 것은 당시 한냉한 기후를 반영한다.

90~60 cm(24~10 kyr) 구간은 LGM 이후 전이기에 해 당되며 δ

C

값은 ~2‰ 정도 점차 감소하였다. δ

C

값의 감소는 C

수목류 번성 또는 습윤한 환경조건을 의 미한다. 화분분석 결과에 의하면 전이기에는 LGM 동안 번성했던 아고산성(sub-alpine) 침엽수립이 축소되었고 참 나무속이나 사귀나무속과 같은 낙엽활엽수로 대체되었다 (Yi 2008). 이러한 식생과 환경 변화는 빙하기 이후 한반 도를 포함한 동아시아의 온난다습한 여름몬순이 강화되고 그로 인한 강수량 증가와 결부되어 있다(Wang et al.

2008). 17~15 kyr 시기에는 아고산성 침엽수림이 다시 번 성하고 저지대에는 사초과와 풀들이 피복하는 한랭건조한 기후가 나타났다. 여름몬순의 강도 또한 이 시기에 감소하 는 것으로 인지되었다(Fig. 3). δ

C

결과에서는 저해상 도 분석의 한계로 급격한 기후변화로 인한 식생 변화를 파악하기는 어렵지만, 빙기-간빙기 동안 여름몬순 강화에 따른 식생 변화는 뚜렷하게 관찰되었다.

8~6 kyr는 최종 빙기 이후 기후가 가장 온난했던 홀로 세 온난기후 최적기 시기이다. 기존 연구결과에 의하면 이 시기는 대마난류의 유입으로 인해 수온과 염분이 급격히 상승하였고 여름몬순이 활성화되어 기후가 온난 다습하였

다고 알려져 있다(Jian et al. 2000; Ujiié et al. 2003). 이 후 약 6 kyr에는 대마난류가 약화되면서 수온과 염분이 감소하였다. 이러한 해양순환 및 여름몬순의 강도변화는 KIODP 12-1 코어에 대한 식생분포 변화와 밀접한 연관을 보여준다. 50~1 cm(6 kyr~현재) 구간 동안 δ

C

값이 최저치에서 최대치로 급격하게 상승하였는데(Fig. 3), 이 는 홀로세 온난기후 최적기 동안 C

수목류이 발달하는 습윤한 환경에서 초본류가 번성하는 건조한 환경으로 변 화했음을 의미한다. 화분분석에 대한 기존 연구결과 또한 온난습윤한 기후를 지시하는 Quercus 속이 7 kyr 동안 최 대로 번성한 후, 말기에 접어들수록 점차 줄어들었으며, 한냉기 수목으로 출현하는 소나무(Pinus) 속이 증가하였 고, 자작나무(Betula) 속, 쑥(Artemisia) 속, Poaceae 등 건 조한 환경에 출현하는 식생이 꾸준히 등장했음을 보고하 고 있다(Jo 1979; Park et al. 2012). ACL 또한 6 kyr 이후 급격하게 상승하였는데, 이는 C

식물의 확장을 제시한 다. 한반도의 농업은 신석기(ca. 7.0~3.0 kyr BP) 후기 경, 잡곡 농사로부터 시작되었다(Juliano 1985; Yasuda et al.

1980). 농업활동 확대는 많은 지역의 식생분포를 변화시켰 고, 그러한 변화는 δ

C

값에 반영될 수 있다. 예를 들 어, 잡곡류는 δ

C

값이 높은 C

식물에 해당되며, 벼나 밀은 C

식물 중에서도 δ

C

값이 높다. 그러므로 3 kyr 이후 식생변화 연구는 농업활동에 의한 δ

C

값의 변동 을 배제할 수 없을 것이다. 이 점에 대해서는 고해상도 분 석을 통한 좀 더 정밀한 해석이 요구된다.

5. 결 론

남동해안 대륙붕에서 획득한 시추코어(KIODP 12-1)에

대한 장족형 탄화수소의 탄소 사슬 분포 및 탄소안정동위

원소비(δ

C

) 분석을 통해 지난 3만년 동안의 고식생 및

고환경을 복원하였다. 빙기-간빙기 동안의 한반도 고식생

변화는 동아시아 여름몬순의 변동과 밀접한 관계를 보였

다. 빙하기 동안에는 여름몬순의 약화로 강수량이 감소하

였고, 해수면의 하강으로 노출된 대륙에는 초지가 발달한

것으로 나타났다. 반면 간빙기 동안 한반도는 온난습윤한

여름몬순의 강화로 강수량이 증가하였고, 수목류가 번성

하였다. 특히, 홀로세 온난기후 최적기는 대마난류의 유입

으로 인해 동해의 수온과 염분이 급격히 상승하고 여름몬

순이 활성화 되었던 시기인데, 이 연구결과에 의하면 이

시기에 강수량이 최대치로 증가하였고, 수목류가 증가한

것으로 나타났다. 약 5 kyr BP 이후에는 초본류가 우세하

는 건조한 환경으로 점차 변화하였는데, 이는 홀로세 온난

기후 최적기 이후의 기후변화를 나타낼 뿐만 아니라 신석

기 후기 경부터 시작된 농업활동의 확대로 인해 한반도

식생분포가 변화한 것으로 해석된다.

사 사

이 연구는 한국해양과학기술원이 수행하는 국제해저지 각시추사업(K-IODP, PM60920)의 연구결과를 이용하였으 며, 저위도 인도 태평양 기후변화 변동성 연구 과제 (PE99664)에서 연구비를 일부 지원 받았습니다. 또한 서 연지 박사는 자료정리와 해석을 위한 인건비를 해양수산 부 과제(PM60591)로부터 지원받았습니다. 탄화수소 동위 원소 분석은 미국 신시내티 대학에서 수행되었고, 분석에 도움을 주신 Aaron Diefendorf 교수님께 감사 드립니다.

초고를 검토 해주신 주세종 박사님과 익명의 심사위원님 들께도 감사의 말씀을 드립니다.

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Received Oct. 29, 2018

Revised Dec. 10, 2018

Accepted Dec. 11, 2018