‡Corresponding author: +82-10-9740-8804, E-mail: [email protected]
서해 금강 연안 홀로세 퇴적물에서 규조류 군집과 해수준 변화
박영숙 경북대학교 지질학과
요 약
서해안 군산시 수송동 지역에서 2009년 채취한 KS2009 코어퇴적물로부터 규조류를 분석하여 홀로세 해수 준의 변동을 복원하고자 하였다. 총 두께 29.5 m로부터 150개의 시료를 채취하였으며, 규조류를 감정한 결과 총 63속 173종의 규조류가 산출되었다. KS2009 코어퇴적물에서 산출된 규조류의 개체수는 33 × 106 valves/g
~ 0.5 × 106 valves/g dry sediments 범위였다. 규조류 군집의 조성과 퇴적 환경 지시종에 따라 4개의 규조 분대 와 3개의 규조 아분대를 설정하고 해수준 변화를 연구하였다. 규조 분대 I (2950 ~ 2630 ㎝): 육성환경 ⟶ 규조 분대 II (2620 ~ 2060 ㎝): 해수의 유입 시기 ⟶ 규조 분대 III(a,b,c) (2050 ~ 600 ㎝): 해수준의 상승 - 하강 - 상 승 - 하강 ⟶ 규조 분대 IV (540 ~ 400 ㎝): 해수준의 상승으로 변화하였다. 따라서 규조 분대 II부터 해수가 유 입되기 시작하여 약 6430 ± 50 yr B.P. 이후에는 해수준이 상승과 하강을 반복하는 변동(Fluctuation)을 하며 상 승하였음을 알 수 있다.
주요어: 서해, 규조 분대, 해수준, 미변동
Young-Suk Bak, 2012, Sea-level changes during the Holocene in Keum River area, West Coast of Korea; based on the diatom assemblages. Journal of the Geological Society of Korea. v. 48, no. 2, p. 113-120
ABSTRACT: In other to reveal Holocene sea-level change history based on the diatom assemblage analysis was taken core sediment KS2009 from the Susong-dong area in Kunsan, West Coast of Korea. A total of 150 samples were collected from the horizons 29.5 m thick layer. A total of 173 species belonging to 63 genera were identified from the Core KS2009 in the Susong-dong area in Kunsan. Number of diatom valves ranged from 0.5 ~ 33.0 × 106 valves/g dry sediments in core. Four diatom zones and three diatom subzones are identified on the basis of frequency of the critical taxa throughout the section: diatom assemblage zone I from 2950 to 2630 ㎝ (terrestrial environment), diatom assemblage zone II from 2620 to 2060 ㎝ (the influx of sea water), diatom assemblage zone III included in subzone IIIa , IIIb and IIIc from 2050 to 600 ㎝ (sea-level fluctuations), and diatom assemblage zone IV from 540 to 400 ㎝ (Sea-level rising). Thus, during the deposition of the diatom zone II begins the influx of seawater. After approximately 6430 ± 50 yr B.P., the rising and falling sea level fluctuations appear to repeat.
Key words: West Coast of Korea, diatom assemblage zone, sea level, fluctuation
(Young-Suk Bak, Department of Geology, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea)
1. 서 론
한국의 서해는 황해(Yellow sea)의 동부와 동남 부에 해당하며, 최후빙하기 이후에 형성된 수심이 얕고 조차가 큰 환경을 가진다. 서해 연안의 만과 하 구 근처에는 넓은 조간대가 발달하고 있어서 조석작 용이나 계절적 변화에 따른 퇴적환경변화가 잘 나타 난다(강대균, 2003). 또한, 하구부근 충적평야는 내
륙(층후 10 m 이하)과는 다르게 충적층의 층후가 깊 어 최후빙기 이후 해수면 상승의 역사를 간직하고 있기 때문에 해수준 변동을 연구하는데 매우 중요한 지역이다(조화룡 교수 논문집 발간위원회, 2006). 그 러나 한국의 충적평야 연구는 아직 시작의 단계에 있으며, 서해안에서의 홀로세 해수면 변동이나 퇴적 환경의 변화에 대한 연구는 Bloom and Park (1985), 김여상과 박용안(1988), 박용안(1992), 박용안 외
Fig. 1. Sampling location of core sediments KS2009 and topographical map (Google earth, 2012).
(1995), 신동혁(1998), 장진호(1995)등이 있으며, 규 조류 연구는 경기도 남양만 일대(이영길 외, 1994)와 전라남도 함평만 일대(이영길 외, 1997), 서해 만경 강-동진강 하구역 및 연안역 조간대(이영길과 박용 안, 1995), 경기도 일산지역(황상일, 1998),경기도 평 택지역(황상일 외, 1997), 태안군 소원면(류은영 외, 2005), 서산시 석림동(박영숙 외, 2006), 김제시 부량 면(박영숙 외, 2007)등에서 연구 되었다. 규조류는 염분농도, 영양 염류, 수온 등의 환경변화에 매우 민 감하기 때문에 퇴적층 속에 포함되어 있는 규조류의 조성을 연구하면 고생물학 및 고생태학에서 뿐 만 아니라 기후변화나 해수면 변동과 같은 고환경의 연 구에 널리 이용 될 수 있다(Kashima, 2003; Freund et al., 2004; Kato et al., 2004; Yabe et al., 2004;
Ojala et al., 2005; Vos and Gerrets, 2005). Bloom and Park (1985)는 서해안의 홀로세 해수면 변동과 퇴적환경 연구에서 해수면 상승이 지속적으로 진행 되었음을 시사하였으나, 황상일 외(1997)과 신동혁 (1998)은 후기 홀로세 동안 해수면의 변화는 해수면 의 상승이 지속된 것이 아니라 상승과 하강을 여러 차례 반복하였음을 주장하였다.
따라서, 이번 연구에서는 금강의 하구역 충적평 야에서 채취한 홀로세 코어퇴적물로부터 규조류군 집을 연구하여, 연구지역의 해수면 상승시기와 해수 준 변동의 경향을 알아보고 전체적인 퇴적환경을 복 원하고자 한다.
2. 연구지역
한반도의 서해 연안역에는 세립의 점토질퇴적상
(황해 남동부 니질퇴적상, SEYSM: Southeastern Yellow Sea Mud)이 수심 약 30 - 50 m의 해저면을 따라 대상으로 분포하고 있으며, 입도의 조직 특성 이 금강하구로부터 서남쪽으로 세립화 하는 경향을 보여, 세립물질의 공급원이 금강임을 나타낸다 (Park and Khim, 1992).
군산의 지형은 크게 북동쪽과 남서쪽의 구릉지대, 중앙부와 서쪽의 저지대, 서해의 도서지역으로 구분 할 수 있다. 북동쪽 구릉지대는 금강방향과 비슷한 북동-남서 방향으로 금강 남쪽 하안을 따라 분포하 고 있다. 남서쪽의 구릉지대는 대체로 북서쪽보다 다소 낮은 독립구릉들이 발달하여 군산의 저지대를 감싸듯이 분포하고 있다. 저지대는 군산의 중앙부와 서쪽에 위치하는 데, 중앙부 저지대는 북쪽으로 금 강과 경계를 이루며 남쪽으로 만경강까지 연결되어 비옥한 호남평야를 배후에 두고 있다(충청문화재연 구원, 2006). 연구지역인 수송동 일대 제 4기 충적층 은 대부분 농경지 였으나 현재는 개발지역으로 건설 이 이루어지고 있는 곳이다(그림 1).
3. 연구방법
3.1 시료채취
군산시 수송동 충적평야 35°58'7" N, 126°43'8" E 지점에서 2009년에 코어 퇴적물 KS2009를 채취하 였으며, 지표면 고도는 약 3m 이며 총 시추길이는 29.5 m이다. 시추는 유압 회전수세식 시추기를 이용 하여 황동관(외경 76 mm, 내경 74 mm, 길이 85 cm)을 Standard stationary Piston sampler 안에 장착하고, 이 황동관을 유압으로 퇴적층 속에 밀어 넣는 방법으로 비교란 시료를 채취하였다. 코어퇴적 물 KS2009의 상부 4 m구간은 미고결 퇴적물과 표토 로 이루어져 있어 시료 채취 시 획득되지 않았으며, 채취된 시료의 입도분석을 통해 평균입도가 4.5 ~ 6.5 φ에 해당되며 퇴적상은 세립 실트(fine silt) ~ 조 립 실트(coarse silt)이다(그림 2). 특히, 2630 - 800
㎝구간에서는 사질(sand)와 실트(silt)가 교호하는 엽리(lamination) 구조를 보인다. 사출 및 입도 분석 은 한국지질자원연구원 지구환경연구본부의 도움을 받아 수행 하였다. 규조류 연구를 위하여 4 - 29.5 m 사이의 층준에서 약 10 cm 간격으로 총 150개의 시 료를 채취하였으며, 이와 더불어 절대연령을 알아보
Fig. 2. Down-core variations of sand (%), silt (%), clay (%), mean grain size (φ) and sorting (φ) for core KS2009.
Core depth (㎝)
Age(uncorrected)
14C years B.P. Materials Lab. code 754
13551932 2069 2861
4260 ± 50 6150 ± 50 6360 ± 60 6430 ± 50 9290 ± 70
Sediment Sediment Sediment Sediment sediment
OSa090131 OSa090132 OSa090133 OSa090134 OSa090135 Table 1. AMS 14C dates from the KS2009 core sediments.
기 위하여 754 ㎝, 1355 ㎝, 1932 ㎝, 2069 ㎝, 2861
㎝ 층준으로부터 시료를 채취하여 AMS 14C 연대를 측정한 결과 아래와 같다(표 1).
3.2 연구방법
코어 퇴적물로부터 규조류화석을 추출하기 위하 여 건조 시료 2 g에 묽은 염산(10%) 25 ㎖와 과산화 수소수 15 ㎖를 첨가한 후 hot plate 위에서 1시간 이 상 가열한다. 24시간 동안 놓아둔 후 다시 묽은 염산 과 과산화수소수 15 ㎖를 첨가하여 1시간 이상 끓여 준 후 증류수를 부어 가라앉을 때까지 기다린다. 화 학약품과 부유 물질들을 제거하기 위해서 윗물을 따 라내고 다시 증류수를 채운다. 이러한 세척과정을 여 러 번 반복하여 산이나 부유성 물질들을 모두 제거한 다. 남은 잔유물을 병에 담고, 그 중 부표본을 취하여 슬라이드 글라스가 장치된 settling container에 넣
고 건조기(약 50℃) 안에서 건조시킨 후 커버 글라스 를 고정시킨다. 규조류의 동정은 주로 400 ~ 600X의 고배율 광학 현미경하에서 행하여졌으며 규조각의 산 정시 중심 규조목은 중심부를 포함한 규조각의 2/3 이상이 보존되어 있을 경우 1개체로, 우상 규조목은 규 조각이 1/2이상 남아서 감정이 가능하고 정축부가 나타나면 1개체로 산정하였다. 규조류의 정량분석을 위한 slide 준비를 위해서 Scherer (1994)의 방법을 따랐으며, 절대 개체수 농도의 계산은 Abundance = ((A×B)/(C×D))/E (A=number of specimens count- ed; B=area of settling chamber; C=number of field of view in microscope; D=area of field of view;
E=mass of sample)으로 하였다.
4. 결과 및 토의
4.1 규조 군집
군산 수송동지역 충적평야에서 채취한 KS2009 코어 퇴적물을 분석한 결과 규조 개체수의 범위는 0.5 × 106 valves/g ~ 33 × 106 valves/g dry sediment 으로 산출량의 차이가 매우 크게 나타난다. 규조류는 주로 2610 cm층준에서부터 상부 층준으로 갈 수록 풍부하게 산출되었으며, 2700 ~ 2620 ㎝ 구간에서는 매우 적었다. 특히 2710 ㎝ 이하의 하부 층준에서는 규조류의 산출이 없었다. KS2009코어퇴적물로부터 총 63속 173종의 규조류가 동정되었으며, Paralia sul- cata가 총 개체수의 41.1%를 차지하여 우점종이었 다. Cyclotella striata (10.8%), Thalassionema nitz- schioides (9.5%)와 Delphineis surirella (6.6%)는 전 체의 개체수의 26.9%를 차지하였다. 주요 규조 종들 의 산출양상에 따라 4개의 분대와 3개의 아분대로 구분하였으며(그림 3), 생태적 및 생지리적인 특징 은 문헌(Cupp, 1943; Hasle, 1960, 1976, 2001;
Hendey, 1964; Jouse et al., 1969; Simonsen, 1974;
Fig. 3. Assemblage zones and down-core variations of relative abundance of selected species and valve abundance.
Sancetta, 1982; Sancetta and Silvestri, 1986;
Tanimura, 1992, 1999; Shiga and Koizumi, 2000;
Koizumi et al., 2004) 등을 참고하였다.
4.1.1 규조 분대 I : Barren Zone (2950 ~ 2630 ㎝) 규조류의 산출이 거의 없으며, sand층이 주를 이 루고 엽리층(lamination bed)은 없다.
4.1.2 규조 분대 II (2620 ~ 2060 ㎝)
규조류의 산출이 매우 적어 개체수는 0.1 - 2.5 × 106 valves/g 범위에 해당한다. 담수(freshwater)종 인 Hantzschia amphioxys, Pinnularia major, Synedra ulna가 하부층준(2620 ~ 2600 ㎝)에서 다량 산출되 며, 연안 부분적 부유성(littoral - meroplanktonic) 종인 Cyclotella striata와 Delphineis surirellar가 2530
㎝ 에서부터 다량 산출되기 시작하고, Actinocyclus curvatulus, Coscinodiscus oculus-iridis, Thalassiosira oestrupii, Coscinodiscus radiatus와 같은 해양 (oceanic)종들이 산출되기 시작한다. 2350 ㎝ 층준에 서는 근해 내지 연안 저서성(Neritic - littoral tycho-
pelagic)종인 Paralia sulcata가 증가하고 Cyclotella striata가 감소한다.
4.1.3 규조 분대 IIIa (2050 ~ 1400 ㎝)
규조의 개체수는 0.7 - 6.8 × 106 valves/g 범위에 해당 하며 해양성종인 Actinocyclus curvatulus, Coscinodiscus oculus - iridis, Coscinodiscus radiatus가 순차적으로 증가하는 구간이다. 또한 연안 부분적 부유성이면서 고 염성(polyhalobous)인 Delphineis surirella와 Rhaponeis amphiceros (Pre et al., 2011)이 규조 분대 II에서 보다 하부 층준에서 증가하며, 근해 내지 연안 저서성인 Paralia sulcata와 Thalassionema nitzschioides (Koizumi et al., 2004)은 하부 층준에서 상부 층준으로 갈수록 증가하는 경향을 보인다.
4.1.4 규조 분대 IIIb (1360 ~ 800 ㎝)
규조의 개체수는 1.3 - 20.3 × 106 valves/g범위 에 해당하며, 근해 내지 연안 저서종인 Paralia sulca- ta와 Thalassionema nitzschioides가 전체적으로 꾸준 히 풍부하게 산출이 된다. 연안 부분적 부유종이면
Fig. 4. Relative abundance of the indicator taxa (Oeanic and holoplanktonic; O-Hp, Neritic to littoral and meroplanktonic;
N-L-Mp, Littoral and meroplanktonic to tychopelagic; L-Mp-Tp, fresh water; F) and change of sea level in KS2009.
서 중염성인 Cyclotella striata (Pre et al., 2011)는 전 체적으로 감소하나 같은 연안 부분적 부유종이면서 고염성인 Delphineis surirella는 꾸준히 산출된다. 또 한, 근해 내지 연안 온난종인 Cymatotheca weissflogii 는 이 구간에서 최대산출을 보인다.
4.1.5 규조 분대 IIIc (770 ~ 600 ㎝)
규조의 개체수는 0.3 - 5.8 × 106 valves/g범위에 해당하며, 규조 분대 IIIb에서 보다 개체수가 감소한 다. 연안 부분적 부유종인 Cyclotella striata는 약간 증가하며 Rhaphoneis amphiceros는 급증한다.
규조 분대 IIIb의 상부에서 감소하던 Thalassionema nitzschioides는 다시 증가하는 구간이다. 온난 해양 종인 Thalassiosira oestrupii는 사라지고 근해 내지 연안 온난종인 Cymatotheca weissflogii 역시 감소하 는 구간이다. Paralia sulcata도 개체수 농도와 마찬 가지로 규조분대 IIIb에서보다 감소한다.
4.1.6 규조 분대 IV ( 540 ~ 400 ㎝)
규조의 개체수는 0.9 - 5.1 × 106 valves/g범위에 해
당하며, 해양종인 Coscinodiscus oculus-iridis, 근해 내지 연안종이면서 고염성인 Actinoptychus senar- ius와 Paralia sulcata가 증가한다. Cyclotella striata 는 약간 감소하였으나 460 ㎝구간에서는 갑자기 증 가하는 경향을 보여준다. 또한 규조분대 IIIc에서 다 량 산출되었던 Thalassionema nitzschioides는 대폭 감 소한다.
4.2 해수준 변동(Sea-level fluctuations)
본 연구지역에서 산출된 해양성 및 종생부유종 (Oceanic and holoplanktonic species), 근해 내지 연안성 부분적 부유성종(Neritic to littoral and meroplanktonic species), 연안성의 부분적 부유성 내지 우연적 부유성종(Littoral and meroplanktonic to tychopelagic species), 담수종(Freshwater spe- cies)을 대상(Koizumi et al., 2004)으로 산출 분포도 를 작성하여 해수준 변화를 알아 보았다(그림 4). 규 조 분대 I에서는 규조류의 산출이 없고 2861 ㎝의 탄 소연대가 9290 ± 70 yr B.P.으로 나타난다. 황해의 대부분은 빙하기 동안 낮은 해수면으로 대기에 노출
된 육성 환경이었으며, 해수면 상승으로 약 13,000년 전부터 점차 해성 환경으로 변화하게 되었으므로(천 종화 외, 1995; Park et al., 1994; Kim and Kennett, 1998), 이 시기는 해수면이 연구지역까지 아직 도달 하지 않은 육성 환경으로 생각되며, 이는 2630 ~ 2647 ㎝ 층준에 협재 되어 있는 검은색의 토탄층에 의해 뒷받침 된다. 규조 분대 II에서는 담수종이 2620 ~ 2600 ㎝ 층준에서 산출되기 시작하며, 연안 저서종은 담수종의 산출과 더불어 나타나기 시작하 나 2530 ㎝ 층준에서 급증하고 근해 내지 연안종들 의 산출은 상부(2300 ㎝)로 갈수록 증가하는 경향을 보인다. 따라서 이 구간에서는 초기에 금강에서 유 입되는 담수의 영향을 받았으며, 점차 해수의 영향 을 받는 환경으로 변화한 것으로 생각된다. 규조 분 대 IIIa에서는 해수준의 변동이 있는 구간으로 하부 층준에서는 근해 내지 연안종의 산출이 상대적으로 많다가 중부 층준에서는 연안종의 산출이 증가하는 경향을 보이고 상부 층준에서는 다시 근해 내지 연 안종의 산출이 증가한다. 이는 해침이 일어나면서 꾸준히 상승을 한 것이 아니라 6430 ± 50 yr B.P. ~ 6150 ± 50 yr B.P. 시기 사이에 해수준이 상승-하강- 상승의 변동이 있었음을 의미한다. 6150 ± 50 yr B.P. 이후인 규조분대 IIIb에서는 근해 내지 연안종 의 산출이 규조 분대 IIIa의 상부에서와 마찬가지로 꾸준히 풍부하게 산출되어 해수준이 연속적이다. 그 러나 4260 ± 50 yr B.P. 이후 규조 분대 IIIc에서는 규조분대 IIIb에서보다 연안저서종의 산출이 약간 증가하여 해수준의 하강이 있었음을 나타낸다. 따라 서 규조분대 III에서는 해수준이 상승-하강-상승-하 강을 반복하였음을 알 수 있다. 규조분대 IV는 규조 분대 IIIc와 규조류의 산출양상이 비슷한 것으로 보 아 해수준의 큰 변화는 없었음을 알 수 있다.
황상일 외(1997)은 평택 도대천 유역에서 규조류, 화분분석과 14C연대 자료를 토대로 서해안의 해수 준은 7,000 yr BP.경에 도대천 유역에 다다랐으며, 그후 소해진과 해퇴를 거듭하며 상승하여 6,000 yr Bp.경에는 현해면 또는 이보다 약 1 m 정도 높은 수 준까지 도달하였다고 보고하였다. 또한, 보령 삽시 도 지역에서도 규조류에 의한 연구 결과(김향주 외, 2011) 약 7500년 - 6000년경 해수준이 하강과 상승 을 하는 미변동(Fluctuation)을 가지고 상승하였고, 약 6000년경에는 간석지환경으로 현재의 해수면 보
다 약간 상승해 있었던 것으로 보고하였다. 군산 하 구역 충적평야에서 규조류 연구에 의해 나타난 해수 준의 변동 역사도 위의 두 결과와 유사하게 나타났 음을 알 수 있다. 규조 군집대 II부터 해수의 유입이 시작되어 6430 ± 50 yr B.P. 이후에 해수준이 변동을 가지고 상승하였음을 알 수 있다.
5. 결 론
KS2009 코어퇴적물은 홀로세 퇴적물로서 2630 – 800 ㎝구간에서는 사질와 실트가 교호하는 엽리구 조를 특징적으로 보인다. 최하부 층준인 규조 분대 I 에서는 규조류가 거의 산출되지 않는 barren zone 으로 육성 환경을 나타낸다. 규조분대 II는 담수-연 안-근해 내지 연안 종들이 순차적으로 우세하게 환 경으로 변화하는 시기로서 해수가 연구지역으로 유 입되기 시작하는 시기로 생각된다. 규조분대 III은 6430 ± 50 yr B.P. ~ 4260 ± 50 yr B.P. 시기로 세개 의 아분대로 구분되며, IIIa분대에서 IIIc분대로 갈수 록 해수준의 변동이 상승-하강-상승-하강을 반복하 여 나타난다. 규조분대 IV는 규조분대 IIIc에서 산출 된 근해 내지 연안종의 산출이 증가하는 것으로 보 아 해수준이 약간 상승한 것으로 생각된다.
사 사
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재 원으로 한국연구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 것입니다(2011-0002705). 연구과정에서 코 어의 사출 및 퇴적물의 입도분석에 큰 도움을 주신 한국지질자원연구원 지구환경연구본부의 남욱현 박 사님, 양동윤 박사님, 이상헌 박사님께 깊은 감사를 드립니다. 논문심사 과정에서 값진 조언을 해주신 상명대학교 이진환 교수님과 한국해양연구원 노재 훈 박사님께 깊은 감사를 드립니다.
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투 고 일 : 2012년 4월 5일 심 사 일 : 2012년 4월 9일 심사완료일 : 2012년 4월 30일
