Carbon Isotope Analysis for the Climatic Environment Change in South Korea During the Holocene: a Case Study in Yengjong Islands of Yellow Sea

탄소동위원소분석을 이용한 한국 홀로세의 기후환경변화:

서해 영종도지역을 사례로

정혜경¹·박지훈^2,*·김정빈¹

1순천대학교, 540-742, 전남 순천시 중앙로 413

2공주대학교, 314-710, 충남 공주시 신관동 182번지

Carbon Isotope Analysis for the Climatic Environment Change in South Korea During the Holocene: a Case Study in

Yengjong Islands of Yellow Sea

Heakyung Jung¹, Jihoon Park^2,*, and Cheongbin Kim¹

1Department of Science-environment education, Sunchon National University, Jeonnam 540-742, Korea

2Department of Geography education, Kongju National University, Chungnam 314-701, Korea

Abstract: The landform of the study area is defined as a small-scale alluvial plain in the valley bottom adjacent to the coast. By the aggradation of alluvial materials, this valley bottom plain was formed in dissected parts of low hills. For the purpose of reconstructing the palaeo climate environment in this study, δ¹³C analysis and soil organic carbon analysis are therefore employed. Main results of this study are as follows: Section I: the period of 6,600±60 yr B.P.-5,350±60 yr B.P. was mostly in warm and humid climate environment. A little changes of the humid environment are detected as sub- dry (or sub-humid)→humid in terms of the dryness and wetness. Section II: the period of 5,350±60 yr B.P.-2,200 yr B.P.

was in warm and humid climate environment, which is similar to the present. However, The sediments between 4,720±

60 yr B.P. and 4,210±50 yr B.P. experienced the most humid climate environment of all studied sedimentary layers. After 4,210±50 yr B.P., the environment started to change from the humid to the sub-humid (or sub-dry) climate. Section III:

the period of 2,200 yr B.P.-210±60 yr B.P. was distinguish from previous two sections as the environmental changes to sub-humid (or sub-dry) climate was apparent.

Keywords: δ¹³C, Holocene, climate change, valley bottom plains

요 약: 연구지역의 지형은 해안과 인접한 소규모의 곡저평야에 속한다. 이 곡저평야는 낮은 구릉지 사이 개석된 곳에 충 적물이 매적되어 형성되었다. 본 연구에서는 탄소안정동위원소비 분석과 토양유기탄소 분석을 이용하여 과거의 기후환경 복원을 시도하였다. I 시기(약 6,600±60 yr B.P.-5,350±60 yr B.P.)는 전반적으로 온난하고 습윤한 기후환경이었으나, 건습 변화에 있어서는 약건조(또는 약습윤)→습윤의 미변화가 감지된다. II 시기(약 5,350±60 yr B.P.-2,200 yr B.P.)는 현재와 비 슷한 온난습윤한 기후환경을 나타낸다. 4,720±60 yr B.P.와 4,210±50 yr B.P. 사이는 전체 퇴적층 중 가장 습윤했던 것으 로 파악된다. 4,210±50 yr B.P. 이후에는 점차 습윤에서 약습윤(또는 약건조)환경으로 이행하는 과정이 나타난다. III 시기 (약 2,200 yr B.P.-210±60 yr B.P.)는 앞선 두 시기와 확연히 구분되며, 약습윤(또는 약건조)의 기후환경을 나타낸다.

주요어: 탄소안정동위원소비, 홀로세, 기후변화, 곡저평야

서 론

현재의 기후 특성을 효과적으로 이해하고 미래의

기후변화 양상을 예측하는데 있어 제4기 기후환경의 고찰과 해석은 매우 중요하다. 제4기의 기후환경변화 를 이해하는데 주로 이용되는 분석 대상은 해양퇴적 물과 빙하 등이 있으며, 육상에서 연속적인 기후변화 기록을 보존하고 있는 퇴적물은 안정된 환경에서 지 속적인 퇴적작용으로 생성되는 습지와 호수 퇴적물이

(해 설)

*Corresponding author: [email protected]

*Tel: 82-41-850-8245

*Fax: 82-41-850-8165

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다. 이러한 습지와 호수 퇴적물은 그 지역의 지형에 따라 생성, 보존의 양과 정도가 달라지는데, 제4기 기후환경변화 연구가 활발한 지역은 대부분 습지와 호수 퇴적물의 분석 시료를 꾸준히 확보할 수 있는 곳이다.

한국에서는 지형특성상 습지와 호수 퇴적물의 생성 과 보존이 쉽지 않아 이를 이용한 제4기 기후환경변화 연구가 다른 나라에 비해 미흡한 상태이다. 반면에 구 릉지 사이에서 발달하는 곡저평야는 많이 발달되어 있 으며 그 퇴적물의 확보도 어렵지 않다. 따라서 습지와 호수 퇴적물의 생성과 보존이 많지 않아 제4기 기후환 경변화 연구가 어려운 한국에서 곡저평야의 퇴적물을 이용하는 것이 대안이 될 수 있을 것이다.

제4기 퇴적물을 이용하여 고기후환경을 복원하는 정 량적 분석 방법은 화분분석, 식물규산체분석, 규조분 석, 지화학분석, 대자율 분석, 화산재분석, 뢰스분석 등 이 있다. 각각의 분석방법은 분석하고자하는 퇴적물의 특성에 의해 결정된다. 습지와 호수의 퇴적물에서 가 장 효과적으로 적용할 수 있는 분석은 화분분석, 규조 분석, 지화학분석 등이 있다. 그러나 습지, 호수와 곡 저평야의 서로 다른 퇴적환경이나 퇴적과정을 고려한 다면 적용하는 분석방법은 달라져야 할 것이다.

최근 제4기 퇴적물 연구에 많이 이용하는 분석방 법 중 하나가 안정동위원소법이다. 안정동위원소(stable isotope)는 동위원소(isotope) 가운데서 방사성동위원 소를 뺀 나머지 원소를 말하는데, 동위원소란 원자번

호는 같지만 질량수가 다른 원소로, 화학적으로 분리 할 수 없으므로 자연상태에서 동일 원소의 존재비는 지구상에서 일정하다. 현재 전세계적으로 이러한 안 정동위원소의 원리를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이중 탄소동위원소비(¹³C/¹²C)를 이용한 연구 사례는 과거의 기후변화를 밝히는 연구, 유기물의 기 원지를 밝히는 연구 그리고 삼림의 감소와 농경지 확대를 밝히는 연구 등이 있다.

본 연구에서는 인천광역시 중구 운서동의 홀로세 퇴적층에 대한 절대연대측정, 탄소동위원소분석 및 토양유기탄소 측정을 실시하여 건습의 변화에 기초한 기후환경 복원을 시도하였다. 또한 분석한 자료를 보 완하고 교차 검증하기 위하여 연구지역 부근에서 보 고된 화분분석결과를 참고하였다.

연구지역

연구지역은 현재 인천국제공항이 있는 영종도에 위 치하고 있으며, 행정구역상으로는 인천광역시 중구 운서동에 속한다(Fig. 1). 이 지역은 인천국제공항을 건설하는 과정에서 영종도, 삼목도와 용유도 사이를 간척하여 내륙화되었지만, 원지형은 해안과 인접한 소규모의 곡저평야에 속한다. 연구지역의 해발고도는 약 6.8 m이며 가장 가까운 배후산지는 약 50 m 정도 의 낮은 구릉지이다. 이 곡저평야는 낮은 구릉지 사 이 개석된 곳에 충적물이 매적되어 형성되었으며 동 Fig. 1. Location of the study area and the sampling site (red circle).

쪽, 북쪽, 남쪽은 해발고도가 서로 다른 배후산지로 막혀있고, 서쪽은 바다쪽으로 개방되어 있다. 이 지 역의 하천수계는 매우 미약한 편이다. 조사지역 일대 의 지질은 주로 석영편암(quartz schist)으로 되어있으 며 이 암석은 사암 등이 고변성작용을 받아 생성된 변성암으로 주로 석영으로 이루어져 있어 상대적으로 침식에 강하여 지금까지 보존상태가 비교적 양호했던 것으로 추정된다(http://geoinfo.kigam.re.kr/).

연구지역의 연평균 기온은 11.7^oC이며, 연강수량은 1,170 mm이다. 기온의 연교차는 27.3^oC로서 비슷한 위도의 서울 27.9^oC, 수원 28.4^oC, 원주 29.3^oC에 비 해 적다(http://www.kma.go.kr/). 식생의 군계수준에서 보면, 현재 냉온대 중부 식생대에 속한다(Yim and Kira, 1975). 분석용 시료채취는 해안곡저평야에서 이 루어졌으며, 해발고도는 약 6.8 m이다(Fig. 1).

연구방법

트렌치한 전체 퇴적층의 깊이는 약 243 cm(해발고 도 683 cm-440 m)이며, 지표면에서 약 88 cm 까지는

현재 농지로 이용되는 과정에서 객토된 부분이기 때 문에 제외하고 나머지 구간인 해발고도 595-440 cm 의 퇴적상을 조사하였다.

분석을 위한 시료는 5 cm 간격으로 채취하였다. 객 토 유입의 가능성을 완전히 배제하기 위하여 심도 0- 123 cm를 제외한 해발고도 560-440 cm(심도 123-243 cm)의 퇴적층을 분석하였으며, 탄소 안정동위원소 분 석, 총유기탄소량과 탄소 연대측정을 실시하였다.

탄소 안정동위원소 분석은 한국기초과학지원연구원 에서 실시하였으며, 분석 장비 EA-IRMS(Elemental Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometer)를 이용하 여 토양 유기물의 ¹³C/¹²C비(δ¹³C)를 분석하였다. 건조 된 시료에 1.0 HCL을 첨가하여 탄산염과 무기탄소 를 제거하고 증류수로 세척하여 다시 건조시킨 후 이를 연소시켜 CO2를 안정탄소동위원소 분석기에 주 입하여 안정탄소동위원소 질량비(δ¹³C)를 구하였다.

토양의 유기탄소는 튜린(Tyurin)법을 이용하여 측 정하였다. 건조된 시료를 0.25Φ 메쉬로 체질한 후 토색에 따라 0.1-1.0 g을 플라스크에 담고 여기에 0.4 N 중크롬산칼리(Potassium Bichromate) 황산 혼합용 Fig. 2. Sedimentary facies of trench section.

316 정혜경·박지훈·김정빈

액을 10 mL 넣는다. 150^oC에서 20분간 가열한 후 식혀 서 0.2 N 황산제1철암모니움용액(Ferrous Ammonium Sulfuric)으로 적정한다.

탄소동위원소연대 측정용 시료는 지표(해발고도 683 cm)하 123, 133, 173, 183, 193, 213, 243 cm 깊 이에서 채취하여 한국지질자원연구원에 방사성탄소 연대측정을 의뢰하였다. 측정된 탄소동위원소연대값 은 Oxcal Program을 이용하여 산출된 결과의 68.2%

확률로 보정한 보정연대값을 얻었다(http://c14.arch.

ox.ac.uk/embed.php ?File=oxcal.html).

분석결과

243 cm 두께의 전체 퇴적층(해발고도 683-440 cm) 중 객토된 것으로 보이는 상부 0-88 cm 구간을 제외 하고 지표로부터 심도 88-243 cm 구간에 대한 퇴적 상을 조사하였다. 먼셀토색첩(Munsell Soil Color Charts)에 의하면 243-193 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2) 의 사력층, 193-183 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2)의 중립 의 유기질사층, 183-173 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2)의 세립의 유기질사층, 173-168 cm는 흑색(2.5Y 2/1)의 유기질사질실트층, 168-143 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2) 의 사력층, 143-133 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2)의 유기 질사층, 133-123 cm는 흑색(2.5Y 2/1)의 유기질 실트 층, 123-88 cm는 암회갈색(2.5Y 3/2) 사력질 실트층 이다(Fig. 2).

δ¹³C와 토양유기탄소분석은 객토 유입의 가능성을 완전히 배제하기 위하여 심도 123-243 cm 구간에서 5 cm 간격으로 실시하였다. 분석값에 의하여 전체 퇴적상을 3개의 구간으로 나눌 수 있다. 전체 퇴적 상에서 δ¹³C는 최대 −20.58‰에서 최소 −25.33‰의 값이 측정되었다. I 구간은 243-193 cm이고 δ¹³C의 최소값은 −24.6‰, 최대값은 −20.58‰이다. II 구간 은 193-153 cm로 δ¹³C의 최소값은 −25.33‰, 최대 값은 −21.79‰이다. III 구간은 153-123 cm이고

δ¹³C의 최소값은 −23.79‰, 최대값은 −21.22‰이다.

토양의 유기탄소양은 최대 1.49%에서 최소 0.32%

의 값이 측정되었다. I 구간에서 토양유기탄소는 213 cm구간의 0.62를 제외하고 모두 0.6% 이하이며, 최 소는 0.34%이다. II 구간에서 토양유기탄소양의 최대 는 1.21%, 최소는 0.79%이다. III 구간에서 토양유기 탄소량은 모두 0.6% 이상이며, 최대는 1.49%이다.

탄소연대측정 결과, 해발고도 440 cm(지표하 243 cm)의 절대값 연대는 6,600±60 yr B.P., 해발고도 470 cm(지표하 213 cm)의 절대값 연대는 6,020±60 yr B.P., 해발고도 490 cm(지표하 193 cm)의 절대값 연 대는 5,350±60 yr B.P., 해발고도 500 cm(지표하 183 cm)의 절대값 연대는 4,720±60 yr B.P., 해발고도 510 cm(지표하 173 cm)의 절대값 연대는 4,210±50 yr B.P., 해발고도 550 cm(지표하 133 cm)의 절대값 연 대는 550±40 yr B.P., 해발고도 560 cm(지표하 123 cm)의 절대값 연대는 210±50 yr B.P.로 나타났다.

고 찰

탄소안정동위원소비(δ¹³C)는 전지구적 혹은 국지적 인 기후변화 연구에 활용이 가능하다. 고기후학자들 은 퇴적층 유기물에서 나타나는 δ¹³C값의 변화를 대 기 중 이산화탄소량의 변화 및 기후변화와 연결하기 도 한다. C4식물이 우점하는 시기는 이산화탄소량이 적은 빙하기 혹은 건조한 시기로 δ¹³C값이 높고, 반 대로 C3식물이 우점하는 시기는 이산화탄소량이 많 은 간빙기 혹은 습윤한 시기로 δ¹³C값이 낮다는 점을 이용한다. 따라서 과거의 기후와 관련되어 C4 식물 의 δ¹³C값이 나타나는 환경은 한랭하고 건조했으며 C3 식물의 δ¹³C값이 나타나는 환경은 온난하고 습윤 했던 것으로 연구되었다(Turney, 1999).

Sukumar et al.(1993)는 인도남부의 열대 이탄지에 서 C3식물과 C4식물의 비율을 이탄의 δ¹³C값으로부 터 구하여 홀로세의 기후변화 복원을 시도하였다. 강 Table 1. Radiocarbon age (Cal. ages are calculated by Oxcal)

Lab Code Altitude (cm) δ¹³C(‰) ¹⁴C age (yr. BP) Cal. age (AD/BC)

1623 560 -23.5 210±50 1800±160 AD

1622 550 -25.5 550±40 1375±55 AD

1486 510 -27.5 4,210±50 2795±105 BC

1485 500 -26.7 4,720±60 3505±135 BC

1487 490 -28.4 5,350±60 4190±130 BC

1489 470 -27.5 6,020±60 4915±85 BC

1488 440 -27.7 6,600±60 5550±70 BC

상준과 Yoshioka(2005)는 강원도 양구에 있는 대암산 용늪의 퇴적물을 이용하여 용늪의 환경 변천을 해석 하였다.

Smith and Epstein(1971)와 Hughes and Sherr (1983)는 C3 계열의 식물과 C4 계열의 식물은 광합 성 과정에서 이산화탄소 고정효소가 서로 다르기 때 문에 이에 따른 δ¹³C는 약 14‰정도 차이를 보이게

된다는 연구를 발표하였다. 일반적으로 C4 식물의 δ¹³C값의 범위는 −9- −16‰(평균 −13‰)이고, C3 식 물의 δ¹³C값의 범위는 −23- −32‰(평균 −27‰)이다 (Fig. 3).

Farquhar and Richard(1984)은 식물체의 δ¹³C값은 식물의 서식환경을 반영하여 변동한다는 것을 연구하 였다. 예를 들면 δ¹³C값은 식물의 수분 이용 효율 (water use efficiency)을 반영하여 변동하기 때문에 건조한 조건에서는 δ¹³C값은 높고, 습윤한 조건에서 는 낮아진다.

또한 식물의 경우 안정동위원소의 비율은 재배된 지역의 기후 특성을 반영한다고 알려져 있다(Shibuya et al., 2006). 이재신 외(2008)은 대마초를 대상으로 하여 한국에서 재배된 경우와 브라질(Shibuya et al., 2007)에서 재배된 경우를 비교하였다. 같은 종류의 대마초에서 δ¹³C를 비교한 결과, 브라질의 건조 지역 에서는 높은 수치를 나타났고, 강수량이 풍부한 지역 에서는 비교적 낮게 나타났다. 한국에서 분석한 대마 초의 경우 δ¹³C는 다소 낮게 나타났으며, 이는 연간 강수량이 1,000 mm 이상으로 비교적 많은 편이며 특 히 식물의 성장이 여름에 집중되어 있는 한국 기후 의 특성을 반영한다고 하였다. 이와 같이 δ¹³C값은 Fig. 3. Relative Frequency of δ¹³C signatures of C3 and C4

plants (Johnson et al., 2007 after Cerling, 1999).

Fig. 4. Vertical variations in the δ¹³C and soil organic carbon.

318 정혜경·박지훈·김정빈

강수량이 증가함에 따라 감소하며, 강수량이 감소함 에 따라 증가하는 경향을 나타낸다.

연구지역 퇴적층은 약 6,600±60 yr B.P.경에 퇴적 되기 시작하여 약 210±50 yr B.P.까지 퇴적되었다.

분석값에 의하여 전체 퇴적상을 3개의 구간으로 나 눌 수 있다(Fig. 4). 각 구간의 퇴적환경을 상대적으 로 비교해 보면 다음과 같다.

I 구간은 243-193 cm 구간으로 약 6,600±60 yr B.P.-5,350±60 yr B.P.에 퇴적된 층으로 δ¹³C는 C3 식 물형을 나타내지만, 그 변화가 다양하다. 토양유기탄 소값은 매우 낮으며, 퇴적상은 암회갈색 사력층으로 대표된다. I구간은 다시 Ia의 243-213 cm 구간과 Ib 의 213-193 cm 구간의 두 부분으로 나눌 수 있다.

하부인 Ia 구간은 약 6,600±60 yr B.P.에서 6,020±

60 yr B.P. 사이에 퇴적된 퇴적층으로 δ¹³C의 변화폭 이 크다. 토양유기탄소는 전 구간에서 가장 낮은 값 이 나타나며, 퇴적상은 암회갈색 사력층으로 나타난 다. 이와 같은 결과를 토대로 전체 퇴적층과 이 구간 을 상대적으로 비교해보면 Ia 구간의 퇴적층이 퇴적 될 당시의 환경은 상부의 Ib 구간보다는 약건조(또는 약습윤)했던 것으로 판단된다. 228 cm 부근에서는 기 후 이벤트(event)의 양상이 보이는데, δ¹³C와 토양유 기탄소양이 전 구간 중 가장 낮게 나타나며 퇴적상 은 암회갈색 사력층으로 구성되어 있다. 따라서 이 시기에는 갑자기 유량이 증가되어 배후의 구릉지에서 운반 퇴적한 선상지성 계류퇴적물(사력질)이 퇴적되 었으며, 층상은 아각력을 포함한 사질 퇴적물로 분급 과 층리가 불량한 것으로 판단된다.

Ib의 213-193 cm 구간은 δ¹³C값에서 하부의 구간보 다는 일정하게 감소하는 경향이, 토양의 유기탄소양 은 증가하는 경향이 나타난다. 이 퇴적층은 약 6,020

±60 yr B.P.에서 5,350±60 yr B.P. 사이에 퇴적되었으 며, 토양유기탄소는 여전히 낮게 나타나지만 상부로 갈수록 증가하는 양상이 나타난다. 퇴적상은 암회갈 색 중립 사질층으로 구성되어 있다. 따라서 이 구간 은 하부의 Ia 구간보다는 습윤한 환경에서 만들어졌 으며, 점차 사력질 퇴적물을 운반·퇴적화시키는 환경 에서 벗어나 토양화작용이 가능한 환경으로 이행하는 과정이었던 것으로 추측된다.

II 구간은 193-153 cm 구간으로 약 5,350±60 yr B.P. 이후에 퇴적되어 550±40 yr B.P. 이전에 형성된 퇴적층이다. 층서적으로 깊이에 따른 탄소연대값의 역전현상이 없으므로 II 시기와 III 시기 경계부의 좀

더 구체적인 연대자료를 구하기 위해 퇴적률과 깊이 에 따른 연대를 알아보았다. II 시기와 III 시기의 경 계부는 약 2,200 yr B.P.에 해당된다(Fig. 5).

II 구간은 I 구간보다는 더 뚜렷한 C3 식물형 δ¹³C 가 나타나며 토양유기탄소 또한 높다. 퇴적상은 암회 갈색 세립 사질층 내지는 흑색 사질 실트층으로 구 성되어 있으며, 193-173 cm의 IIa, 173-153 cm의 IIb, 두 개의 구간으로 세분할 수 있다. 전반적으로 II 구 간은 전 퇴적층 중 가장 낮은 δ¹³C, 즉 C3 식물형 δ¹³C가 뚜렷하게 나타나는 것으로 보아 I 구간보다 더 습윤한 환경이었던 것으로 판단된다.

193-173 cm 구간인 IIa는 183 cm부근에서 δ¹³C가 갑자기 높아지고, 토양유기탄소는 낮아지는 이벤트 (event)의 양상이 보인다. 퇴적물 구성은 암회갈색 세 립 사질층인 것으로 보아 습윤에서 약습윤(또는 약건 조)로 환경이 변화되면서 사질의 퇴적물이 유입된 것 으로 추측된다. 이 이벤트이후에는 δ¹³C가 감소하고 토양유기탄소값은 증가하는 것으로 보아, 하부구간에 비해 더 습윤하고 토양화 작용이 활발한 환경으로 변한 것으로 생각된다.

IIb는 173-153 cm 구간으로 하부의 IIa 구간에 비 해 δ¹³C는 계속적으로 증가하는 경향이, 토양유기탄 소는 감소하는 경향이 나타난다. 특히 173-168 cm 구 간은 낮은 δ¹³C와 높은 토양유기탄소가 나타나며, 퇴 적상은 흑색의 실트층으로 구성되어 있는 것으로 보 아 전체 퇴적층 중 가장 습윤하고 안정적인 환경이 었던 것으로 추측된다. 이 구간 이후의 퇴적상은 암 Fig. 5. age-depth profile.

회갈색 사력층인 것으로 보아 배후의 사면 물질이 지속적으로 유입되는 환경으로 유추되며 점차 약습윤 의 환경으로 변화되어 가는 과정이었던 것으로 추측 된다.

III 구간은 153-123 cm으로 약 2,200 yr B.P.-210±

50 yr B.P.에 형성된 퇴적물로 하부의 I과 II 구간과 달리 높은 δ¹³C가 특징적으로 나타난다. 상대적으로 비교해 보면, I과 II 구간의 δ¹³C가 C3 식물형에 가 까운 값을 나타내는 반면 III 구간은 C4 식물형에 가 까운 값을 나타낸다고 할 수 있다. 토양유기탄소는 비교적 높고, 그 변화가 크다. 퇴적상은 암회갈색 사 질층과 암회갈색 실트층으로 구성되어 있다. 따라서 이 구간은 아래의 I과 II 구간보다는 상대적으로 건 조해지거나, 인간의 활동으로 인한 환경변화 즉, 농 경지 확대에 따른 영향으로 추측된다.

Huang et al.(2001)과 Lane et al.(2004)은 삼림이 제거되고 농경지가 확대되는 시기에는 C4식물이 우 점하여 δ¹³C가 높아지기 때문에 탄소동위원소 분석을 통해 인간의 활동으로 인한 환경변화 시기 및 정도 를 유추할 수 있다는 연구하였다.

Hedges and Parker(1976)는 유기물에 포함된 리그 닌의 함량이 증가함에 따라 δ¹³C가 낮아지는 경향을

보고하였다. C3 계열의 식물체가 우세한 삼림기원하 천에서 유기물에 포함된 리그닌의 함량이 높아 δ¹³C 가 상대적으로 낮아진다는 것이다. 김재구 외(2007) 도 강우시 발생된 탁수의 생지화학적 특성을 분석하 여 농경지에서 유출되는 탁수가 삼림지역에서 유출되 는 탁수보다 δ¹³C가 약 1-2‰정도 높게 나타나며, 이 는 일반적으로 농경지나 경작지의 비율이 높아질수록 C4계열 작물의 기여도가 높아지고 이에 따라 δ¹³C가 증가하는 경향을 나타내며, 삼림기원이 우세한 하천 에서 상대적으로 δ¹³C가 낮은 것은 주로 C3계열 식 물체의 목질부로부터 용출되는 리그닌의 함량과 관련 성이 있을 것으로 보고하였다.

이번 연구결과는 연구지역 주위에서 행해진 화분분 석 결과와 일치하는 온난 습윤의 기후환경을 보이고 있으나, 그 사이에서 짧은 기간 건습으로 인한 미기 후 변화가 나타나는 구간이 있다. 홀로세 시기의 기 후변화는 크게 뚜렷하지 않아 화분분석만으로 그 변 화 양상을 파악하는데 어려움이 따르는데 안정동위원 소 분석은 과거의 온도 및 습도변화를 비교적 정량 적으로 표현해주기 때문에 보다 뚜렷한 추이를 파악 할 수 있다는 장점이 있다(박정재, 2008). 따라서 이 러한 연구결과들은 기존의 연구결과들과 상호보완적 Fig. 6. Holocene vegetation and climate changes of the study area inferred from the previous pollen analyses and this study (Al:

Alnus, Qu: Quercus, Pn: Pinus, Co: Corylus, Ca: Carpinus).

320 정혜경·박지훈·김정빈

으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

지금까지 연구지역 부근에서 행해진 기존 화분분석 자료(윤순옥, 1997; 박지훈, 2010)를 분석하면 약 10,000-8,500 yr B.P. 시기는 냉온대 북부 침엽ㆍ낙엽 활엽수 혼합림시대이다(Fig. 6). 이 시대의 식생환경 은 적어도 평야부에서는 습윤한 토지환경의 영향으로 오리나무림이 전 기간에 걸쳐서 우점했으며, 구릉대 하부에서는 신갈나무ㆍ잣나무림이 우점하거나 신갈나 무에 일부 아한대성 침엽수가 포함된 혼합림이 우점 했다. 약 8,500-4,600 yr B.P.에는 전형적인 냉온대성 낙엽활엽수림 시대이다. 이 시대의 식생환경은 평야 부(해안의 소곡저)에서는 오리나무림이 약 9,000- 3,000 yr B.P.에 우점 내지 분포했으며, 구릉대 하부 에서는 졸참나무림이 우점했다. 약 3,000 yr B.P. 이 후는 침엽수림시대이다. 이 시대의 식생환경은 평야 부 또는 구릉대 하부의 습지에서는 오리나무림, 구릉 대 하부에서는 소나무림이 우점했다. 화분분석 결과 약 8,500-4,600 yr B.P. 시기는 약 10,000-8,500 yr B.P. 시기와 약 3,000 yr B.P. 시기보다 상대적으로 온난ㆍ습윤했으며, 특히 약 3,000 yr B.P. 이후에 증 가하는 Pinus densiflora에 주목하여 이 시기가 앞선 약 8,500-4,600 yr B.P. 시기보다 한랭ㆍ건조했다고 주장하는 보고가 있다. 약 6,600 yr B.P. 이후의 시기 는 홀로세 중기에 해당하므로 기온이 아주 온난하였 다. 화분분석으로 추정되는 이 시기의 기후환경도 홀 로세 전체에서도 가장 온난 습윤한 시기이다. 그러나 홀로세 중기 이후의 작은 미기후변동에 대해서는 아 직 연구들이 충분히 진행되지 않았다.

결 론

한국 서해안 도서지역의 홀로세 환경변화를 알아보 기 위해 인천 영종도의 곡저평야의 퇴적층을 대상으 로 δ¹³C와 토양유기탄소를 분석하였다.

I 시기(약 6,600±60yr B.P.-5,350±60 yr B.P.)에 곡 저에는 오리나무림이 구릉지에는 졸참나무림이 우점 하는 온난하고 습윤한 기후환경이었으나, 약 6,020±

60 yr B.P. 경을 전후로 약건조/약습윤에서 습윤으로 의 변화가 감지된다. 한편, 약 6,600±60 yr B.P.와 약 6,020±60 yr B.P. 시기 사이(지면하 228 cm)에 낮은 δ¹³C와 토양유기탄소가 나타나는데 이것은 이 시기 전후의 기간에 비해 더 습윤하여, 많은 유량에 의해 선상지성 계류퇴적물(사력질)이 일시에 공급되어 토

양유기탄소값의 저하를 초래한 것으로 보인다.

II 시기(약 5,350±60 yr B.P.-2,200 yr B.P.)에서 약 3,000 yr B.P. 이전에는 곡저에 오리나무림이 구릉지 에 졸참나무림이 우점하였고, 약 3,000 yr B.P. 이후 에는 곡저에 오리나무림이 구릉지에 소나무림이 우점 하여 현재와 비슷한 온난습윤한 기후환경을 나타낸다.

그러나 약 5,350±60 yr B.P.와 4,720±60 yr B.P. 사이 는 다른 구간에 비해 약습윤(또는 약건조)에서 습윤 으로의 변화가 나타난다. 이때의 토양유기탄소는 이 시기의 다른 구간에 비해 상대적으로 낮으며 층상이 암회갈색 세립 사질층인 것으로 보아 다소 건조한 기후환경에서 주위의 모래가 일시적으로 유입되어 퇴 적된 것으로 보인다. 이후 4,720±60 yr B.P.와 4,210

±50 yr B.P. 사이는 전체 퇴적층 중 가장 습윤했으며 토양유기탄소의 축적 또한 가장 활발했다. 특히 4,210±50 yr B.P. 이후인 173-168 cm 구간의 퇴적층 상은 흑색의 실트질로 구성되어 있으며 낮은 δ¹³C와 높은 토양유기탄소로 전 퇴적층 중에서 가장 온난습 윤하며 비교적 안정적이었던 환경으로 나타난다.

III 시기(약 2,200 yr B.P.-210±60 yr B.P.)는 δ¹³C 분석결과를 보면 전체 퇴적층 중 가장 C4 식물형에 가까운 값을 나타내며 앞선 시기인 I과 II 시기와는 확연히 구분된다. 또한 토양유기탄소는 다른 구간에 비해 비교적 높고, 퇴적상이 암회갈색 사질층과 암회 갈색 실트층으로 구성되어 있다. 따라서 III 시기는 앞선 시기보다 상대적으로 건조했거나 또는 이 지역 에서 경작이 행해졌을 것으로 추측된다.

감사의 글

이 논문은 2010년 재)금강문화유산연구원에서 지 원한 과제(과제명: 부여 가탑리 가탑들 유적의 자연 과학적 연구, 연구기간: 2010.02.01-2011.01.31, 과제 번호: 20100036KJ)에 의해 수행되었습니다. 본 논문 이 더욱 좋게 만들어질 수 있도록 조언을 해주신 심 사위원님들께 감사를 드립니다.

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2010년 7월 6일 접수 2010년 8월 4일 수정원고 접수 2010년 8월 10일 채택