한국습지학회지 제12권 제2호, 2010년 8월 (1 - 12)
금정산 산지습지의 지질학적 특성
차 은 지* / 함 세 영**+ / 김 현 지*** / 이 정 환**** / 정 재 열***** / 옥 순 일*
Geological Characteristics of a Wetland in Mt. Geumjeong
Eun-Jee Cha* / Se-Yeong Hamm**+ / Hyun-Ji Kim*** / Jeong-Hwan Lee**** / Jae-Yeol Cheong***** / Soon-Il Ok*
요약 : 본 연구에서는 비교적 도심 가까이에 위치하는 부산광역시 금정산 산지습지의 지질학적 특성을 규명하 였다. 야외조사와 실내분석에 의해서 금정산 산지습지의 지형, 지질, 구조지질학적 특성, 습지로부터의 거리에 따른 암석의 강도, 습지의 토양단면, 토양의 화학적 특성을 파악하였다. 금정산 습지의 기반암은 각섬석화강암 이며, 습지 주변의 각섬석화강암과 유문암질암의 절리의 주향은 대체로 남북방향, 동서방향, 북동-남서방향이며 60° 이상의 급한 절리 경사각을 가지고 있다. 또한 습지에 가까울수록 암석의 강도가 낮아지고 풍화도는 높아짐 을 알 수 있다. X선 회절분석에 의하면, 습지 토양시료에는 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 깁사이트가 나타나며, 이는 장석의 풍화산물임을 지시한다. 습지 토양의 단면은 지표에서부터 O, A, B, C층의 순서로 놓여 있으며, 유 기물 함량은 토양의 심도가 깊어질수록 감소하는 경향성을 보이고 있다. 또한 습지 토양의 무기물 성분 중 K+와 Na+의 농도가 높게 나타나며, 이는 장석의 풍화에서 유래함을 지시한다.
핵심용어 : 산지습지, 습지 토양, 지질, 풍화, 암석 강도
Abstract : This study examined geological characteristics of a wetland in Mountain Geumjeong in Busan Metropolitan City. Field survey and laboratory tests were performed to identify topographic features, geological and structural geological characteristics, rock strength along the distance from the wetland, soil profile in the wetland, and chemical property of the wetland soil. The bedrock of the wetland consists of hornblende granite. Hornblende granite and rhyolitic rock around the wetland have the joints with strikes of N-S, E-W, and NE-SW directions and with higher dips greater than 60°. Lower rock strength and higher weathering grades take place towards the wetlands. According to X-ray diffraction analysis of wetland soil samples, kaolinite, montmorillonite, and gibbsite appear which demonstrate weathered products of feldspars in the hornblende granite. The soil profile in the wetland comprises O, A, B, and C horizons from the land surface. The contents of the organic matters decrease from shallow parts to deeper parts of the soil profile. In addition, K+ and Na+ originating from the weathering of feldspars are dominant components among inorganic ions in the wetland soil.
Keywords : Mountain wetland, Wetland soil, Geology, Weathering, Chemical properties, Rock strength
+ Corresponding author : [email protected]
* 학생회원․부산대학교 지구환경시스템학부 석사과정
** 정회원․부산대학교 지질환경과학과 교수
*** 비회원․한국수자원공사 K-water 연구소 연구원
**** 비회원․부산대학교 지구환경시스템학부 박사과정수료
***** 비회원․한국방사성폐기물관리공단 방폐물 기술개발센터
1. 서 론
습지는 늪지, 이탄지, 범람원, 강과 호수, 해수 소택지(saltmarshes), 맹그로브 늪지, 해변식물 지역(seagrass bed), 산호초, 수심 6m가 넘지 않 는 간조대, 그리고 인공습지(폐수처리 연못과 저 수지)와 같은 다양한 생태환경을 포함한다 (Ramsar, 2007). 한편, 우리나라의 습지보전법 제2조에 의하면, 습지는 담수 · 기수 또는 염수가 영구적 또는 일시적으로 그 표면을 덮고 있는 지 역으로서 내륙습지(육지 또는 섬 안에 있는 호 또 는 소와 하구 등의 지역)와 연안습지(만조시에 수 위선과 지면이 접하는 경계선으로부터 간조시에 수위선과 지면이 접하는 경계선까지의 지역)로 구 분된다.
우리나라에서는 습지 면적이 점차 감소하고 있 으며, 이는 자연적인 요인(해수면 상승, 해류 방향 변화, 침식)과 인위적인 요인(매립, 간척, 굴착, 구 조물 건설, 운하, 토지이용도 변경)에 의한다(김귀 곤, 2003). 오래전부터 습지와 그 주변지역은 농 경지로 사용되어 오고 있으며, 산업화 이후로는 매립 또는 간척화로 인해서 습지 손실이 빠르게 진행되고 있는 실정이다. 또한, 습지지역의 매립, 간척으로 인해서 습지 식생과 토양이 교란되고, 수문학적인 평형상태가 파괴되고 있다. 수문학적 평형상태가 깨어지게 되면, 지하수와 하천수 수위 의 계절적 변동에 변화가 일어나서 습지수의 저장 량이 감소하거나 습지 및 하류 지역에 홍수와 가 뭄을 초래하게 된다. 또한 오염원과 퇴적물의 증 가에 의한 영양물질(인, 질소)의 증가는 생태계에 영향을 미치게 된다. 따라서, 습지를 보호하기 위 해서 환경영향평가, 습지보전 교육, 습지 토지의 용도 제한, 습지의 기능유지 관리, 세금 인센티브 제도 등 다양한 방법들이 논의되고 있다.
국내의 습지 연구는 주로 지형학적인 특성과 분류 그리고 생태학적 분야에 집중되어 왔다(주위 홍과 구본학, 2006; 구자용과 서종철, 2007; 박용 희 등, 2005; 천미연, 2008; 도윤호 등, 2007).
그러나, 지질학적 및 지화화적 연구로는 강동환
등(2007)에 의한 산지습지 퇴적물의 유기물함량 특성 연구, 신영호 등(2005)에 의한 신불산 산지 습지의 습지 퇴적물 및 주변사면 토양의 특성과 습지의 물질 순환에 대한 연구 등의 몇몇 연구가 있을 뿐이다. 특히, 산지습지의 지질학적 및 수리 지질학적 연구는 미미한 실정이며, 이는 산지습지 의 특성상 규모가 작고, 고립되어 있고 산발적으 로 분포하기 때문이다(정연숙, 2006). 한편, 국외 에서는 안정동위원소를 이용한 습지 퇴적물 내 유 기물질의 기원에 관한 연구(Requejo 등, 1986;
Ruttenberg와 Goni, 1997; Loh 등, 2007), 습 지의 수리지질학적 또는 수문학적 연구(Eser와 Rosen, 1999; Bragg, 2002; Ju 등, 2005), 습지 의 지형학적 연구(Woods 등, 2006; Cole 등, 2008; Rossell 등, 2009) 등이 수행되었다.
본 연구에서는 도심에 비교적 가깝게 위치하는 금정산내의 부산광역시 금정구와 경상남도 양산시 동면의 경계에 위치하고 있는 산지습지(분포범위 35°17'31.31"N~35°17'36.41"N, 129°03'12.35"E
~129°03'20.02"E, 면적 약 32,000 m2, 해발고도 약 570 m)에 대한 지질학적 특성을 규명하고자 하였다(Fig. 1(b)). 이를 위하여 금정산 산지습지 의 지형, 지질, 구조지질학적 특성, 습지 주변 암 석의 강도, 습지토양의 단면 특성, 물리적 및 화 학적 특성을 파악하였다.
2. 습지의 지형 및 지질학적 특성
습지가 위치하는 금정산은 부산지역에서 가장 높은 해발고도(고당봉의 해발고도는 801.5m임)를 가진다. 금정산의 동편은 비교적 급사면을 이루고 골짜기의 발달이 미약한 반면, 서편은 완사면을 가지고 골짜기가 깊게 발달한 동서편이 비대칭적 인 지형을 이루고 있다. 한편, 금정산의 서쪽에는 양산단층, 동쪽에는 동래단층이 각각 북북동-남 남서 방향으로 분포하며, 동래단층의 동쪽에는 울 산단층이 북북서-남남동 방향으로 발달되어 있 다. 연구지역인 금정산 산지습지는 금정산의 서측 사면에 위치하고 있으며, 습지는 북서-남동방향
금정산 산지습지의 지질학적 특성
Fig. 1. Location of the study area in regional scale (a), and local scale with the domains of A, B, C, and D (b), and the wetland with soil sampling sites (c)
으로 길쭉한 모양을 가지며, 습지의 경사는 완만 하고 서쪽(양산방향)으로 개방되어 있어서 습지 형성에 매우 유리한 지형적 조건을 가지고 있다 (Fig. 1). 금정산 지역의 수치표고모델(DEM, Digital Elevation Model)에 의하면, 장군봉-계명 봉 능선으로부터 내려오는 습지 시작 지점의 경사 가 급격히 평탄하게 변한다. 이와 같은 본 연구지 역의 지형적 특성은 금정산 습지형성에 큰 영향을 주고 있다. 이러한 지형적인 특성과 함께, 금정산 습지의 북동쪽에 있는 장군봉-계명봉과 남서쪽의 고당봉으로부터 주변의 낮은 지역으로 지표수와 지하수가 흘러서(정재열 등, 2003), 습지로 유입 됨을 알 수 있다(Fig. 1). 일단 습지로 유입된 물 은 습지의 장축방향인 북서쪽의 경사면을 따라 느 린 속도로 배출되고 있으며, 습지 내에는 용출수 가 발생하여 습지늪(fen)을 형성하고 있다.
금정산 습지를 포함하는 일대에는 각섬석화강
암이 분포하고 있다. 각섬석화강암은 연구지역의 북쪽에서 안산암, 이천리층 및 유문암질응회암류 를 관입하고 있으며, 흑운모화강암과는 점이적인 접촉을 보인다(Fig. 2). 또한 남쪽 중앙부에서는 아다멜라이트(마산암류의 분화체)에 의해 관입되 어 있고, 규장암에 의해서도 관입 접촉된다(손치 무 등, 1978). 각섬석화강암은 야외에서 매우 균 질하고 중립질을 보이며 도홍색의 장석을 다량으 로 함유하고 있다. 또한 녹색의 각섬석이 유색광 물로 함유되는 것이 특징이다. 주성분광물은 석 영, 정장석, 사장석, 각섬석, 흑운모 등이며, 부성 분광물은 인회석, 저콘, 녹니석, 백운모 및 자철석 등이다. 습지의 남서쪽에서 채취한 각섬석화강암 박편의 편광현미경 관찰 결과, 주로 석영, 장석류, 각섬석 그리고 드물게 흑운모로 이루어져 있으며 정장석은 대개 퍼사이트(Perthite)조직을 보이고 있다. 각섬석은 점토광물인 카올리나이트와 산화
Fig. 2. Geological map (slightly modified from Son at al, 1978) of the study area with locations of Schmidt hammer test
광물인 침철석으로 쉽게 풍화되며(Velbel 등, 2009), 장석류는 화학적 풍화작용으로 카올리나 이트, 몬모릴로나이트, 깁사이트와 같은 점토광물 을 형성하므로(Appelo와 Postma, 2007), 이들 점토광물이 습지 형성에 커다란 영향을 준다는 것 을 알 수 있다.
한편, 금정산 습지의 북동쪽에 위치하는 유문암 질 암석 박편을 편광현미경으로 관찰하면, 정장 석, 사장석, 석영으로 이루어져 있다. 결정편의 분 급은 불량하며, 석영은 각상, 아각상으로써 원마 도가 좋지 않고, 사장석은 알바이트 쌍정을 보이 고 있다. 유문암질 암석의 장석도 풍화작용을 거 쳐 점토광물을 형성하게 된다.
3. 습지 주변 암석의 구조지질 및 강도 특성
3.1 습지 주변 암석의 구조지질 특성
습지는 지표수와 지하수 흐름이 복합적으로 일 어나는 지역이다. 따라서 금정산의 암석 내에 발 달된 절리계의 방향성 및 공간적인 분포는 지하수
유동 체계와 밀접한 관련이 있으며(손문 등, 2002), 또한 절리계의 발달과 금정산 습지는 서 로 연관성을 가질 것으로 판단된다. 따라서, 절리 의 공간적인 분포 특성을 파악하기 위하여 습지를 중심으로 북쪽지역(A, B지역)과 남쪽지역(C, D지 역)의 33개의 암석노두에서 201개의 절리의 방향 과 그 빈도를 측정하였다(Fig. 1(b)). A, B지역은 장군봉(727m)과 계명봉(602m)을 연결하는 선과 거의 평행한 습지의 장축방향으로 배열된 지역이 고, C, D지역은 습지의 단축방향과 평행하게 배 열되어 있다.
Fig. 3 (a) Rose diagram and (b) dip distribution of the joints in the study area
금정산 산지습지의 지질학적 특성
Fig. 4. Rose diagrams and dip histograms of the joints in A, B, C, and D domains
A, B, C, D 구역의 모든 절리를 장미도표에 도 시한 결과, 지형경사와 비슷한 저각도의 판상절리 를 제외한 다른 단열들은 전반적으로 북북서~북 북동방향의 주향을 가진다. 대부분의 절리 경사는 60° 이상이며, 이들 중 많은 절리들이 수직에 가 까운 경사를 보인다(Fig. 3). A, B, C, D 구역별 로 절리군의 방향을 보면, A 구역의 절리군의 가 장 우세한 방향은 북동-남서방향이고 경사각은 주로 60° 이상이다. B 구역에서는 동서방향의 절 리군이 가장 우세하며, 20°~50° 와 70°~90° 의 경사가 우세하고 60° 의 경사각의 빈도가 낮은 것이 특징이다(Fig. 4). 이는 지하수 유동방향이 A 구역에서는 남서방향 그리고 B 구역에서는 서 쪽으로 일어난다는 것을 의미하며, 결국 지하수가 습지에 공급될 수 있는 지질구조를 지시한다. 한 편, C 구역에서 가장 우세한 절리군의 방향은 남 북방향이고, 거의 대부분이 60° 이상의 경사를 보 인다. D 구역에서 절리군의 방향은 거의 남북방 향에 가까우며, 70° 이상의 경사를 보인다. 따라 서, 금정산 습지 일대에서는 대체로 남북방향, 동 서방향, 북동-남서방향의 주향과 60° 이상의 급
한 경사각을 가지는 절리를 따라서 금정산 습지에 지하수가 공급될 수 있는 조건을 가지고 있음을 알 수 있다.
3.2 습지 주변 암석의 강도 특성
습지 주변 암석 노두에서 슈미트 해머(Schmidt hammer)를 사용하여 암석의 반발경도()를 측 정하였다. 슈미트 해머는 간편하고 국제적으로 표 준화된 시험방법으로 암석의 압축강도를 비파괴 방식으로 판정할 수 있으며, 암석 표면을 슈미트 해머로 타격하여 표면의 손상정도나 반발정도를 측정하여 반발경도를 결정하는 것이다. Schmidt (1960)는 밀도가 치밀한 포틀랜드 시멘트에 대해 서 슈미트해머 수치와 일축압축강도 사이에는 산 술 좌표에서 서로 뚜렷한 직선 관계가 있다고 보 고한 바 있다. 본 연구에서는 일본 산요사 제품의 N-형 슈미트 해머(충격 에너지 2.207Nm)를 사용 하였다. 측정 시 현장 조건에 따른 오차들을 최소 화하기 위하여 동일한 날에 습윤하지 않은 7곳의 유문암질암 노두와 5곳의 화강암 노두에서 시험을
실시하였다(Fig. 2, Table 1). 반발경도(rebound hardness)는 노두면상에서 절리빈도가 가장 높은 지점을 택하여 × 의 노두 면적에서 각각 10회씩의 측정하였으며, ASTM(2001) 방법에 따 라 측정지점의 반발경도()를 결정하였다(Table 1). 반발경도와 암석의 일축압축강도의 관계식에 는 여러 가지가 있으나(Aydin, 2009; Aydin과 Basu, 2005; Buyuksagis와 Goktan, 2007;
Yasar and Erdogan, 2004; Kahraman, 2001), 본 연구에서는 Buyuksagis와 Goktan (2007)식인
(MPa) (1)
를 이용하여 암석의 일축압축강도()를 구하였 다. (1)식에서 은 반발경도이다. 측정결과, 금 정산 습지 주변 암석의 일축압축강도는 8.98~
56.6 MPa 이며, 보통 내지 심한 풍화(11~79 MPa)에 해당한다(Tugrul, 2004). 따라서 습지 주 변지역의 암석은 상당히 풍화작용을 받았음을 알 수 있다.
한편, 습지의 중심으로부터 거리에 따른 암석의
강도 변화를 보면, 대체로 습지에 가까울수록 암 석의 강도가 감소하는 경향성을 보인다(Fig.
5(a)). 또한 습지(해발고도 570m)와 암석강도 측 정 지점간의 고도차에 따른 암석 강도 변화를 도 시한 결과, 고도차가 클수록 대체로 암석 강도가 높아지는 것을 알 수 있다(Fig. 5(b)). 따라서, 금 정산 습지의 생성은 습지 주변 암석의 풍화 및 암 석의 강도와 관련이 있음을 알 수 있다.
Fig. 5. Uniaxial compressive strength of the rocks (Su) in relation to (a) horizontal distances from the center of wetland to the test site (∆d), and (b)
differences between the elevation of the wetland and that of the test site (∆h)
Rock type Outcrop no.
Rebound hardness
(-)
Horizontal distance from the
wetland (m)
Elevation difference between the wetland
and outcrop (m)
Uniaxial rock strength
(MPa)
Rhyolitic rock
GJ-1 18.4 482 38 8.98
GJ-2 41.9 568 89 36.16
GJ-3 49.4 491 96 56.61
GJ-4 41.3 626 109 35.02
GJ-5 36.8 640 107 26.69
GJ-7 41.2 719 113 34.75
GJ-8 39.0 734 114 30.50
Hornblende granite
GJ-9 34.8 375 4 23.70
GJ-10 41.5 657 89 35.37
GJ-11 25.6 673 90 13.74
GJ-12 26.4 327 48 14.45
GJ-13 39.1 456 95 30.76
Table 1. The strength of rhyolitic rock and hornblende granite around the wetland
금정산 산지습지의 지질학적 특성
Fig. 6. Various soil horizons (Kim, 2010)
4. 습지 토양층의 특성
4.1 습지의 토양단면 특성
금정산 습지의 토양단면 특성을 파악하기 위하 여 습지 내 남서부 가장자리(GS-SW), 북동부 가 장자리(GS-NE), 장축방향(GS-1∼GS-5)에 시추 지점을 선정하여, 핸드오거로 토양 시료를 채취하 였으며(Fig. 1(c)), 토양의 색, 화학적 성질, 입도 등의 특징에 따라 토양층을 구분하였다(Fig. 6).
습지의 장축방향(GS-1지점부터 GS-5지점까지)의 토양단면의 각층의 두께를 보면, GS-1지점에서는 O2층이 10 cm, A1층이 90 cm, B1층이 10 cm, B2층이 30 cm를 보이고, GS-2지점에서는 A1층 이 60 cm, A3층이 45 cm를 보이고, GS-3지점에 서는 O2층이 5 cm, A1층이 45 cm, A3층이 90 cm를 보인다(Fig. 7). GS-4지점에서는 O2층이 5 cm, A1층이 85 cm, B1층이 5 cm를 보이고, GS-5지점에서는 A1층이 50 cm, A2층이 60 cm,
C층이 10 cm를 보인다. 또한 북동부 가장자리 (GS-NE)에서는 A2층이 10 cm, A3층이 5 cm, B2층이 20 cm, C층이 20 cm의 두께를 보이고, 남서부 가장자리(GS-SW)에서는 A1층이 30 cm, A2층이 25 cm, B2층이 30 cm의 두께를 보인다.
따라서, 습지 내 장축방향으로는 유기물이 상대적 으로 많이 집적되어 암흑색을 띄는 A1층이 다른 층에 비해서 두껍게 나타나며, 습지의 가장자리
Fig. 7. Soil profiles in the wetland
Fig. 8. Weight percentage of organic components with depth at different soil sampling sites.
로 갈수록 A1층의 두께가 얇아지는 경향성을 보 인다. 한편, B층의 두께는 불규칙하다.
작열감량법(loss on ignition method)으로 습지 토양의 위치와 깊이에 따른 유기물 함량을 구하였 다. 그 결과, 위치에 따라서 차이는 있으나, 유기 물 함량은 최대 67.83%, 최소 0.85%로서 깊이가 깊어질수록 감소하는 경향성을 보이고 있으며, 특 히, 습지의 장축방향(GS-1∼GS-5)으로는 그러한 경향성이 뚜렷이 보인다(Fig. 8). 그러나, 습지의 가장자리에 위치하는 GS-NE와 GS-SW에서는 다 른 지점에 비해서 유기물 함량이 낮게 나타난다.
한편, GS-1-3, GS-1-7, GS-4-3, GS-4-6 시료 의 유기물 종류(C, H, O, N, S, P)별 함량은 한국
기초과학지원연구원 부산센터에 의뢰하여 분석하 였다. 분석기기는 원소분석기(Elemental analyzer) (독일 Elementar Analysensysteme 사의 모델명 Vario-EL III)로서 가동 온도는 1,150°C이다. 분 석 결과, 산소가 평균 25.3 %로 가장 많고, 탄소 가 평균 4.03 %이며, H, S, N의 순으로 낮아진다 (Table 2).
X-선 회절분석 화학성분 분석을 위하여, GS-1 지점의 깊이 45 cm(시료 번호 GS-1-3)와 105 cm(시료번호 GS-1-7), 그리고 GS-4지점의 깊이 45 cm(시료번호 GS-4-3)와 90 cm (시료번호 GS-4-6)에서 토양시료를 채취하여 분석하였다.
토양시료의 구성광물을 알기 위한 X-선 회절분석 은 기초과학지원연구원 서울센터에 의뢰하여 이루 어졌다. 사용된 X-선 회절분석기(Philips사의 모 델 XPERT XPD)로서 수직 쌍 측각기(모델명 PW3020)의 규격은 θ/2θ이다. 시료는 Ni-filter 가 장착된 CuKα 복사선으로 측정하였으며, 주사 속도는 2°/분, 주사범위는 3°~90°, 가속전압/전류 는 40kV/30mA이다. GS-1-3 시료에서는 사장석, 백운모, 석영이 주를 이루고, 점토광물로는 몬모 릴로나이트와 깁사이트가 나타나고 있다(Fig. 9).
보다 심부에 위치하는 GS-1-7에서는 석영, 사장 석, 정장석, 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사 이트가 나타난다. GS-4-3에서는 석영, 사장석, 감람석, 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사이트 가 나타나고 있으며, GS-4-6에서는 정장석, 사장 석, 석영, 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사이 트가 나타난다. 따라서 금정산 습지에서는 기
Sample no.
Depth (cm)
N (wt %)
C (wt %)
S (wt %)
H (wt %)
O (wt %)
GS-1-3 45 0.41 7.61 0.32 2.65 9.52
GS-1-7 105 0.16 3.69 0.23 1.71 24.62
GS-4-3 45 0.15 2.33 0.24 2.05 37.13
GS-4-6 90 0.14 2.47 0.22 1.30 30.12
Table 2. The weight percentages of N, C, S, H, and O components in the soil samples
금정산 산지습지의 지질학적 특성
Fig. 9. X-ray diffraction result of GS-1-3, GS-1-7, GS-4-3, and GS-4-6 samples.
(Q: Quartz; Or: Orthoclase; Pl: Plagioclase;
Mu: Muscovite; Mon: Montmorillonite; Kao:
Kaolinite; Gib: Gibbsite)
반암인 화강암의 주성분광물인 석영, 장석과 함께 장석의 풍화산물인 몬모릴로나이트, 카올리나이 트, 깁사이트가 나타남을 알 수 있다.
4.2 습지 토양의 화학적 특성
GS-1지점에서 GS-1-3과 GS-1-7시료, GS-4 지점에서 GS-4-3과 GS-4-6시료를 채취하여 토 양의 무기물성분을 한국기초과학지원연구원 부산 센터에 의뢰하여 분석하였다. 양이온(Al3+, As3+, Ca2+, Cr3+, Fe2+, K+, Mg2+, Mn2+, Na+, Si4+, Zn2+) 분석을 위한 시료 전처리는 토양시료 0.2 g을 질산: 불산: 과염소산 부피비를 4: 4: 1로 혼 합산 5 ml에 첨가하고, 가압테플론 용기에 넣어 밀봉한 후 24시간 산처리 과정을 거쳤다. 그리고 130℃에서 시료를 가열시켜 1 ml 이하가 될 때 까지 증발시키고 한번 더 혼합산 5 ml를 첨가하 여 산처리를 반복하였다. 시료를 다시 130℃에서 가열시켜 1 ml 이하가 되었을 때, 3차 증류수 40 ml를 가한 후 희석하여 표준용액 10 ppm, 1 ppm, 0.1 ppm을 제조하였다. 분석기기는 유도결 합 플라즈마 원자 방출 분광광도계(ICP Optical Emission Spectrometer)(Perkin Elmer사)이었 다. 한편, 음이온(F-, Cl-, NO3-
, PO43-
, SO42-
) 분 석을 위해서는 시료와 증류수를 1: 10의 무게비 로 혼합한 후 진동기에서 1시간 진동시켜 전처리 하였다. 그리고, 0.2 μm의 여과지로 여과시킨 후 이온 크로마토그래피(DIONEX사의 ICS-1500)를 사용하여 분석하였다.
Sample
no. Al3+ As3+ Ca2+ Cr3+ Fe2+ K+ Mg2+ Mn2+ Na+ Si4+ Zn2+ F- Cl- NO3- PO43- SO42-
GS-1-3 44.0 33.2 672 39.2 7,730 9,077 1,230 148 3,261 65.6 20.0 0.92 0.64 0.20 N.D. 13.5
GS-1-7 23.1 38.3 1,214 14.4 6,074 25,886 1,144 237 12,583 231 34.6 1.24 0.91 1.23 N.D. 3.23
GS-4-3 21.8 37.1 1,400 12.5 8,020 29,431 1,034 543 11,403 151 44.7 0.46 0.64 3.96 N.D. 5.38
GS-4-6 23.3 37.8 1,382 15.4 8,414 32,224 1,105 710 13,006 195 91.1 1.51 0.86 0.71 N.D. 4.62 Average 28.1 36.6 1,167 20.4 7,560 24,155 1,128 410 10,063 161 47.6 1.03 0.76 1.53 N.D. 6.68
Table 3. Cation and anion concentrations (mg/kg) of the soil samples in the wetland
양이온 분석 결과, 가장 높은 농도를 보이는 것 은 K+로서 9077~32,224 mg/kg(평균농도 24,155 mg/kg)이며, 두 번째로 높은 것은 Na+로 서 3261~13,006 mg/kg(평균농도 10,063 mg/kg)이다(Table 3). 이와 같이 K+와 Na+의 농 도가 높게 나타나는 것은 이들 성분이 장석으로부 터 유래한다는 것을 지시한다. 또한 회장석과 방 해석의 구성성분인 Ca2+ 농도도 672~1,400 mg/kg(평균농도 1,167 mg/kg)로서 비교적 높게 나타난다. 한편, Fe2+의 농도는 6,074~8,414 mg/kg(평균농도 7,560 mg/kg)로서 세 번째로 높 게 나타나며, 이는 주로 각섬석으로부터 유래하는 것으로 보인다. 습지의 기반암은 각섬석화강암이 며 각섬석의 함량이 비교적 높다. 그 외에도 Mg2+의 농도는 1,034~1,230 mg/kg(평균농도 1,128 mg/kg)로서 비교적 높게 나타나며, Mg2+
도 대부분 각섬석에서 유래하는 것으로 보인다.
Si4+이온 농도는 65.6~231 mg/kg(평균농도 161 mg/kg)을 나타낸다. Al3+이온 농도는 21.8∼44.0 mg/kg(평균농도 28.1 mg/kg)이다. As3+이온 농 도는 33.2∼38.3 mg/kg(평균농도 36.6 mg/kg)을 보였다. Cr3+이온 농도는 12.5~39.2 mg/kg(평균 농도는 20.4 mg/kg)을 나타낸다. Mn2+이온 농도 는 148～710 mg/kg(평균농도 410 mg/kg)을 나 타낸다. Zn2+이온 농도는 20.0~91.1 mg/kg의 범 위를 가지며 평균농도는 47.6 mg/kg을 나타낸다.
한편, 음이온 중에서는 SO42-
농도가 3.23∼
13.5 mg/kg(평균농도 6.68 mg/kg)로서 가장 높 고, Cl-의 농도는 0.64∼0.91 mg/kg(평균농도 0.76 mg/kg)을 나타낸다. 음이온 중에서 가장 높 은 농도를 보이는 SO42-는 대기 중에서 유래하는 것으로 사료된다. 그 이유는 본 연구지역에서는 SO42-의 기원이 되는 황화광물이나 황산염광물이 보고되지 않았기 때문이다. F-이온 농도는 0.46∼
1.51 mg/kg(평균농도 1.03 mg/kg)을 나타낸다.
NO3-
이온 농도는 0.20∼3.96 mg/kg(평균농도 1.53 mg/kg)을 나타내지만, PO43-이온은 검출되 지 않았다(Table 3).
5. 결 론
금정산 습지는 금정산 줄기의 장군봉에서 약 610 m 남쪽에 위치하고 있으며, 경사가 급격하게 평탄해지는 지역에 위치하고 있다. 금정산 습지의 기반암은 각섬석화강암이며, 주변 암석은 각섬석 화강암과 유문암질 암석으로 되어 있다. 주변 암 석의 절리의 주향은 대체로 남북방향, 동서방향, 북동-남서방향이며 절리의 경사각은 60° 이상으 로 급하다. 따라서 이들 절리를 따라 지하수가 습 지에 공급될 수 있는 조건을 갖추고 있다. 대체로 습지에서 멀어질수록 그리고 습지에서부터 고도가 높아질수록 암석의 강도가 증가하는 경향성을 보 이므로, 암석의 풍화의 정도는 습지에 가까울수록 높아짐을 알 수 있다. 또한 금정산 습지에서는 기 반암인 각섬석화강암의 주성분광물인 장석이 풍화 되어 몬모릴로나이트, 카올리나이트, 깁사이트가 생성됨을 습지 토양의 X선 회절분석 결과로부터 확인할 수 있었다.
습지 토양의 단면을 보면, 지표에서부터 O, A, B, C층의 순서로 분포하고 있으며, 유기물 함량은 토양의 심도가 깊어질수록 감소하는 경향성을 보 이고 있다. 공간적으로는 습지의 장축방향으로 유 기물이 상대적으로 많이 집적되어 암흑색을 띄는 층(A1층)이 다른 층에 비해서 두껍게 나타나며, 습지의 가장자리로 갈수록 A1층의 두께가 얇아지 는 경향성을 보인다. 한편, B층의 두께는 불규칙 하게 나타난다. 유기물의 구성성분별 함량을 보 면, 산소가 평균 25.3 %로 가장 많고, 다음으로 탄소가 평균 4.03 %이며, H, S, N의 순으로 낮아 진다. 습지토양의 무기물의 양이온과 음이온을 살 펴보면, 장석의 구성성분인 K+와 Na+의 농도가 높게 나타나며, 그 외에도 Fe2+의 농도가 높게 나 타난다. 한편, 음이온 중에서는 SO42- 농도가 가 장 높게 나타나고 있다.
금정산 산지습지의 지질학적 특성
감사의 글
본 연구는 2009년도 부산지역환경기술개발센 터의 연구사업비 지원(09-2-70-76-4)에 의해 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
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○논문접수일 : 10년 04월 12일
○심사의뢰일 : 10년 04월 13일
○심사완료일 : 10년 05월 24일
