Mineral Distribution of the Southeastern Yellow Sea and South Sea of Korea using Quantitative XRD Analysis

정량X선회절분석법을 이용한 황해 남동부, 한국남해 및 제주도 남단 표층퇴적물의 광물분포 연구

Mineral Distribution of the Southeastern Yellow Sea and South Sea of Korea using Quantitative XRD Analysis

문 동 혁 (Dong Hyeok Moon)¹⋅이 희 일 (Hi-Il Yi)²⋅신 경 훈 (Kyung-Hoon Shin)³⋅ 도 진 영 (Jin Young Do)⁴⋅조 현 구 (Hyen Goo Cho)^1,*

1경상대학교 지구환경과학과 및 기초과학연구소

(Department of Earth and Environmental Sciences and Research Institute of Natural Science, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea)

2한국해양연구원 해양환경⋅방제연구부

(Marine Environment & Pollution Prevention Research Department, Korea Ocean Research and Development Institute)

3한양대학교 해양환경과학전공

(Dept of Environmental Marine Sciences, Hanyang University)

4경주대학교 문화재학부

(School of Cultural Assets, Gyeongju University, Gyeongju 780-712, Korea)

요약 : 2000년과 2007년 한국해양연구원에서 채취한 황해남동부, 한국남해 및 제주도 남단 해역의 표층 퇴적물 시료 131정점에 대하여 정량X선 회절분석법을 이용하여 광물조성을 구한 후, 이를 이용하여 각 광물의 분포도를 작성하여, 연구 해역 퇴적물의 근원지를 추정하였다. 연구지역 표층퇴적물은 조암광물 (석영 37.4%, 사장석 11.7 %, 알카리장석 5.5%, 각섬석 3.1%), 점토광물(일라이트 19.2%, 녹니석 4.7%, 카올리나이트 1.8%) 및 탄산염광물(방해석 10.7%, 아라고나이트 3.4%)로 구성되어 있다. 점토광물의 분포는 세립질 퇴적물의 분포 양상과 거의 비슷한데, 특히 흑산니질대(HSMD: Hucksan Mudbelt Deposit), 한국남해니질대(SSKMD: South Sea of Korea Mudbelt Deposit) 그리고 제주니질대(JJMD:

Jeju Mudbelt Deposit)의 분포 양상과 대부분 일치한다. 지난 최후 빙기의 잔류퇴적물로 생각되는 연구 지역 내 조립질 퇴적물은 조암광물을 많이 포함하며, 그 상부에 퇴적된 세립질 퇴적물은 점토광물을 많 이 포함하고 있다. 연구해역의 점토광물 조성과 주요해류의 흐름 및 지리적인 요소를 고려하면 흑산니 질대와 한국남해니질대는 주로 한반도 기원의 세립질 퇴적물이 퇴적된 것으로 추정되며, 제주니질대는 한반도뿐만 아니라 원양의 부유퇴적물이 복합적으로 퇴적된 것으로 판단된다.

주요어 : 황해, 표층퇴적물, 정량X선회절분석법, 점토광물, 흑산니질대, 한국남해니질대, 제주니질대

ABSTRACT : We studied the mineral composition and mineral distribution pattern of 131 surface

*

: [email protected]

chlorite 4.7%, kaolinite 1.8%) and carbonate minerals (calcite 10.7%, aragonite 3.4%). Distribution of clay minerals is very similar with fine-grained sediments, and especially same as the distribution of HSMD (Hucksan Mudbelt Deposit), SSKMD (South Sea of Korea Mudbelt Deposit) and JJMD (Jeju Mudbelt Deposit). The coarse sediment seemed to be relic sediment during the last glacial maximum and mainly consisted of rock forming minerals. Whereas the fine sediments mainly composed of clay minerals. Based on the clay mineral composition, main ocean current and geographical factor, HSMD and SSKMD might have derived from the rivers around the Korean Peninsula. However, JJMD is complex mudbelt deposit, which formed by Korean rivers and oceanic sediments.

Key words : Yellow Sea, surface sediment, quantitative X-ray diffraction analysis, clay mineral,

서 론

황해는 중국대륙 양자강과 제주도를 연결하는 선상의 북측 지역으로 평균수심이 약 44 m인 천 해의 대륙붕이며, 동중국해는 중국의 양자강-제주 도-일본구주 및 류구열도-대만을 연결하는 선 안 쪽의 광범위한 해역으로 대륙붕, 오끼나와곡분, 대륙사면, 류구해구 등 독특한 해저지형을 이루 고 있다(Saito, 1998b). 이와 같이 구분되는 황해 및 동중국해는 중국의 강들과 한반도에서 흘러나 오는 강들, 즉 압록강, 대동강, 한강, 금강, 영산강 등을 통해 막대한 양의 육상기원 퇴적물이 유입 되어 집적되고 있으며(Milliman and Meade, 1983; Schubel et al., 1984), 지난 100년간의 연간 퇴적율(sediment accumulation rate)은 평균 1∼5 mm에 달하는 곳도 있다(Lim et al., 2007). 그리 고 이들 퇴적물 중의 세립퇴적물은 한국의 연안, 황해 중서부, 그리고 제주도 남서쪽의 대륙붕에 집중적으로 퇴적되어 몇 개의 특징적인 니질대 (mudbelt deposit)를 형성하고 있다(그림 1). 최근 Yi et al. (2004)에 의해 새로이 명명된 이들 니질 대, 특히 황해 북서부의 북서니질대(NWMD:

Northwest Mudbelt Deposit)와 한국 서해의 남서 부에 위치한 흑산니질대(HSMD: Hucksan Mudbelt Deposit) 퇴적물의 기원은 연구자에 따라 중국의 하천들로부터 유래하였다는 의견, 한반도의 하천 들로부터 유래하였다는 의견 및 이들의 복합기원 이라는 의견들이 존재하여, 연구자에 따라 그 결 과들이 상이하다(Yang et al., 2003). 하지만 이번 연구의 주된 대상해역인 제주도 남단에 형성된 제 주니질대(JJMD: Jeju Mudbelt Deposit) 퇴적물의 기원에 대한 연구는 북서니질대와 흑산니질대의 그것에 비하면 소수에 불과하다.

본 연구해역인 황해 남동부, 한국남해 및 제주

남단의 해역은 많은 국내외 학자들에 의해 연구되 어 왔다. 윤정수(1986)와 윤정수와 강순석(1991)은 Socotra암초의 지질과 제주도 주변해역 표층퇴적 물의 퇴적상과 점토광물의 분포 특성 및 퇴적환경 을 밝히는 연구를 하였고, Yang and Milliman (1983), Chough (1985), Lee and Chough(1989), Wells and Huh (1984), Khim (1988), Milliman et

al. (1986), Sternberg et al. (1985), Park et al.

(1986), Lim et al. (2007)은 황해와 동중국해에서 의 점토광물의 분포와 퇴적물의 지화학적 특성을 통해 부유퇴적물 및 수괴 특성을 연구 하였다. 그 리고 Wang (1961)은 황해의 외대륙붕과 제주해협 사립질 퇴적물 내의 성분을 분석하여 이들 퇴적물 은 빙하기에 해수면이 낮았을 때 퇴적된 퇴적물이 라 하였으며, 김승우 등(1980)은 한반도 주변 해역 및 연구 해역 동남부 수심 100 m보다 깊은 해역 의 사질퇴적물은 해빈사의 특성을 보여 고해빈 (paleo-beach)이라 하였다. 또한 Nittrouer et al.

(1984), De Master et al. (1985) 등은 황해와 동중 국해의 몇 지점에서 방사지화학적 연구를 통하여 퇴적속도와 공급량을 정량적으로 평가하였다.

그러나 황해 남동부에서 재주도 남단으로 연장 되는 해역의 표층퇴적물을 체계적으로 채취하여 본 연구지역 퇴적물의 전체광물조성과 분포에 대 하여 실시한 광물학적 연구는 지금까지 단편적인 보고서 이외에는 없는 실정이다.

해양퇴적물을 비롯한 지구 물질 내에 존재하는 광물의 종류를 감정하고, 그 조성을 구하는 방법 에는 여러 가지가 있지만, 점토입자로 분리될 정 도로 입자가 작은 광물들을 식별하는 데는 X선 회절분석 자료를 이용하는 것이 가장 효과적이고 정확한 방법으로 여겨진다(문희수, 1996). 기존에 이루어진 한반도 주변해역의 점토광물과 관련한 연구들은 해저퇴적물 내 점토광물의 함량을 결정

Fig. 1. Map showing the location of late Holocene muddy deposits in the Yellow Sea-East China Sea (shaded areas), and bethymetry of the Yellow Sea-East China Sea and adjacent seas (After Choi et al., 2005). Boxed area show the study area. NWMD:

Northwest mudbelt deposit, HSMD: Hucksan mudbelt deposit, JJMD: Jeju mudbelt deposit.

Fig. 2. Location map of grab samples.

할 때, 각 점토광물의 대표적인 피크의 면적비를 이용하는 방법(Biscaye, 1965)을 이용하였다. 하지 만 이와 같은 방법은 X선회절분석기에 컴퓨터가 접목되지 못하였던 시대의 분석 방법으로, 각 점 토광물의 상대적인 함량을 나타내는 것은 가능하 지만 전체광물 중에서 점토광물의 분포를 나타내 기에는 적합하지 않다. 그러므로 분석결과의 정확 도를 고려하면, 한반도 주변해역의 퇴적물을 구성 하는 점토광물의 분포 연구에 Biscaye (1965)의 방법을 적용하는 것은 신중을 기해야 한다(문동 혁 등, 2008).

이번 연구에서는 정밀한 X선회절분석기로부터 얻어진 회절선 자료를 Siroquant 프로그램을 이용 하여 구성광물의 비를 정량적으로 구하였다. Siro- quant프로그램은 몇 개의 피크가 아니라 전체 회 절선(full pattern)을 사용하여 광물을 정량하는 방 법이다(Rietveld, 1969; Taylor, 1991). Siroquant

v.3.0은 2006년 upgrade 된 것으로서, 점토광물에 대한 database가 많이 추가되어 이번 연구에 가장 적절한 것으로 판단된다.

이번 연구의 목적은 황해 남동부와 한국남해 및 제주도 남단 해역의 표층 퇴적물을 구성하는 광물의 종류와 양을 정확히 알아낸 후, 이를 이용 하여 특히 점토광물의 분포 양상을 파악하고, 연 구해역에 분포하는 세립질 퇴적물의 근원지 해석 에의 적용을 연구하는 것이다.

재료 및 방법

이번 연구에 사용된 시료는 국토해양부 국가연 구개발(R&D)사업인 “동북아해 퇴적물기원 연구 및 모니터링”과제로 수행된 탐사에서 획득된 것이 다. 황해남부, 한국남해 및 제주도 남단 해역에서 한국해양연구원 이어도호를 이용해 2007년에 채 취한 표층퇴적물 시료 98정점과 2000년 동일해역 에서 채취한 33정점의 표층퇴적물시료 등 총 131 개의 시료를 사용하였으며(그림 2), 그랩 샘플러 (grab sampler)를 이용하여 표층 5 ㎝ 이내의 퇴적 물을 채취하였다.

정량분석에 이용된 시료는 입도 분리 또는 화 학적 처리를 거치지 않은 원 시료 자체를 분말 상태로 분쇄하여, 가능한 방향성을 가지지 않도 록 X선 회절분석기 홀더(holder)에 장착한 후, 고 분해능 X선 회절분석기를 이용하여 획득한 X선 회절 자료를 Siroquant v. 3.0 프로그램을 이용하 여 정량분석 하였다.

Fig. 3. X-ray diffraction pattern of <2 um fraction sample from G66. AD; air-dried, EG; ethylene-glycolated, HT; heated at 550℃. S; smectite, C; chlorite, I; illite, K; kaolinite, Q; quartz, Ca; calcite.

퇴적물 내에서 2 µm 이하의 입자를 가진 점토 부분을 분리하기 위해 40 g의 건조시료와 400 ㎖ 의 증류수를 혼합하여 5분간 초음파 세척한 후, 5% Na-meta phosphate 용액을 4 ㎖ 투여한 후 하 루 동안 보관하였다. 그런 다음 1시간 동안 마그네 틱으로 교반(stirring)하여 약 3시간 30분 동안 침 전시킨 후, 상부 5 ㎝의 혼탁액을 채취하여 7,000 rpm에서 15분간 원심분리 하여 점토입자의 시료 를 채취하였다.

시료 내에 존재하는 점토광물의 종류를 알아보 기 위하여, 점토입자 시료를 슬라이드글라스 위 에 방향성시료를 제작하였다. 이를 상온에서 건 조한 시료, 70℃에서 24시간 동안 에틸렌글리콜 (Ethylene Glycol)로 포화시킨 시료, 그리고 550℃

에서 1시간 가열시킨 시료에 대하여 X선 회절분 석을 실시하여 그 결과를 비교하여 점토광물의 종류를 결정하였다.

X선 회절분석은 경상대학교 지구환경과학과에 서 보유하고 있는 Siemens/Brucker D5005 고분해 능 X선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화 된 파장(CuKα = 1.5406 Å)을 사용하였다. 정량 분석을 위한 원 시료의 분석조건은 40 ㎸/35 ㎃,

3∼90° 2-theta 구간에서 주사 간격 0.02°, 주사 시간 5초로 설정하여 스텝-스캔 방식으로 회절값 을 기록하였으며, 슬릿은 1.0-1.0-0.1°를 이용하였 다. 점토광물의 분석조건은 3∼45° 2-theta 구간 에서 주사간격 0.04°, 주사 시간 1초로 설정하였 으며 나머지는 정량분석을 위한 분석조건과 같 다.

미세한 크기를 가지는 퇴적물 입자의 정확한 감 정을 위하여 경상대학교 공동실험실습관의 전계방 출형 주사전자현미경(field emission scanning elec- tron microscope/Philips XL30 S FEG)을 이용하여 관찰하였으며, 퇴적물의 입도분석은 한국해양연구 원에서 보유하고 있는 Micromeritics/SediGraph Ⅲ 입도분석기를 이용하여 역(gravel), 모래(sand), 실 트(silt), 점토(clay) 크기 입자의 상대적인 비율을 구하였다.

연구 결과 광물조성

황해 남동부에서 한국남해 및 제주도 남단에

Table 1. Mineral composition of surface sediments in the study area using siroquant v3.0

S/N ill chl kao Qtz pl ksp hor cal arg hal

07-G01 4.1 1.9 0.9 43.5 16.4 8.0 2.5 11.0 10.5 1.3 07-G02 0.7 1.5 0.6 52.1 16.8 9.2 3.2 11.1 3.4 1.4 07-G03 2.5 1.5 0.2 23.6 6.6 1.6 7.4 40.6 14.5 1.6 07-G04 4.7 1.5 0.6 35.6 12.1 6.7 5.1 22.6 9.2 1.8 07-G05 0.9 0.8 0.3 60.4 14.5 11.5 2.3 4.3 4.2 0.8 07-G06 1.7 1.2 0.7 47.1 8.2 5.7 2.4 20.1 11.6 1.3 07-G07 1.8 0.8 0.1 39.2 8.1 5.9 2.6 25.0 15.4 0.9 07-G08 2.6 2.0 0.0 40.8 7.2 5.1 2.2 25.2 13.3 1.6 07-G09 6.4 1.5 0.7 34.1 8.8 4.2 4.0 26.3 11.2 2.7 07-G10 7.3 2.9 1.0 25.4 8.1 2.6 2.5 31.0 16.9 2.3 07-G11 5.9 4.5 0.7 34.3 9.2 4.8 2.9 24.5 11.4 1.8 07-G12 6.9 2.4 0.4 21.1 6.5 2.4 1.9 36.3 19.7 2.3 07-G13 3.1 4.2 0.9 39.0 12.1 7.1 3.4 20.7 8.1 1.5 07-G14 6.5 3.5 0.7 32.2 9.4 2.4 2.4 20.1 20.4 2.4 07-G15 7.2 2.0 0.6 38.2 11.3 6.5 2.6 18.3 11.5 1.8 07-G16 4.6 1.9 0.2 21.9 5.9 2.5 3.6 36.2 21.2 1.9 07-G17 8.5 2.1 0.2 43.3 10.5 6.7 3.4 14.3 9.2 1.9 07-G18 5.0 2.9 0.2 43.0 11.8 6.3 2.1 17.9 9.0 1.7 07-G19 0.9 3.7 0.8 39.2 11.2 5.7 3.0 20.8 13.3 1.4 07-G20 11.3 3.6 0.0 46.0 17.1 11.0 3.0 5.6 0.0 2.3 07-G21 4.8 4.2 1.1 49.9 14.6 14.2 3.8 5.6 0.0 1.8 07-G22 12.8 2.2 1.3 41.5 13.9 9.5 2.6 9.8 4.3 2.1 07-G23 4.2 5.2 3.9 42.0 14.2 8.1 6.8 11.0 1.4 3.2 07-G24 22.8 4.6 1.1 44.2 13.6 5.0 2.1 4.0 0.5 2.2 07-G25 12.1 4.9 1.4 47.0 14.1 9.2 3.6 5.3 0.0 2.4 07-G26 10.7 4.3 1.4 48.5 14.3 9.6 3.3 4.9 0.0 3.0 07-G27 11.6 5.2 0.4 45.6 15.0 9.3 2.6 8.2 0.7 1.4 07-G28 9.5 4.3 1.1 47.2 15.5 9.1 2.5 8.8 0.1 1.7 07-G29 13.0 5.0 0.6 43.3 13.8 6.7 1.5 12.2 1.9 2.1 07-G30 8.5 4.6 1.4 39.9 14.5 12.6 3.7 12.2 0.8 1.8 07-G31 14.0 3.6 1.3 48.8 14.4 10.6 3.7 2.1 0.0 1.6 07-G32 15.9 2.0 0.6 50.1 12.8 7.6 2.7 4.6 1.9 1.8 07-G33 19.0 4.3 1.2 49.4 13.7 5.4 3.1 1.4 0.7 1.8 07-G34 14.0 2.3 0.8 52.3 14.3 7.1 3.4 3.7 0.9 1.3 07-G35 17.1 3.1 0.6 49.1 15.1 6.2 2.1 4.2 1.1 1.4 07-G36 18.5 4.0 1.0 47.3 14.9 4.8 2.3 3.2 1.1 2.9 07-G37 23.9 3.9 0.4 37.2 12.9 5.6 2.2 9.8 1.1 3.1 07-G38 22.5 5.1 1.0 33.3 12.9 4.1 2.5 13.4 1.2 3.9 07-G39 23.3 6.3 1.6 28.7 11.0 5.9 3.1 15.1 1.3 3.6 07-G40 14.6 2.0 0.9 53.3 15.5 6.6 3.8 1.2 0.7 1.5 07-G41 15.1 5.1 1.3 48.3 14.5 8.8 2.8 1.9 0.0 2.3 07-G42 22.9 3.6 1.0 41.8 11.8 6.2 3.1 5.5 0.6 3.5 ill; illite, chl; chlorite, kao; kaolinite, Qtz; quartz, pl; plagioclase, ksp; alkali feldspar, hbl; hornblende, cal; calcite, hal; halite

Table 1. Continued

S/N ill chl kao Qtz pl ksp hor cal arg hal

07-G43 23.0 3.1 1.8 42.9 11.7 5.9 3.3 5.6 0.4 2.4 07-G44 29.6 5.3 2.0 31.9 10.2 4.3 2.7 10.9 0.0 3.1 07-G45 16.3 5.1 1.2 40.6 13.4 4.3 3.2 12.8 1.5 1.7 07-G46 27.9 4.6 1.0 44.8 11.2 2.8 3.1 2.4 0.4 1.6 07-G47 24.4 3.0 0.6 47.1 11.5 5.1 2.9 3.0 0.8 1.5 07-G48 31.7 5.4 6.3 26.2 10.9 6.1 3.4 6.0 0.0 4.0 07-G49 14.6 7.1 5.0 34.3 12.4 6.4 5.4 7.6 0.6 6.6 07-G50 16.5 4.3 2.9 43.7 10.7 5.7 3.8 7.6 0.6 4.2 07-G51 28.7 5.2 3.1 29.9 10.4 2.3 2.1 14.1 0.0 4.2 07-G52 12.9 5.8 3.0 35.9 11.9 7.8 4.3 13.5 1.2 3.7 07-G53 7.5 3.4 1.1 44.2 15.4 9.6 3.0 12.3 2.3 1.2 07-G54 11.6 2.9 1.1 54.5 13.7 7.4 3.7 2.3 0.3 2.5 07-G55 18.9 6.1 3.5 38.9 13.9 4.2 4.2 3.7 1.0 5.6 07-G56 27.4 8.1 2.5 32.0 12.4 1.8 2.6 6.2 0.6 6.4 07-G57 35.0 6.8 1.8 29.2 11.5 2.0 2.7 6.5 0.6 4.0 07-G58 35.8 7.1 8.6 25.2 11.8 1.9 2.2 6.9 0.1 0.5 07-G59 17.7 5.2 3.3 36.1 11.5 2.1 3.8 8.3 0.5 11.5 07-G60 12.2 7.3 4.1 32.3 11.2 7.1 4.3 14.6 1.7 5.3 07-G61 8.1 3.6 1.3 40.4 16.6 10.9 2.8 11.9 1.9 2.5 07-G62 25.2 4.5 1.5 43.6 12.6 3.8 3.4 2.2 0.4 2.8 07-G63 35.6 5.7 4.7 24.7 10.1 3.0 2.5 5.9 0.2 7.4 07-G64 34.5 7.3 6.5 26.2 11.9 1.7 2.4 6.6 0.2 2.7 07-G65 24.2 7.7 5.4 27.4 12.0 3.1 3.6 7.9 0.3 8.5 07-G66 32.8 7.1 2.8 27.4 8.2 4.6 3.2 8.3 0.0 5.6 07-G67 23.2 7.3 3.8 31.9 9.0 0.5 1.9 12.4 0.0 10.0 07-G68 17.4 5.8 2.4 34.1 10.6 3.3 4.4 17.5 0.5 4.0 07-G69 21.5 3.2 0.6 39.1 11.1 3.2 2.6 12.6 4.3 1.6 07-G70 30.8 5.2 2.2 36.5 11.5 3.3 3.4 4.7 0.0 2.3 07-G71 29.0 6.7 5.0 30.6 12.2 0.6 3.2 7.1 0.5 5.0 07-G72 26.4 7.9 4.3 29.5 7.2 10.2 1.0 6.0 0.0 7.4 07-G73 34.0 9.7 2.0 24.1 6.6 12.2 2.0 6.9 0.0 2.5 07-G74 19.4 7.3 3.1 39.0 13.0 4.8 3.3 7.1 0.6 2.4 07-G75 33.4 7.5 2.9 27.4 9.0 2.2 1.4 13.4 0.0 2.8 07-G76 24.1 7.7 1.5 30.6 11.0 2.8 2.8 16.1 1.2 2.1 07-G77 30.9 5.6 1.8 37.7 11.5 4.2 3.0 4.3 0.0 1.0 07-G78 17.3 8.6 7.6 31.1 13.0 7.6 3.5 6.6 0.6 4.1 07-G79 34.3 11.9 3.2 28.2 9.3 0.6 1.9 7.0 0.0 3.5 07-G80 21.6 3.5 1.1 50.9 11.1 3.6 3.0 3.8 0.1 1.4 07-G81 33.7 7.2 2.8 24.1 10.3 6.6 2.4 12.1 0.3 0.6 07-G82 20.7 7.0 4.1 27.6 9.7 6.0 2.4 13.5 1.1 8.0 07-G83 32.2 8.4 4.8 26.3 12.3 3.0 2.8 7.3 0.4 2.4 07-G84 35.7 7.0 3.0 27.1 11.9 3.9 2.4 7.4 0.0 1.6 07-G85 24.8 4.9 1.3 39.8 13.1 6.1 2.6 5.4 0.4 1.5 07-G86 30.9 4.7 1.7 35.5 11.4 4.4 2.8 6.2 0.5 1.8 07-G87 30.7 6.4 2.3 29.6 11.9 3.1 2.4 11.2 0.8 1.5

Table 1. Continued

S/N ill chl kao Qtz pl ksp hor cal arg hal

07-G88 30.2 6.0 1.9 28.3 11.1 2.7 2.1 15.2 1.3 1.2 07-G89 34.6 6.4 2.8 26.6 12.4 5.8 2.1 7.1 0.1 1.9 07-G90 24.3 3.9 1.2 41.8 13.2 5.2 4.1 4.6 0.3 1.5 07-G91 30.1 5.5 1.8 37.8 11.3 3.5 2.2 6.7 0.4 0.7 07-G92 26.8 5.2 1.8 34.9 11.5 3.1 2.3 11.5 2.0 0.8 07-G93 14.8 2.3 1.2 51.4 11.7 6.5 2.0 5.6 2.9 1.6 07-G94 7.1 4.8 1.4 55.0 12.7 11.2 1.6 4.4 0.0 1.7 07-G95 32.6 7.0 2.5 29.2 11.0 3.9 2.5 8.0 0.1 3.2 07-G96 20.9 6.7 2.7 35.7 15.3 5.7 2.1 7.7 0.9 2.4 07-G97 34.7 5.6 2.8 30.5 9.5 2.2 2.8 8.7 0.8 2.4 07-G98 21.5 4.3 1.3 41.3 13.1 4.4 3.8 8.5 0.9 1.0 00-EA 17.2 2.5 0.6 52.0 12.5 5.9 3.1 3.9 0.9 1.4 00-EB 12.5 3.7 0.8 49.1 13.8 7.9 3.5 5.7 1.7 1.2 00-EC 11.8 2.8 0.9 47.6 14.0 7.6 3.8 7.3 2.8 1.4 00-ED 13.6 2.2 0.4 48.9 15.5 8.8 2.4 5.1 2.1 0.9 00-F01 34.3 6.3 1.6 31.6 10.6 3.6 3.3 6.8 0.3 1.7 00-F02 22.7 2.3 0.5 49.3 13.3 5.1 3.5 1.3 0.6 1.2 00-F03 7.3 7.4 1.2 49.9 17.0 7.2 4.3 3.3 1.3 1.1 00-G00 27.1 5.4 1.4 36.9 11.6 3.4 2.6 8.5 1.1 2.0 00-G01 26.4 5.9 1.9 31.5 11.1 1.9 4.0 13.7 1.3 2.2 00-G02 29.7 7.2 2.0 27.6 10.7 4.4 3.3 11.1 0.8 3.2 00-G03 27.8 7.3 2.1 29.1 11.3 5.6 2.8 11.2 0.3 2.4 00-G04 29.5 5.5 1.6 33.4 10.7 3.4 2.7 9.9 1.1 2.2 00-G05 30.5 6.5 1.4 31.8 10.9 5.5 3.0 8.5 0.5 1.5 00-G06 15.8 3.5 0.8 48.3 13.0 6.9 2.8 5.9 1.6 1.4 00-G07 31.7 8.0 2.2 28.5 11.2 4.2 2.5 8.3 0.8 2.6 00-G08 25.6 5.1 1.1 39.5 11.5 4.3 2.5 6.8 0.7 2.8 00-S01 38.7 5.5 3.7 23.2 9.3 8.9 3.1 3.0 0.0 4.6 00-S02 53.5 5.5 3.7 21.0 8.6 0.0 2.4 2.1 0.0 3.2 00-S03 15.2 5.0 2.0 34.2 9.1 6.0 4.3 15.0 6.8 2.4 00-S04 7.7 2.6 1.0 33.1 5.3 2.0 3.8 24.8 18.4 1.3 00-S05 40.0 6.8 2.2 27.9 12.3 1.7 2.6 3.4 0.8 2.3 00-S06 26.1 2.5 1.1 40.2 10.5 5.0 3.7 6.7 2.8 1.4 00-S07 2.4 3.1 1.3 42.9 13.4 8.8 4.7 11.0 11.3 1.1 00-S08 9.6 3.9 1.9 34.3 11.4 4.8 3.7 15.6 13.4 1.4 00-S09 17.1 3.5 1.5 27.0 7.3 2.9 2.4 17.6 19.8 0.9 00-S10 19.1 5.7 1.4 27.3 7.7 3.2 3.6 22.0 7.6 2.4 00-S11 28.8 3.8 1.6 30.6 9.1 3.4 2.7 15.4 3.6 1.0 00-SA 5.3 2.0 1.2 50.1 14.2 7.0 4.5 11.0 3.7 0.9 00-SB 3.1 2.8 0.8 41.4 12.6 7.0 3.8 17.0 10.5 1.0 00-SD 1.2 1.1 0.7 41.4 10.9 9.7 2.8 19.2 12.0 0.9 00-SE 7.8 1.8 0.7 25.0 6.8 4.0 5.1 34.3 13.5 1.0 00-SF 11.5 1.4 0.5 43.5 11.4 7.7 3.0 12.2 7.9 0.8 00-SG 44.6 5.4 2.5 24.0 10.6 0.9 2.6 5.3 0.0 4.0 AVG 19.2 4.7 1.8 37.4 11.7 5.5 3.1 10.7 3.4 2.5

A

B

C

Fig. 4. Clay minerals distribution map in the study area. (A) illite, (B) chlorite, (C) kaolinite.

이르는 이번 연구해역의 표층퇴적물 시료를 건조 시킨 후 X선회절분석법에 의하여 그 광물조성을 구하였다. 그 결과 이번 연구해역의 표층퇴적물 은 일라이트, 녹니석 그리고 카올리나이트 등의 점토광물과 석영, 사장석, 알카리장석 및 각섬석 과 같은 조암광물로 주로 구성되어 있으며, 방해 석과 아라고나이트 등의 탄산염광물이 검출되었 다. 거의 모든 시료에서 소금이 나타나는데, 이것 은 해수의 증발에 따라 염분 결정이 침전된 것으 로 생각된다. 이러한 광물조성분석결과는 황해의 표층퇴적물에 대한 광물조성분석결과와 거의 일 치한다(문동혁 등, 2007; 2008).

연구해역 표층퇴적물 내 점토광물의 종류를 자 세하게 알아보기 위하여 대표적인 시료를 선정하 여 2 µm 이하의 점토입자만을 분리한 후, 슬라이 드 글라스 위에 방향성시료를 제작하여 상온에서 건조하여 X선회절분석을 실시하였다. 방향성시료 는 에틸렌글리콜 처리한 후 상온 건조 시료와 비 교하여 녹니석과 스멕타이트를 구별하였으며, 550℃로 1시간 동안 열처리한 후 건조 시료와 비 교하여 녹니석과 카올리나이트를 구별하였다(그 림 3). 에틸렌글리콜 처리 후 14 Å의 피크(peak) 의 앞부분의 백그라운드가 상승하였지만 17 Å 영역에서 명확한 형태의 피크가 나타나지 않으므 로 연구해역에 존재하는 점토광물 중에는 팽창성 을 가지는 스멕타이트군의 광물이 존재하지만 그 양이 매우 적을 것으로 판단된다. 7.16 Å의 피크 와 3.56 Å의 피크는 녹니석과 카올리나이트의 피크가 중첩되는 영역인데, 에틸렌글리콜로 처리 하였을 때 각각 7.34 Å과 3.64 Å의 피크가 분리 되어 나타나는 것으로 카올리나이트와 녹니석의 구별이 가능하다. 또한 550℃에서 1시간 가열한 시료에서 7.34 Å과 3.64 Å의 피크는 소멸되지 만, 7.16 Å, 4.75 Å, 3.56 Å의 피크는 완전히 소 멸하지 않은 것으로, 전자는 카올리나이트에 의 한 피크이고, 후자는 녹니석에 의한 것임을 확인 할 수 있다.

연구해역 퇴적물에 대하여 Siroquant v3.0 프로 그램을 이용하여 광물정량분석을 실시한 결과를 표 1에 나타내었다. 여기에 이용된 시료는 입도별 로 분리된 것이 아니라 원시료(bulk sample)이다.

표 1의 결과를 종합해보면 연구해역 표층퇴적물 에는 석영, 일라이트, 사장석 그리고 방해석이 주 로 존재함을 알 수 있다.

분석된 시료에서 석영이 가장 많은 양을 차지하

며 최소 21%에서부터 최대 60.4%를 나타내며 평 균함량은 37.4%이다. 사장석은 최소 5.3%에서부 터 최대 17.1%를 나타내며, 평균 함량은 11.7% 이

고, 알카리장석은 최소 0.9%에서부터 최대 14.2%

를 나타내며, 평균 함량은 5.5% 이다. 각섬석은 최 소 1%에서부터 최대 7.4%를 나타내며, 평균함량 은 3.1%이다. 석영, 사장석, 알칼리장석, 각섬석을 합한 양은 평균 57.7%를 차지한다.

이번에 연구된 해양퇴적물 시료에서 점토광물 은 일라이트, 녹니석 및 카올리나이트 등 모두 3 가지 종류가 검출되었다. 일라이트는 점토광물 중 그 함량이 가장 많은 것으로써 평균 19.2% (최 소 0.7%에서 최대 53.5%)를 이루고 있다. 녹니석 은 일라이트 다음으로 많은 양을 이루는 점토광물 로서 평균 4.7% (최소 0.8%에서 최대 11.9%)를 구성하고 있다. 카올리나이트는 점토광물 중 그 양이 가장 작은 광물인데 평균 1.8% (최소 0%에 서 최대 8.6%) 포함되어 있다.

연구해역 내의 탄산염광물은 방해석과 아라고 나이트로 평균 14.1% (방해석 평균 10.7%, 아라고 나이트 평균 3.4%)의 함량을 보인다.

광물분포

점토광물 중 그 양이 가장 많은 일라이트의 분 포양상을 보면(그림 4A), 한국남해에서 가장 높 은 함량을 나타내며 서쪽으로 감에 따라 감소하 였다가 흑산니질대 해역에서 함량이 증가한다.

제주도를 기준으로는 남쪽으로 감에 따라 함량이 감소하지만 제주니질대 해역에서 함량이 높아지 며, 특히 이 해역에서는 태풍과 같은 둥근 원 형 태로 분포하는 것이 특징이다. 녹니석의 분포는 일라이트의 그것과 흡사하지만 해역별로 조금씩 차이를 보이는데, 일라이트에 비해 상대적으로 한국남해에서 그 함량이 낮으며, 제주니질대에 속한 북위 31° 42', 동경 125° 80' 정도의 해역에 서 가장 높은 함량을 보인다(그림 4B). 카올리나 이트의 분포도 일라이트와 흡사하지만 녹니석과 같이 제주니질대 해역에서 높은 함량을 나타내는 데, 가장 높은 함량을 보이는 해역은 녹니석의 최 대함량 지점 보다 다소 북쪽에 위치한 북위 31°

90', 동경 126° 00' 정도의 해역이다(그림 4C).

석영, 사장석, 알칼리 장석 및 각섬석 등의 조 암광물은 연구지역의 서쪽에서 많은 분포를 보이 다 제주도 이남에서 감소하며, 제주도 동쪽 연안 에서 다시 많은 분포량을 보이다 한반도 남해로 감에 따라 감소한다(그림 5B).

각 광물의 분포 양상과 입도별 퇴적물 분포 양

상을 비교할 경우, 일라이트와 같은 점토광물 분 포양상은 세립질 퇴적물(fine sediment)의 분포 양 상과 매우 비슷하다(그림 5A, C). 한편 석영과 같 은 조암광물의 분포양상은 조립질 퇴적물(coarse sediment)의 분포 양상과 매우 비슷함을 알 수 있 다(그림 5B, D).

방해석과 아라고나이트와 같은 탄산염광물은 제주도를 기준으로 동쪽에 주로 분포하며 서쪽의 경우 매우 적은 양만이 분포하는 경향을 나타낸 다. 하지만 두 탄산염광물의 분포가 완전히 일치 하는 것은 아니다. 방해석은 제주도의 동쪽인 북 위 33° 60', 동경 127° 80' 해역에 가장 많은 함량 을 나타내지만(그림 5E), 아라고나이트의 경우는 제주도 남동쪽에 위치한 북위 32° 80', 동경 127°, 30' 해역에 함량이 가장 많다(그림 5F).

탄산염광물의 분포양상은 연구해역에 존재하는 유공충과 같은 유기물의 존재에 영향을 받을 것 으로 생각되는데 주사전자현미경관찰 결과, 연구 해역의 표층퇴적물 시료 내에는 모래입자보다 작 은 크기의 부유성 유공충과 저서성 유공충들이 존재한다. 연구해역에서 주로 발견되는 부유성 유공충은

Glocigerina falconensis Blow, Globor- otaloides sp. A., Globorotalia scitula 등이고, 저서

Elphidium advenum, Rosalina viladeboana d’Orbigy, Rotalinoides annectens 등

토 의

니질대의 형성

점토광물과 조암광물 분포는 거의 반대되는 경 향을 보이며(그림 5A, B), 점토광물은 제주도의 북서쪽과 한국 남해안 그리고 제주도 남쪽에서 많은 양이 분포한다.

연구해역에 분포하는 조립질 퇴적물에 대해 Saito (1998a)는 전 지구적으로 해수면이 가장 낮 았던 최후 빙기인 18,000 yr BP에 형성된 것으로 해석하였다. 또한 최동림 등(2005)은 연구해역 남 쪽의 제주니질대 지역의 탄성파 연구를 통해 니 질대의 하부에서부터 최후 빙기에 형성된 잔류퇴 적물이 주를 이루는 기저경계면 위에 니질을 포 함한 사질 퇴적물이 주를 이루는 하부퇴적층서가 나타난다고 보고하였다. 그리고 그 상부에는 점

E

A B

C D

F

Fig. 5. Distribution map in the study area. (A) clay minerals, (B) rock forming minerals, (C) fine sediments, (D) coarse sediments, (E) calcite, (F) aragonite.

토질 퇴적물로 구성된 상위 퇴적층서가 나타난다 고 하였다. 또한 이들 퇴적체가 발달한 시기에 대 해 최동림 등(2005)은 기저경계면은 18,000 yr

BP로, 하부퇴적층서는 해수면이 상승한 이후 약 15,000 yr BP부터 해수면이 현재의 위치에 도착 한 6,000∼7,000 yr BP이전까지로 추정하였다. 그

Table 2. Absoulte and relative clay mineral composition of each muddy zone sampe in the study area. ill; illite, chl; chlorite, kao; kaolinite, SSKMD; South Sea of Korea mudbelt deposit, HSMD; Huksan mudbelt deposit, JJMD; Jeju mudbelt deposit.

Sample number

Absolute composition (wt%) Relative composition (wt%)

Muddy zone

ill chl kao ill chl kao

00-SG 44.6 5.4 2.5 84.95 10.29 4.76

SSKMD

00-S01 38.7 5.5 3.7 80.79 11.48 7.72

00-S02 53.5 5.5 3.7 85.33 8.77 5.90

00-S05 40.0 6.8 2.2 81.63 13.88 4.49

00-S06 26.1 2.5 1.1 87.88 8.42 3.70 HSMD

07-G57 35.0 6.8 1.8 80.28 15.60 4.13

JJMD

07-G58 35.8 7.1 8.6 69.51 13.79 16.70

07-G63 35.6 5.7 4.7 77.39 12.39 10.22

07-G64 34.5 7.3 6.5 71.43 15.11 13.46

07-G73 34.0 9.7 2.0 74.40 21.23 4.38

07-G79 34.3 11.9 3.2 69.43 24.09 6.48

07-G81 33.7 7.2 2.8 77.12 16.48 6.41

07-G84 35.7 7.0 3.0 78.12 15.32 6.56

07-G89 34.6 6.4 2.8 79.00 14.61 6.39

리고 상위퇴적층서는 해수면이 현 해안선에 도달 한 약 6,000∼7,000년 전 이후 형성된 것으로 해 석된다고 하였다.

그러므로 본 연구해역에 존재하는 니질대는 일 차적으로 조립질의 최후 빙기 잔류퇴적물 위에 퇴적된 세립질 퇴적물인 것으로 판단된다. 그리 고 점토광물의 분포와 조암광물의 분포가 대조를 이루는 것은 세립질 퇴적물의 퇴적량이 많은 지 역과 그렇지 않은 지역의 차이에 의한 것으로 판 단된다. 추후에 지형과 수심 등이 광물분포에 미 치는 영향과 관련한 연구와 코어시료를 획득하여 각 층서별 광물조성에 대한 연구가 수행되면 이 에 대한 더욱 정확한 해석이 가능할 것으로 판단 된다.

세립질 퇴적물의 근원지

연구해역에 분포하는 각 니질대 별로 대표적인 시료를 선정하여 전체광물 중의 점토광물조성인 절대조성(absolute composition)과 점토광물들의 조성을 백분율로 계산한 상대조성(relative compo- sition)을 나타내었다(표 2). 표 2에 의하면 한국남 해니질대와 흑산니질대에서는 제주니질대에 비해 일라이트의 상대조성이 높게 나타난다. 한편, 녹 니석과 카올리나이트는 제주니질대가 다른 두 니

질대에 비해 높은 상대조성을 보인다. 이는 제주 니질대 지역의 세립퇴적물이 한반도에 인접한 다 른 두 니질대의 세립퇴적물과 그 근원지가 다를 수 있음을 지시한다.

한반도 서남해 연안에 발달한 흑산니질대의 세 립퇴적물에 대해서 Khim (1988)은 한국 서해 남 서부에서 높은 함량의 일라이트 분포를 통해 흑산 니질대의 세립질 퇴적물은 주로 한반도 서해안의 금강과 영산강으로부터 운반된다고 보고하였고, Aoki et al. (1974)은 한반도에 광범위하게 분포하 는 화성암과 변성암류에서 기인한 운모질 물질 때문에 중국 쪽에서보다 한반도 쪽에서 높은 일 라이트 함량을 보인다고 지적한바 있다. 이러한 의견들은 표 2의 점토광물의 상대조성과 비교적 일치함을 알 수 있는데, 이를 통해 흑산니질대를 이루는 세립퇴적물은 금강과 영산강으로부터 운 반되었을 가능성이 크며, 한국남해에 위치한 니질 대의 세립질 퇴적물 또한 지리적으로 인접한 섬진 강과 낙동강에서 기원했을 가능성이 큰 것으로 사 료된다.

연구해역 남쪽 제주니질대를 이루는 세립질 퇴 적물에 대해서는 여러 기원설(DeMaster et al., 1985; Milliman et al., 1985; Saito, 1998b; Yoo et

al., 2002; 윤정수 등, 2005)이 논의되고 있기 때

제주니질대의 근원에 대해서 최동림 등(2005) 은 원양에서 흘러들어오는 부유퇴적물이 혼합되 어 형성되었으며, 니질 퇴적체 분포지역까지 이 동된 부유퇴적물이 북동진하는 대만난류에 의해 더 이상 남동쪽으로 확산하지 못하고 이 지역에 발달한 반시계방향의 회전 흐름(cyclonic gyre)에 영향을 받아 원형의 분포형태를 이룬 것으로 해 석하였다(Niino and Emery, 1961; Keller and Yincan, 1985; Oh and Park, 2004). 이번 연구결 과에서 나타난 제주니질대의 점토광물과 세립질 퇴적물의 분포양상도 또한 원형의 분포를 이루 며, 최동림 등(2005)의 의견과 잘 부합한다(그림 4, 5A, C). 그러므로 제주니질대의 세립 퇴적물은 주변의 지리적으로 인접한 한반도 기원 퇴적물뿐 만 아니라 원양에서 들어오는 부유퇴적물 등의 복합적인 요소로 퇴적된 것으로 추정된다.

결론적으로 연구해역 내에 분포하는 조립질의 퇴적물은 지난 최후빙기 동안 퇴적된 잔류퇴적물 일 가능성이 크며, 그 상부에 퇴적된 세립질의 퇴 적물은 한반도 기원의 강과 원양에서 온 부유퇴적 물이 복합적으로 퇴적된 것으로 판단된다.

결 론

2000년과 2007년 한국해양연구원에서 채취한 황해남동부, 한국남해 및 제주도 남단 해역의 표 층퇴적물 시료 131정점에 대하여 X선광물정량분 석을 실시하고, 이를 이용하여 광물의 분포도를 작성한 이번 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 연구해역의 표층퇴적물은 석영(평균 37.4%), 사장석(평균 11.7 %), 알카리장석(평균 5.5 %) 및 각섬석(평균 3.1%)과 같은 조암광물, 일라이트(평 균 19.2%), 녹니석(평균 4.7%) 그리고 카올리나이 트(평균 1.8%) 등의 점토광물 및 방해석(평균 10.7%)과 아라고나이트(평균 3.4%) 등의 탄산염 광물로 구성되어 있다.

2) 점토광물은 세립질 퇴적물의 분포 양상과 거 의 비슷한데 흑산니질대, 한국남해니질대 및 제주 니질대의 분포 양상과 대부분 일치한다.

3) 연구해역의 점토광물 조성과 주요해류의 흐 름 및 지리적인 요소를 고려하면 흑산니질대와 한 국남해니질대는 주로 한반도 기원의 세립질 퇴적 물이 퇴적된 것으로 추정되며, 제주니질대는 한반 도뿐만 아니라 원양의 부유퇴적물이 복합적으로 퇴적된 것으로 판단된다.

사 사

본 논문은 국토해양부 국가연구개발사업의 일환인

“동북아해 퇴적물 기원 연구 및 모니터링(PM546 -11), 퇴적물의 기원과 광물정량분석 연구”로 수행되었다. 부 족한 원고를 자세하게 읽어주시고 꼼꼼하게 심사해주 신 지질자원연구원 최헌수 박사님과 부산대학교 황진 연 교수님께 감사드립니다.

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접수일(2009년 3월 5일), 수정일(1차 : 2009년 3월 17일), 게재확정일(2009년 3월 17일)