제주도 연안에서 해저 지하수 유출이 해수의 영양염 수지에 미치는 영향

Abstract

제주도 연안에서 유출되는 해저 지하수에 의한 영양염류의 유입량을 평가하기 위하여 2009년 3월과 8월에 화순만과 방두만에서 연안 지하수와 해수중의 염분, 222Rn, 용존무기질소, 인, 규소 (DIN, DIP, DSi)의 농도를 측정하였다. 지질학적 특성에 의하여 화순만은 담 지하수와 염 지하수가 혼합되어 유출되는 양상을 보이는 반면, 방두만은 주로 염 지하수가 유출되었다. 222Rn 물질수지를 이용하여 만으로 유입되는 해저 지하수량을 산정한 결과, 화순만은 약 0.12 m3 m-2 d-1, 방두만은 약 0.27 m3 m-2 d-1 였다. 또한, 유입되는 연안 지하수(85 ± 96)의 DIN:DIP 비 값이 해수(3.8 ± 1.6)에 비해 월등히 높게 나타났다. 연안 지하수 중 DIN의 평균농도와 해저 지하수 유출량을 곱하여 용존무기질소(DIN)의 플럭스를 계산하면, 화순만은 약 14mmol m-2 d-1, 방두만은 약 20mmol m-2 d-1 였다. 또한, DIN 물질 수지를 계산한 결과, 화순만에서는 해저 지하수를 통해 유입되는 DIN의 약 93%, 방두만에서는 약 39%의 DIN이 제거됨을 알 수 있었다. 다른 항으로는 외해수와의 혼합에 의한 제거량으로 판단되며 그 량은 화순만에서는 약 7%, 방두만에서는 약 61% 임을 알 수 있었다. 이는 제주도 연안에서 해양 플랑크톤과 같은 생물의 일차 생산에 의해 소모되는 것으로 판단되며, 강물에 의한 영양염 공급이 없는 두 만에서 영양염의 가장 큰 공급원은 해저 지하수 유출에 의한 것임을 확인할 수 있었다. 이는 빈영양성 해역인 제주도 연안에서 해저 지하수 유출이 제주도 연안의 생물생산에 필요한 영양염의 중요한 공급원이 됨을 시사한다.

또한, 제주도 전 해역으로 해저 지하수에 의한 DIN 유출량은 약 2.1 109 mol yr-1 였다. 이 값을 Redfield ratio의 C:N (106:16)비 값을 이용하여 제주도 주변 해양의 생물생산에 이용된 탄소의 양을 계산 해 본 결과, 1.6 1011 g C yr-1였고 이는 전 세계 주요 강에서 소비되는 탄소의 양과 비슷한 수준임을 알 수 있었다. 전세계 해양의 화산섬에서 유출되는 담수에 의한 영양염 공급량은 해저 지하수 유출에 의한 영양염 공급량과도 비슷한 수준임을 알 수 있었고, 이는 해양의 탄소 순환에도 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.

I investigated submarine groundwater discharge (SGD)-associated nutrient fluxes and budgets in two coastal embayments, Hwasun Bay and Bangdu Bay, off the volcanic island of Jeju, Korea. SGD in Hwasun Bay is a composite of marine and meteoric groundwater, while that in Bangdu Bay mainly includes marine groundwater. The submarine inputs of groundwater into Hwasun and Bangdu Bays were estimated to be approxi-mately 0.12 and 0.27 m3 m-2 d-1, respectively, on the basis of the 222Rn mass balance models. The N:P ratios in the coastal groundwater (85±96) were considerably larger than those in the seawater (3.8±1.6) of both bays. The fluxes of dissolved inorganic nitrogen (DIN) through SGD were more than 90% of the net DIN input into both bays

approximately 93% and 39% of SGD-driven DIN was consumed inside Hwasun and Bangdu Bays, respec-tively. The discharge of DIN through SGD from the entire island was ap-proximately 2.1 109 mol yr-1, which is equivalent to some large rivers, potentially supporting approximately 1.6 1011 g C yr-1 of new primary production. Because Jeju accounts for less than 1% of the total landmass of volcanic islands, SGD-driven nutrient fluxes from highly permeable is-lands standing in oligotrophic oceans are very important for global nutrient budgets and the coastal biological production of the islands.