아시아 하천 유역의 용존 규소 분석을 통한 풍화 환경에서의 규소 동위원소 조성 평가

Abstract

규소의 생지화학적 순환은 규산염 암석의 풍화와 규소를 소비하는 미생물의 활동, 식물석(phytolith) 순환을 통해 탄소 순환과 맞물려 순환하며 이를 통해 지구 기후변화를 규명할 수 있다. 본 연구는 규소 동위원소 분석법 중 하나인 황산이온 도핑 방법을 황산이온의 농도가 높은 시료에 적용가능한지 실험하고 이 결과를 토대로 강물 시료를 분석했다. 최종 목표로 연구 지역인 Eastern Tibetan Plateau에서 흘러나온 Yangtze(Chsng Jiang), Mekong, Salween, Yellow(Haung He)의 상류 유역과 백두산, 두만강 유역의 용존 규소 동위원소 조성을 분석하여 규산염 암석 풍화의 영향을 파악하려 했다. 또한 동일한 연구 지역에서 보고된 이전 문헌의 Si/Cationsil, Ge/Si 값을 이용하여 풍화의 영향 외에 생물 활동, 열수 등의 영향을 구분했다. 시료의 기기 분석에서 바탕 값 보정과 황산이온 도핑 전, 후의 동위원소 조성은 δ30Si 기준 약 0.3 ‰의 차이를 나타냈다. 기기 바탕 값이 시료 신호 세기의 1 % 이상인 경우 바탕 값 보정을 통해 보다 정확한 동위원소 조성을 분석할 수 있었다. 또한 황산이온의 농도가 높은 시료에도 도핑 방법을 사용하여 황산이온의 효과를 제거할 수 있음을 확인했다. 이 방법으로 분석한 강물 시료들의 δ30Si 값은 최소 0.12 ‰(백두산 열수 시료) 에서 최대 1.91 ‰(두만강 하류 시료)의 범위를 보였고 대부분의 시료들은 0.6~1.6 ‰ 의 범위에 나타났다. Si/Cation, Ge/Si 값과 같이 비교하여 하천 시료들을 열수 영향과 1차 광물 풍화와 점토 광물 형성의 영향에 따라 나눌 수 있었다. 또한 지열(geothermal)과 황화 퇴적물, 화산 등의 2차 요인의 영향도 확인할 수 있었다. 열수의 영향은 매우 낮은 Si/Cation, δ30Si 값과 매우 높은 Ge/Si 값으로 확연하게 구분됐다. 1차 광물의 풍화와 점토 광물 형성의 영향을 받은 대부분의 시료들은 0.6~1.91 ‰ 의 δ30Si 범위에서 풍화 정도에 따라 Si/Cation이 점차 증가 하였고, 낮은 Ge/Si 값을 보였다. 하지만 풍화와 점토 광물의 영향을 받은 영역의 시료들은 2차 요인의 영향을 같이 받은 시료들이 존재하였고, 이 시료들은 상대적은 높은 Ge/Si 의 값으로 구분할 수 있었다. 시료들을 구분한 영향에 따라 나눈 그룹들의 δ30Si 값의 범위는 열수 영향과 풍화 정도가 가장 강할 것으로 추측되는 두 그룹을 제외하고 나머지는 큰 차이가 없어 뚜렷하게 구별되지 않았다. 구별되지 않는 그룹의 시료들 중 2차 요인의 영향을 받은 시료를 제외하고 1차 광물 풍화, 점토 광물의 형성을 지시하는 것으로 짐작되는 시료들을 따로 나타낸 결과 δ30Si 값은 약 1 ‰ 이었고, 이를 연구 지역의 1차 광물 풍화의 영향을 나타내는 것으로 생각할 수 있었다.