강수 유기탄소의 계절별 침적량과 광학적 특성

Abstract

강수에 의한 대기 중 유기탄소의 습식 침적량은 하천을 통해 바다로 유출되는 탄소량과 비슷할 정도이나, 그 양과 생지화학적 특성의 시공간적 변동은 잘 알려져 있지 않다. 이 연구는 서울대학교 관악 캠퍼스 환경대학원 옥상정원에서 강수 중 유기탄소의 계절적 변동을 확인하기 위해서 2015년 12월 30일부터 2017년 2월 22일까지 수행되었다. 총 33번의 강수 시료를 채취하여 강수 유기탄소의 농도와 침적량을 구하고, 용존유기탄소(DOC)의 광학적 특성을 조사하였다. DOC와 입자성유기탄소(POC)의 부피가중평균농도(VWM)는 각각 66, 33 µM이었다. DOC와 POC의 합인 총유기탄소(TOC)의 계절별 VWM 농도는 겨울철(12, 1, 2월)에 348 µM로 여름철(6, 7, 8월)보다 약 3배 정도 높았다. 강수 유형에 따른 차이를 보기 위해서 대기 유입경로가 비교적 비슷한 가을과 겨울철의 눈, 비, 진눈깨비 중 유기탄소 농도를 비교한 결과, 눈에 의한 POC의 세정효과(scavenging effect)가 비와 진눈깨비보다 높게 나타났다. DOC의 경우에는 강수 유형별로 농도 차이가 없었고, POC 보다 뚜렷하게 계절에 따른 농도변화를 보여주었다. 2016년 3월부터 2017년 2월까지 강수 DOC와 POC의 연중 플럭스는 각각 0.7, 0.4 g C m-2 yr-1이었다. 대기 중 유기탄소의 습식 침적량은 강수량과 양의 상관관계를 보였으며(p<0.001), 강수량과 DOC 플럭스 사이의 관계가(R2=0.7) 강수량과 POC 플럭스 사이의 관계보다(R2=0.5) 더 강한 양의 상관관계를 보였다. 계절별로는 강수량이 가장 많았던 여름철에 강수 유기탄소 플럭스가 가장 높았다. 강수 DOC의 기원과 화학적 특성을 살펴보기 위해서 PARAFAC 모델을 이용하였고, HYSPLIT 모델로 강수 전 대기유입경로를 파악하였다. 그리고 강수 DOC의 방향족(aromatic) 탄소 비율, 휴믹화된(humified) 탄소 비율, 유기물의 생분해성 정도를 추정할 수 있는 각각의 형광 지표인 SUVA254, HIX, BIX를 측정하였다. 난방을 위한 화석연료 사용이 증가하고, 북서풍에 의해 아시아 대륙에서 유래된 황사와 미세먼지가 강수에 섞일 수 있는 겨울에는 SUVA254가 1.57 L mg-1 m-1이고, HIX와 BIX가 각각 3.48, 0.87이었으며, 육상 기원의 휴믹계(humic-like) 물질과 다환방향족탄화수소(polyaromatic hydrocarbons)로 추정되는 유기물질의 비율이 평균 56%로 상대적으로 높았다. 반면, 남풍에 의해 해양 기원 DOC가 포함될 수 있는 여름철 강수에는 SUVA254가 0.77 L mg-1 m-1 이고, HIX와 BIX가 각각 1.49, 0.97이었으며, 해양 미생물 기원 휴믹계 물질의 비율이 평균 42%로 상대적으로 높았다. 봄철(3, 4, 5월)에는 꽃가루와 같은 입자성 유기물질로 인해 강수 POC 농도가 증가하였으며, 강수 DOC의 BIX가 사계절 중 가장 높아 생분해성이 높은 DOC가 강수에 포함되었을 것으로 추정되었다. 결과를 종합하면, 강수에 의한 대기 중 유기탄소의 습식 침적량과 생지화학적 특성은 아시아 계절풍 기후대에서 발생원과 대기 이동에 따라 계절별로 큰 변이를 보였다. 이는 앞으로 화석연료 사용량과 기후변화 하에서 강수 패턴이 달라짐에 따라 육상생태계로 유입되는 강수 유기탄소의 양과 분해도가 크게 달라질 수 있음을 의미한다.