Behavior and origin of dissolved organic matter in the porewater of sandy sediments in the intertidal zone

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 지구환경과학부, 2018. 8. 김규범.담지하수와 재순환된 해수가 혼합되는 지역인 해저 하구(subterranean estuary, STE)는 해저 지하수 유출(submarine groundwater discharge, SGD)을 통해 연안으로 공급되는 유기물의 플럭스를 조절하기 때문에 STE 내 유기물의 거동을 파악하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 사질 퇴적물로 이루어진 해저 하구 내 공극수 중의 용존유기물질(DOM)의 기원과 거동을 알아보기 위해 2017년 10월에 천리포 해변, 2018년 1월 마시안 해변과 을왕리 해변 연안 해수와 공극수를 채취하였다. 채취된 시료에 대해서는 용존유기탄소(DOC), 용존유기탄소의 안정탄소동위원소 비(δ13C-DOC), 형광 용존유기물질(FDOM)을 분석하였다. 마시안, 을왕리, 천리포에서의 공극수 염분 평균은 각각 28.7±0.8, 28.6±4.0, 31.8±0.8으로 나타났다. 공극수 중 DOC 농도와 염분 간의 상관관계를 분석한 결과, 을왕리 지역에서는 음의 상관관계가 관찰된 반면, 다른 지역들에서는 유의미한 상관관계가 관찰되지 않았다. 공극수 중 DOC의 δ13C 값은 -24.8~-20.1 ‰(평균: -22.1±1.4 ‰)의 범위로 관찰되었다. 본 연구에서 채취한 해수 농도와 가정된 담지하수 end-member(DOC: 453 μM, δ13C-DOC: -28 ‰)를 이용한 Two end-member mixing equation을 계산을 통해 δ13C-DOC와 염분 간의 상관관계를 분석한 결과, 본 연구지역들에서 관찰된 δ13C-DOC의 값이 보존적 혼합 곡선(conservative mixing curve)상에 존재하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구지역들의 공극수 중 DOC은 담지하수를 통해 유입된 육상 기원의 DOC와 재순환 해수를 통해 유입된 해양 기원의 DOC가 보존적으로 혼합된 것으로 생각된다. humic-like FDOM은 을왕리와 천리포 지역에서 염분과의 음의 상관관계가 관찰되었다. 이 때, 천리포 지역에서 관찰된 고농도의 humic-like FDOM은 염분과의 상관관계에서 추정되는 담지하수 end-member 값이 일반적으로 담수에서 관찰되는 농도 범위를 벗어났다는 점과 을왕리 지역과는 달리 DOC와의 뚜렷한 상관관계가 관찰되지 않는다는 점에서 해저 하구 내에서 발생한 유기물의 분해에 의한 humic-like FDOM의 생성 때문인 것으로 판단되었다. 이러한 가설을 검증하기 위해 현장 시료를 배양 실험한 결과, 공극수 내 DOC가 시간에 따라 분해됨에 따라 humic-like FDOM이 생성되는 것으로 나타났다. 특히, 사질 퇴적물과 함께 배양할 경우, 퇴적물로부터 공급된 분해성 유기물때문에 더 많은 humic-like FDOM이 생성 되는 것으로 나타났다. 결론적으로, 사질 퇴적물로 이루어진 해저 하구의 공극수 중 DOC는 육상 기원의 DOC와 해양 기원의 DOC가 비교적 보존적으로 혼합되는 것으로 나타났다. 반면, humic-like FDOM은 비보존적인 거동을 보이는 것으로 나타났고, 이 때 해수에 비해 높은 농도의 humic-like FDOM은 해저 하구 내에서 발생한 유기물의 분해에 의해 생성된 것으로 보인다. 추후 연구에서는 해저 하구 내 유기물의 거동에 영향을 주는 환경적인 요인들에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 다양한 해저 하구 내에서 생성된 humic-like FDOM의 유출량을 산정하여 해저 하구가 연안 환경뿐만 아니라 전지구적인 탄소 순환에 미치는 영향에 대한 평가가 필요할 것으로 생각된다. 주요어: 해저 하구, 공극수, 용존유기탄소, 형광 용존유기물질, 안정탄소동위원소제 1 장 서 론 1 제 2 장 재료 및 방법 5 2.1. 연구 지역 5 2.2. 현장 시료 채취 및 전처리 7 2.3. 배양 실험 10 2.4. 시료 분석 방법 14 제 3 장 결과 및 고찰 17 3.1. 사질 퇴적물 내의 공극수 및 해수 중 염분 분포 17 3.2. 사질 퇴적물 내의 공극수 중 용존유기탄소 분포 19 3.3. 공극수 중 용존유기탄소의 안정탄소동위원소 비 23 3.4. 형광 용존유기물질에 대한 PARAFAC 분석 결과 28 3.5. 사질 퇴적물 내의 공극수 중 형광 용존유기물질 분포 31 3.6. 용존유기탄소와 형광 용존유기물질 간의 상관관계 39 3.7. 사질 퇴적물과 해수를 이용한 배양 실험 결과 42 3.8. 공극수 중 용존유기물질의 생지화학적 거동 50 제 4 장 결 론 52 참고문헌 53 Abstract 64Maste