가. 서론
해양에서 친생물원소인 영양염 농도는 산업화, 도시화 및 농업활동 등 인위적인 인간 활동에 의하여 지속적으로 증가하고 있다(Galloway et al., 2003). 영양염 류는 해양환경 및 생물에 필수적인 원소이며, 1차 생산 및 생지화학적 순환을 조절 하고 있다(Bonnet et al., 2008). 질소, 인 및 규소는 생물이 성장에 영향을 미 치거나 외골격을 형성하기 때문에 생물학적인 제한원소(bio-limiting element)이 기도 하다(Basturk et al., 1986). 환경으로의 과도한 영양염류의 유입은 식물플 랑크톤의 생장을 촉진시켜 개체의 증식(bloom)을 발생시키고 결과적으로 생태계의 스트레스를 준다(LOICZ, 1995).
미량금속은 1차 생산자를 위한 미량영양소로 해양 생지화학순환에 중요한 역할을 한다. 철은 해양에서 낮은 농도로 존재하지만 철의 이용성은 일차생산성을 제한하 고 이산화탄소의 생물학적 흡수를 조절하는 식물플랑크톤의 군집과 밀접하게 연관 되어 있다. 해양수계의 미량금속 분포는 생지화학 상호작용과 물리적인 dynamic 을 반영하며, 대양에서 주요한 화학물질의 유입경류 등의 추적자(tracer)로써 활용 이 가능하다. 일부 미량금속은 광업, 화석연료에 의한 연소, 연안 인근의 인위적인 인간 활동에 의하여 해양으로 유입된다. 대양에서 미량원소의 분포 특성을 이해하 는 것은 이들 물질의 생지화학적 과정을 정량화하고 이해하기 위해 필요하다. 본 연구에서는 황해에서 생물 제한원소인 영양염류와 미량원소의 신뢰성 있는 자료생 산을 통하여 이들 원소의 조절요인에 대한 고찰을 실시하고자 하였다.
나. 재료 및 방법
2018년 10월 황해 35도 라인의 정점 01(연안측)~11(외측)의 표층에서 저층까지 수심별로 Niskin sampler를 이용하여 해수를 채취하였다(Fig. 3.1.2.1). 용존영양염
및 용존유기탄소 분석을 위한 시료는 선상에서 미리 태운 유리섬유(Whatmann 47 mm GF/F)를 통하여 여과한 후, 여액을 채취하여 분석을 위해 냉동보관하였다. 용 존영양염류(아질산-질소, 질산-질소, 암모니아-질소, 인산-인, 규산-규소)은 영양염 자동분석기(Smartchem 200)로 측정하였다. 용존유기탄소는 여과된 여액을 미리 태 운 40 ml 갈색병에 넣고 미생물에 의한 분해를 막기 위하여 HgCl2를 몇방울 떨어 트린 뒤 분석시까지 냉장보관을 하였다. 입자성 유기탄소는 500℃에서 5시간 회화 시켜 무게를 측정한 GF/F 필터여과자로 시료를 여과한 후 1N 염산으로 처리하고 Tin capsule에 넣은 뒤 CHN analyzer (Flash 2000 series, Thermo Scientific)로 측 정하였다. 용존유기탄소는 유기탄소분석기(TOC-VCPH, Shimadzu, Japan)를 사용해 분석하였다. 중금속 농도 분석은 산 세척되어 무게가 측정된 0.4 ㎛ 폴리카보네이트 막여과지(Whatman 47mm)로 여과하여 용존성과 입자성 중금속으로 분리하였다. 용 존성 중금속은 고순도 질산을 가해 pH 2 이하로 보존한 뒤 해수 극미량원소 자동 화 분석시스템(seaFAST SP3 with ICP-MS)로 측정하였다.
Fig. 3.2.2.1. Sampling sites in 35 degree line of Yellow Sea in October 2018
다. 결과 및 토의
수온의 공간분포는 표층에서는 약 20.3도의 평균수온으로 높고 저층으로 갈수록 점차 수온이 감소하여 11.9도의 평균수온을 보이고 있었다(Fig. 3.2.2.2). 정점에 따 라 약간의 차이는 있으나 약 60 m 수심 이하에서는 12.5도의 낮은 수심이 분포하고 있으며, 정점 07, 09, 11의 저층은 9도 정도의 낮은 수온을 가지는 수괴가 존재하고 있었다. 표층과 저층에서의 염분은 평균은 각각 31.7 psu와 32.4 psu로 저층이 표층 에 비해 높은 염분을 보였다. 부유물질(SS)의 평균 및 농도범위는 각각 10.1 mg/L 와 0.05~74.4 mg/L로 정점 및 수심에 따라 약 1600배의 큰 농도차이가 존재하고 있었다. 연안에서 가까운 정점 1의 모든 수심과 정점 2의 저층에서 상대적으로 높 은 부유물질 농도를 보여 조류 및 해류 흐름에 따른 영향을 받고 있음을 알 수 있 었다. 표층과 저층에서 부유물질의 평균농도는 각각 7.0 mg/L와 21.1 mg/L로 저층 이 표층에 비해 약 3배 높은 부유물질 농도를 보이고 있었으며, 연안에 가까운 정 점(정점 1, 2)을 제외하면 표층과 저층의 농도차이는 25.6배로 큰 폭으로 증가하는 결과를 보여 해류 흐름에 의한 저층퇴적물 재부유의 영향을 받은 것으로 판단된다.
황해 35도 라인에서 아질산-질소와 질산-질소의 평균과 농도범위는 각각 0.409 μ mol/L와 0.164~1.014 μmol/L로 수심에 따라 표층 및 아표층에서 약간 높은 특징을 나타냈다(Fig. 3.1.2.3). 표층과 저층에서 아질산-질소와 질산-질소의 평균농도는 0.418 μmol/L와 0.305 μmol/L로 저층이 표층에 약 73% 정도 낮은 농도를 보였다.
농도 수준으로 나타났다. 인산-인의 공간분포 특징은 Fig. 3.1.2.4에 나타냈다. 낮은 수온과 고염분을 보인 외해역의 저층에서 상대적으로 높은 인산-인 농도를 보이고 있었다. 또한 연안에 가까운 정점에서 높은 농도를 보이고 있어, 저층 냉수대 및 연 안을 통한 공급의 영향을 복합적으로 받고 있음을 알 수 있었다. 의 표층에서 상대 적으로 높은 농도를 보이고 있었다. 규산-규소의 경우, 연안에 가까운 정점에서는 전 수심에 걸쳐 17 μmol/L을 초과하는 높은 농도를 보여 연안을 통한 인위적인 공 급이 있었음을 나타내고 있었다. 표층에서는 낮은 농도를 보이다가 저층으로 갈수 록 점차적으로 농도가 증가하는 수직분포 특징을 나타냈다.
표층과 저층에서 암모니아의 평균농도는 각각 0.097 μmol/L와 0.067 μmol/L로 저 층이 표층에 비해 약 70%의 농도수준으로 나타났으며, 인산-인과 규산-규소와 같 은 뚜렷한 공간분포 특징을 보이지 않았다(Fig. 3.1.2.4). 용존유기탄소의 평균과 농 도범위는 각각 109.6 μmol/L와 89.4~155.5 μmol/L로 정점 및 수심에 따라 약 1.7배 의 농도차이가 존재하고 있었다. 표층에서의 평균농도는 116.8 μmol/L로 저층의 96.0 umol/L에 비해 상대적으로 높은 농도를 보였으며 정점 7의 중층에서 최대농도 를 보이고 있었다. 입자성 유기탄소의 평균농도는 26.3 μmol/L로 용존유기탄소의 1/4 농도수준에 불과하였다. 표층과 저층에서 입자성 유기탄소의 평균농도는 각각 28.6 μmol/L와 37.4 μmol/L로 저층이 표층에 비해 1.3배 높은 특징을 보였다. 정점 에 따라 차이는 있으나 총 유기탄소 중 용존유기탄소가 차지하는 비율은 82.5%이었 으며, 부유물질의 농도가 높은 저층 역시 입자성 유기탄소는 약 24.5%를 차지하며 대부분은 용존유기탄소임을 알 수 있었다.
용존성 비소(As)의 농도범위는 16.16~23.38 nmol/Kg로 정점에 따라 약 1.45배의 농도차이가 존재하고 있었다. As의 공간분포는 연안에서 가까운 정점 1과 2의 표층 및 아표층에서 22 nmol/Kg를 초과하는 높은 농도를 나타내 연안을 통한 인위적인 공급을 시사하고 있다. 이들 정점을 제외한 지역에서는 표층이 저층에 비해 낮은 특징을 보이고 있었으며 표층과 저층에서 As의 평균농도는 각각 19.20 nmol/Kg와 19.88 nmol/Kg로 나타났다(Fig. 3.1.2.5). 용존성 카드뮴(Cd)의 평균농도와 농도범위 는 각각 0.31 nmol/Kg와 0.18~0.44 nmol/Kg로 나타나 정점 및 수심에 따라 2.4배의 농도차이가 존재하였다. Cd의 공간분포는 정점 7의 중층까지는 상대적으로 낮은 농 도를 보였으며, 인산-인 및 규산-규소의 농도가 높았던 저층에서는 상대적으로 높 은 농도를 나타냈다. 용존성 코발트(Co)의 농도범위는 0.04~0.30 nmol/Kg로 정점 2와 정점 3의 약 30m 수심에서 최대농도를 보였으며, 정점/수심에 따라 7.77배의 큰 농도차이를 보이고 있었다. 표층과 저층에서 Co의 평균농도는 각각 0.09 nmol/Kg와 0.10 nmol/Kg로 수직적인 차이는 크지 않은 것을 알 수 있었다.
용존성 크롬(Cr)의 평균농도와 농도범위는 각각 1.31 nmol/Kg와 0.95~2.03 nmol/Kg로 정점 9의 표층이 2.03 nmol/Kg의 최대농도를 보이고 있었다. 표층은 연 안에 위치한 정점 1이 1.06 nmol/Kg의 농도를 보였으나 외해역으로 갈수록 점차적 으로 농도가 증가하는 경향을 보이고 있었다(Fig. 3.1.2.5). 용존성 구리(Cu)의 공간
분포는 As과 마찬가지로 연안에 위치한 표층에서 9.0 nmol/Kg 정도의 높은 농도를 보였으며 외해역으로 갈수록, 수심증가에 따라 감소하는 수직/수평적인 공간분포 특 징을 보이고 있었다. 표층과 저층에서 Cu의 평균농도는 각각 7.37 nmol/Kg와 6.80 nmol/Kg로 표층이 저층에 비해 약간 높은 것으로 나타났다. 용존성 철(Fe)은 표층 에서 저층으로 갈수록 농도가 점차적으로 증가하고 있었으며, 정점에 따라 약 25배 의 큰 농도차이를 보였다. 특히 연안에 가까운 정점 1과 2의 저층에서 각각 12.91 nmol/Kg와 9.44 nmol/Kg의 높은 농도를 나타냈고 저층이 표층에 비해 평균적으로 약 4.4배 농도가 높은 특징을 보였다.
용존성 망간(Mn)의 공간분포는 가장 외측의 표층과 10m 수심에서 각각 10.17 nmol/Kg과 11.40 nmol/Kg의 최대농도를 보이고 있었다(Fig. 3.1.2.5). 표층과 저층 에서 Mn의 평균농도는 각각 6.6 nmol/Kg와 4.8 nmol/Kg로 저층이 표층의 70% 수 준의 농도에 불과하였으며, As와 Cu 등 농도가 높았던 연안에 가까운 정점에서는 상대적으로 낮은 농도로 존재하고 있었다. 용존성 네오디늄(Nd)의 농도범위는 0.03~0.07 nmol/Kg로 정점에 따라 약 2배의 농도차이를 보였다. 용존성 Mn과 마 찬가지로 연안에 가까운 정점에서는 0.04 nmol/Kg이하의 낮은 농도를 보였으며, 낮 은 수온과 고염분을 나타낸 저층에서 상대적으로 높은 농도를 보이고 있었다. 용존 성 니켈(Ni)은 연안에 가까운 정점에서 상대적으로 높은 농도를 보였으며, 외해역으 로 갈수록 농도가 감소하고 있었다. 표층과 저층에서 Ni의 평균농도는 5.10 nmol/Kg와 5.79 nmol/Kg로 저층이 표층에 비해 14% 높은 농도를 보였으며, 수직/
수평분포 특징은 영양염류와 유사한 경향을 나타냈다.
용존성 납(Pb)의 평균농도 및 농도범위는 각각 0.09 nmol/Kg와 0.03~0.36 nmol/Kg로 수심 및 정점에 따라 약 10배의 큰 농도차이가 존재하였다. 정점 02~05의 중층에서 상대적으로 높은 농도를 보였으며, 외해역에서는 수심증가에 따 라 농도가 감소하고 있었다(Fig. 3.1.2.5). 용존성 바나듐(V)의 공간분포는 연안에 가 까운 정점에서 높은 농도를 보여 연안을 통한 유입을 보여주고 있다. 용존성 아연 (Zn)은 Pb와 마찬가지로 정점 01의 아표층과 정점 05의 중층에서 상대적으로 높은 농도를 보이고 나머지 정점들은 유사한 농도를 보였으며, 정점 및 수심에 따라 약 4.5배의 농도차이를 보이고 있었다.