북서태평양 해역에서 탄산염 화학종에 근거한 산성화 평가

북서태평양 마젤란 해저산 해역에서 탄산염 화학종(총알칼리도(TA), 용존무기탄소(DIC), pH 등)들의 분포 특성을 비교·분석하여 연구해역의 산성화 진행정도를 파악하였다. 현장 조사는 2014년 10월에 150.09°E 선상의 19.43°N∼20.17°N 사이에서 평균 16 km 간격으로 5개 정점을 선정해 진행되었다. 각 정점별로 최대 수심은 1778 m에서 3290 m로 관측되었다. 탄산염 화학종의 측정을 위해 사용된 방법은 개선된 one point titration으로, 채취된 시료는 현장 선상 실험실로 옮겨 분석하였다. 획득한 자료는 스크립스 해양연구소에서 제조한 CRM(Batch 132)을 분석해 보정하였다. 분석 결과, 연구 해역의 TA(최소 2223.06 μmol/kg, 최대 2426.44 μmol/kg) 및 DIC(최소 1839.91 μmol/kg, 최대 2395.93 μmol/kg) 농도는 저위도에서 고위도로, 표층에서 저층 방향으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. TA 농도의 최소값은 수심 약 500 m에서 나타났고, 최대값은 수심 약 2000 m에서 관측됐다. DIC의 농도는 표층에서 최소값이 확인되었으며, 수심 2200 m 정도에서 최대값을 보였다. △TA와 △DIC의 상관성을 통해 연구 해역의 총이산화탄소 변화를 제어하는 주요 요인을 확인한 결과, 표층에서는 생물에 의한 광합성/호흡이 우세하였고, 저층에서는 탄산칼슘(CaCO3)의 생성/용해 과정이 우세한 것으로 판단되었다. 위의 자료들을 종합하여 산석(aragonite)과 방해석(calcite)의 포화 수심(Ω=1)을 추정하였다. Aragonite의 포화 수심(Ωara)은 600∼700 m에서 확인되었고, Calcite의 포화 수심(Ωcal)은 전 수층에서 과포화된 상태를 보였다. 이는 기존 연구결과와 부합하는 것으로, 본 연구해역의 Aragonite 포화수심은 약 600 m, Calcite 6 km 간격으로 5개 정점을 선정해 진행되었다. 각 정점별로 최대 수심은 1778 m에서 3290 m로 관측되었다. 탄산염 화학종의 측정을 위해 사용된 방법은 개선된 one point titration으로, 채취된 시료는 현장 선상 실험실로 옮겨 분석하였다. 획득한 자료는 스크립스 해양연구소에서 제조한 CRM(Batch 132)을 분석해 보정하였다. 분석 결과, 연구 해역의 TA(최소 2223.06 μmol/kg, 최대 2426.44 μmol/kg) 및 DIC(최소 1839.91 μmol/kg, 최대 2395.93 μmol/kg) 농도는 저위도에서 고위도로, 표층에서 저층 방향으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. TA 농도의 최소값은 수심 약 500 m에서 나타났고, 최대값은 수심 약 2000 m에서 관측됐다. DIC의 농도는 표층에서 최소값이 확인되었으며, 수심 2200 m 정도에서 최대값을 보였다. △TA와 △DIC의 상관성을 통해 연구 해역의 총이산화탄소 변화를 제어하는 주요 요인을 확인한 결과, 표층에서는 생물에 의한 광합성/호흡이 우세하였고, 저층에서는 탄산칼슘(CaCO3)의 생성/용해 과정이 우세한 것으로 판단되었다. 위의 자료들을 종합하여 산석(aragonite)과 방해석(calcite)의 포화 수심(Ω=1)을 추정하였다. Aragonite의 포화 수심(Ωara)은 600∼700 m에서 확인되었고, Calcite의 포화 수심(Ωcal)은 전 수층에서 과포화된 상태를 보였다. 이는 기존 연구결과와 부합하는 것으로, 본 연구해역의 Aragonite 포화수심은 약 600 m, Calcite2

Determination of Total CO2 and Total Alkalinity of Seawater Based on Thermodynamic Carbonate Chemistry

본 연구에서 새롭게 도출된 총알칼리도( AlkT )와 총이산화탄소( TCO2 ) 분석방법의 정밀도와 정확도를 확인하기 위해 스크립스 해양 연구소에서 제조된 이산화탄소 표준물질(Batch 132; AlkT=2229.24±0.39μmol/kg , TCO2=2032.65±0.45μmol/kg )을 분석하였다. 분석 결과, 총알칼리도와 총이산화탄소의 평균 농도는 각각 2354.09μmol/kg 과 2089.60μmol/kg 으로 제시된 농도 값과 총알칼리도는 약 5.6%, 총이산화탄소는 약 2.3%의 차이를 보였다. 기존의 알칼리도 측정방법(Gran Titration)과 본 연구 분석 방법을 중탄산나트륨( NaHCO3 ) 0.340 g( AlkT 2023.33μmol/kg ) 용액에 적용하여 비교 실험을 진행한 결과, 기존의 방법으로 측정된 중탄산나트륨의 평균 알칼리도 농도는 2193.39μmol/kg (sd=57.15, n=7)이었고, 본 연구방법의 경우 2017.02μmol/kg (sd=10.98, n=7)의 알칼리도 평균 농도를 보였다. 또한, 초순수와 해수에 중탄산 나트륨을 첨가해 총알칼리도의 수득률(recovery yield)을 측정한 실험에서 초순수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위( 0∼4952.39μmol/kg ) 내에서 평균 약 100.8%( R2 =0.99 0.999), 해수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위( 0∼2041.32μmol/kg )내에서 평균 약 102.3%( R2 =0.99 0.999)로 나타났다. 해수의 이산화탄소 분압( pCO2 )을 측정하는 Pro Oceanus사의 PSI-Pro TM 을 사용하여 측정된 이산화탄소 분압과 본 연구를 통해 측정된 H2CO∗3 농도와의 비교 실험을 시행한 결과, 약 2주간의 경시변화 실험을 통하여 측정된 이산화탄소 분압은 427∼705μatm 의 변화를 보였고, 본 연구방법으로 측정된 H2CO∗3 의 농도는 9.15∼15.24μmol/kg 의 변화를 보였다. 측정된 분압과 계산된 H2CO∗3 농도의 결정계수( R2 )는 0.977로 나타났다. 본 연구방법을 적용해 동해 강릉 사천항의 표층 해수 중의 총알칼리도와 총이산화탄소의 일 변화 측정실험 결과, 두 항목의 농도는 일몰 이후 증가하고 일출 이후부터는 감소하는 경향을 보였다. 총이산화탄소와 용존산소의 농도는 상반되는 경향을 나타냈는데 이는 식물플랑크톤의 광합성과 호흡의 영향으로 생각된다. 현장 선상에서 시행된 북동태평양의 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone)에서 총알칼리도와 총이산화탄소의 측정실험 결과, 표층(0~60 m)과 저층(200~2000 m)에서 총알칼리도의 평균 농도는 각각 2422.38μmol/kg (sd=78.73, n=20)과 2465.87μmol/kg (sd=57.68, n=103)로 측정되었고, 표층과 저층저층의 총이산화탄소 평균 농도는 각각 2134.47μmol/kg (sd=65.40, n=20)과 2431.87μmol/kg (sd=65.02, n=103)으로 측정되었다. 총알칼리도와 총이산화탄소의 수직 분포는 수심이 증가할수록 점차 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 측정된 농도 결과는 부근해역에서의 기존 연구결과보다 약간 높은 경향을 보였다. To evaluate accuracy and precision of determination of total alkalinity ( AlkT ) and carbon dioxide ( TCO2 ) derived from present study, experiment was applied with CO2 CRM (Batch 132, Scripps Institution of Oceanography; AlkT=2229.24±0.39μmol/kg , TCO2=2032.65±0.45μmol/kg ). As the result, average concentration of AlkT and TCO2 was 2354.09μmol/kg (~5.6% difference with CO2 CRM) and 2089.60μmol/kg (~2.3% difference with CO2 CRM), respectively. For previous method (Gran Titration) by addition NaHCO3 to deionized water( AlkT 2023.33μmol/kg ), average concentration was 2193.39μmol/kg (sd=57.15, n=7). Whereas, average concentration was 2017.02μmol/kg (sd=10.98, n=7) for the present study. Recovery yield experiments of total alkalinity in deionized water and seawater were implemented by addition of NaHCO3 . The recovery yield of deionized water in the range 0 to 4952.39μmol/kg was 100.8% ( R2 =0.99 0.999), and seawater in the range 0 to 2041.32μmol/kg was 102.3% ( R2 =0.99 0.999). Comparison of pCO2 sensor (PSI CO2−ProTM ) with present method showed very meaningful correlation coefficient ( R2 =0.97 0.977) in the range of 427 to 705μatm and 9.16 to 15.24μmol/kg throught elapsed time for two weeks. Field experiment of diurnal variation of total carbon dioxide was accomplished at Sachon harbor in the coastal waters of East Sea of Korea. Concentration of AlkT and TCO2 was increased during night, and decreased during daylight hours. The results showed mirror type between TCO2 and dissolved oxygen, which was attributable to photosynthesis and respiration of phytoplankton. Also, open ocean field study was performed to obtain vertical profile of AlkT and TCO2 in C-C zone (Clarion-Clipperton Fracture Zone), Northeastern Pacific. Average concentrations of AlkT in the surface mixed layer (0~60 m) and deeper layer below 200 m were 2422.38μmol/kg (sd=78.73, n=20) and 2465.87μmol/kg (sd=57.68, n=103), respectively. And average concentrations of TCO2 were 2134.47μmol/kg (sd=65.4, n=20) and 2431.87μmol/kg (sd=65.02, n=103) in the same depth ranges such as AlkT . Vertical distributions of AlkT and TCO2 concentrations tended to increase with depth, and analyzed concentrations showed slightly higher than those of previous studies in this area.22Nkc

Dynamic Characteristics of Water Column Properties based on the Behavior of Water Mass and Inorganic Nutrients in the Western Pacific Seamount Area

서태평양에 위치한 해저산 해역( 150.2∘E , 20∘N 부근)에서 수층 환경의 동적 특성을 파악하고자 수괴 및 용존산소, 무기영양염(질소, 인), 엽록소-a 등과 같은 수층 환경 인자의 거동을 살펴보았다. 2014년 10월에 해저산(OSM14-2)을 중심으로 동-서 및 남-북 방향으로 총 9개의 정점에서 CTD system을 이용하여 물리 화학적 자료를 획득하였다. 수온-염분 도표로부터 연구 해역에서 파악된 수괴는 표층에서 북태평양 열대수와 수온약층수, 중층에서 북태평양 중층수 그리고 저층에서 북태평양 심층수로 구분되었다. 용존산소 농도가 낮은 최소층(평균 73.26μM )은 산소 결핍 환경(dysoxic TEX>90μM )으로 연구 해역 전반에 걸쳐 수심 700~1,200 m 사이에 분포하였다. 아질산염+질산염과 인산염으로 대표되는 무기영양염은 표면혼합층 내에서 빈영양 환경을 보인 후 수심 증가에 따라 점차적으로 증가해 용존산소 최소층에서 최대 농도를 나타냈으며, N:P ratio(13.7) 결과로부터 연구 해역은 식물플랑크톤이 성장하기에 질소 성분이 제한된 환경으로 파악되었다. 해저산을 중심으로 동-서 및 남-북 정점 라인에서 환경 인자의 수직 분포는 서쪽과 남쪽 해역에서 저층수 유입에 의한 영향으로 수심 500 m 부근에서 그리고 수심 2,500 m 이하의 저층 내에서도 서쪽 해역과 남쪽 해역에서 반대 해역과 비교해 환경 인자의 농도가 다르게 분포하였다. Redfield ratio(N:P=16:1)을 이용하여 구해진 Excess N 값은 연구 해역 전반에 걸쳐 음의 값을 보여 질소 제거 기작이 우세한 환경임을 나타냈으며, 서쪽 해역과 남쪽 해역 저층에서 상대적으로 높은 값이 관측되었다. 이러한 결과들은 해저산의 지형적인 특성이 저층 해류 순환에 영향을 미치고 이는 수층 환경 인자들의 거동을 결정하는데 중요하게 작용함을 지시한다. In order to understand the dynamic characteristics of water column environments in the Western Pacific seamount area (approximately 150.2∘E , 20∘N ), we investigated the water mass and the behavior of water column parameters such as dissolved oxygen, inorganic nutrients (N, P), and chlorophyll-a. Physico-chemical properties of water column were obtained by CTD system at the nine stations which were selected along the east-west and south-north direction around the seamount (OSM14-2) in October 2014. From the temperature-salinity diagram, the main water masses were separated into North Pacific Tropical Water and Thermocline Water in the surface layer, North Pacific Intermediate Water in the intermediate layer, and North Pacific Deep Water in the bottom layer, respectively. Oxygen minimum zone (OMZ, mean O2 73.26μM ), known as dysoxic condition ( O2/TEX>90μM ), was distributed in the depth range of 700~1,200 m throughout the study area. Inorganic nutrients typified by nitrite + nitrate and phosphate showed the lowest concentration in the surface mixed layer and then gradually increased downward with representing the maximum concentration in the OMZ, with lower N:P ratio (13.7), indicating that the nitrogen is regarded as limiting factor for primary production. Vertical distribution of water column parameters along the east-west and south-north station line around the seamount showed the effect of bottom water inflowing at around 500 m deep in the western and southern region, and concentrations of water column parameters in the bottom layer (below 2,500 m deep) of the western and southern region were differently distributed comparing to those of the other side regions (eastern and northern). The value of Excess N calculated from Redfield ratio (N:P=16:1) represented the negative value throughout the study area, which indicated the nitrogen sink dominant environments, and relative higher value of Excess N observed in the bottom layer of western and southern region. These observations suggest that the topographic features of a seamount influence the circulation of bottom current and its effects play a significant role in determining the behavior of water column environmental parameters.22Nkc

The study on the impact of the Yellow Sea bottom cold water mass to the ecosystem

한국해양과학기술

The study on the impact of the Yellow Sea bottom cold water mass to the ecosystem

한국해양과학기술

Northwestern pacific ocean study on environment and interactions between deep ocean and marginal seas

한국해양과학기술