Characteristics of Element Geochemistry in Ulleung Basin Sediments During the Late Quaternary

제4기 후기 동안 동해 울릉분지 퇴적물내 원소 함량 특성과 기원지 연구

  • Um, In-Kwon (Petroleum and Marine Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources) ;
  • Choi, Man-Sik (Division of Earth Environmental Sciences & Graduate School of Analytical Science and Technology, Chungnam National University) ;
  • Shin, Hyung-Sun (Division of Earth and Environmental Science, Korea Basic Science Institute)
  • 엄인권 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) ;
  • 최만식 (충남대학교 지구환경과학부, 분석과학기술대학원) ;
  • 신형선 (한국기초과학지원연구원 환경과학연구부)
  • Published : 2009.05.31

Abstract

Major and trace elements were analyzed in three core sediments to investigate geochemical characteristics of East Sea sediments and provenance changes during late Quaternary in Ulleung Basin. Comparing with Yellow and South Sea sediments, contents of major elements were generally similar while contents of trace elements were significantly different. Furthermore, within this basin, there were some variabilities in trace element compositions. In the western slope sediments (WS), Mo was enriched over 6 times as much as other sites. On the other hand, Zr, Nb, Hf and Ta were enriched in basin sediments (Basin), and Ca and Cs were enriched in southern slope sediments (SS). After excluding elements derived from biogenic, authigenic and diagenetic origins, the lithogenic elements (K, Ti, Cs, Zr, Nb, Hf and Ta) could be classified into three groups from the comparison of element/Al ratios among cores. The first group consisted of elements (K and Ti) that showed the nearly similar element/Al ratios among three cores. The second group contained Cs which showed significant difference between two slope sediments. The third group elements (Zr, Nb, Hf and Ta) showed highly enriched in basin relative to both slope areas. The depth profiles of metal/Al ratios in basin sediments provided the following interpretation for the compositions of sediment and their variation. From 10,000 yr B.P. to 7,000 yr B.P. two lithogenic components (volcanic ashes and western slope sediments) were mixed and deposited in the basin. After 7,000 yr B.P., however, southern slope sediments were mixed with volcanic ashes and deposited in basin area. This event of source change is nearly close to inflow period of the Tsushima Warm Current to Ulleung Basin. Thus, it might be suggested that element geochemistry in Ulleung basin sediment indicate the change of current system in the study area.

동해 울릉분지 퇴적물의 원소 함량 특성과 제4기 후기 동안의 퇴적물 기원 변화를 파악하기 위해 남.서쪽 사면을 포함한 울릉분지에서 총 3개의 주상시료를 채취하여 주요원소 및 미량원소를 분석하였다. 울릉분지 퇴적물을 황해와 남해 퇴적물과 비교하면 주요원소는 함량 범위가 유사하였으나 미량원소 함량의 경우 해역별로 큰 차이를 보였고, 조사지역인 울릉분지 내에서도 큰 차이를 보였다. 울릉분지 서쪽사면(WS) 퇴적물에서는 Mo의 함량이, 분지평원(Basin) 퇴적물에서는 Zr, Nb, Hf, 그리고 Ta의 함량이 다른 지역에 비해 상대적으로 높게 나타났으며, 남쪽사면(SS) 퇴적물에서는 Ca와 Cs의 함량이 높은 특징을 보였다. 분석된 원소들 중 생물기원이나 자생 및 속성기원의 영향을 받지 않은 것으로 판단되는 원소(K, Ti, Cs, Zr, Nb, Hf 및 Ta)들은 원소/Al 비율 크기와 수직적 변화를 기준으로 3가지 형태로 구분되었다. 첫 번째는 모든 주상시료에서 유사한 비율을 보이며 수직적인 변화가 크지 않은 원소(K, Ti), 두 번째는 서쪽사면(WS)과 남쪽사면(SS) 퇴적물에서 차이를 보이는 원소(Cs), 그리고 분지평원(Basin) 퇴적물에서 사면 퇴적물보다 상대적으로 높은 비를 보이는 원소(Zr, Nb, Hf, La)이다. 이들 분포형태별 원소들의 특성에 근거할 때 울릉분지의 분지평원(Basin) 퇴적물은 퇴적시기에 따라 기원이 변화된 것으로 해석될 수 있다. 분지평원(Basin) 퇴적물은 해수면이 상대적으로 낮은 약 $10,000{\sim}7,000\;yr$ BP 동안 서쪽사면(WS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 보였으며, 7,000 yr BP 이후는 남쪽사면(SS) 퇴적물과 화산재가 혼합된 특징을 나타내었다. 이러한 결과는 기존에 연구된 대마난류의 동해 유입시기와 매우 유사한 결과로, 해수면 상승에 의한 울릉분지의 퇴적환경변화에 의한 것으로 해석된다.

Keywords

References

  1. 과학기술처, 1995a. 지질 및 해양 시료의 미량조성 및 구조분석법연구. UCPN00010-025-4, pp.161−220
  2. 과학기술처, 1995b. 한국 대수심 해역의 지구적 해저환경 연구 (1차년도). 한국해양연구소 보고서, BSPN 00259-808-5, pp. 201−254
  3. 과학기술처, 1996. 한국 대수심 해역의 지구적 해저환경 연구(2-3차년도). 한국해양연구소 보고서, BSPN 00321-950-5, pp.435−456
  4. 류은영, 류병재, 윤혜수, 이성주, 2003. 규조화석군집을 이용한 동해 울릉분지의 후기 제4기 고환경 연구. 지질학회지. 39(2): 183−198
  5. 목진숙, 김성한, 김동선, 최만식, 현종호, 2008. 동해 울릉분지 심해 퇴적물 내 공극수의 지화학 성분 분포: 망간 환원의 잠재적 중요성. 한국해양학회 추계학술대회지, 204pp
  6. 박맹언, 송용선, 박계헌, 김희준, 류호정, 1992. 독도의 지질과 화산활동: 주성분 및 미량원소 지구화학. 섬연구회 논문집 별책, 창간호, 98−111
  7. 박명호, 김일수, 류병재, 2003. 울릉분지 북서부 해역의 코어퇴적 물에 대한 제4기 후기 테프라 층서 및 테프라층 비교 연구. 자원환경지질, 36(3): 225−232
  8. 박명호, 류병재, 김일수, 정태진, 이영주, 유강민, 2002. 울릉분지 남서부 해역의 천부퇴적물에 대한 층서·퇴적학적 연구. 자원환경지질, 35(2): 171−177
  9. 승영호, 1992. 한반도 주변의 수괴와 해수순환. 한국해양학회지, 27(4): 324−331
  10. 신유나, 김부근, 池原 硏, 윤호일, 김예동, 우경식, 2000. 동해 북동부해역 제4기 후기 퇴적물의 규조 산출과 고해양학적 변화. 한국해양학회지, 5(4): 305−319
  11. 엄인권, 임동일, 이미경, 전수경, 정회수, 2003. 한국 동해안 영일만 표층 퇴적물의 금속 함량과 공간 변화 특성. 한국지구과학회지, 24(5): 477−490
  12. 우한준, 정혜경, 한상준, 장현도, 윤석훈, 1995. 저서성 유공충에 의한 한국 동해 서부 해역의 제4기 후반 고해양환경 연구. 한국해양학회지, 30(5): 493−511
  13. 윤석훈, 박장준, 한상준, 2003. 동해 한국대지 및 울릉 분지간통로의 제4기 후기 해저퇴적작용. 한국해양학회지 바다, 8(2): 187−198
  14. 이준백, 한명수, 양한섭, 1998. 한국 동해 남부 연안생태계 연구1. 1994년 9월에 있어서의 식물플랑크톤의 군집구조와 1차생산력. 한국수산학회지, 31(1): 45−55
  15. 이충일, 조규대, 최용규, 2003. 동해에서 쓰시마난류의 변동과 관련한 극전선의 공간적 변화. 한국환경과학회지, 12(9): 943−948 https://doi.org/10.5322/JES.2003.12.9.943
  16. 정창수, 심재형, 박용철, 박상갑, 1989. 한국 동해의 기초생산력과 질소계 영양염의 동적관계. 한국해양학회지, 24(1): 52−61
  17. 정철환, 유환수, 최덕근, 김주용, 1998. 동해 남부 해역의 현세퇴적층에서 산출된 포자화분화석군이 지시하는 고환경. 한국지구과학회지, 19(5): 461−466
  18. 정회수, 임동일, S. Y. Yang., 유해수. 2006. 북동중국해 코아 퇴적물의 희토류원소 분포양상과 기원. 자원환경지질, 39(1): 39−51
  19. 최만식, 천종화, 우한준, 이희일, 1999. 시화호 표층퇴적물의 중금속 및 퇴적상 변화. 한국환경과학회지, 8(5): 593−600
  20. 한국해양연구소, 1994. 한국해역 종합 해양환경도 작성연구-대한해협(3차년도). 한국해양연구소 보고서, BSPN 00227-733-3
  21. 한정희, 최만식, 2007. 동해 남서부 해역에서 $^{210}Pb$를 이용한 퇴적속도 추정. 한국해양학회지, 12(4): 273−277
  22. Bahk, J.J., S.H. Lee, H.S. Yoo, G.G. Back and S.K. Chough, 2005. Late Quaternary sedimentary process and variations in bottomcurrent activity in the Ulleung Interplain Gap, East Sea(Korea). Marine Geology, 217: 119−142 https://doi.org/10.1016/j.margeo.2005.02.031
  23. Calvert. S.E. and T.F. Pedersen, 1993. Geochemistry of Recent oxic and anoxic marine sediments: Implications for the geological record. Marine Geology, 113: 67−88 https://doi.org/10.1016/0025-3227(93)90150-T
  24. Cha, H.J., C.B. Lee, B.S. Kim, M.S. Choi and K.C. Ruttenberg, 2005. Early diagenetic redistribution and burial of phosphorus in the sediments of the southwestern East Sea (Japan Sea). Marine Geology, 216(3): 127−143 https://doi.org/10.1016/j.margeo.2005.02.001
  25. Cha, H.J., M.S. Choi, C.B. Lee and D.H. Shin, 2007. Geochemistry of surface sediments in the southwestern East/Japan Sea, Journal of Asia Earth Sciences, 29: 685−697 https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2006.04.009
  26. Cho, Y.G., C.B. Lee and M.S. Choi, 1999. Geochemistry of the surface sediments off the southern and western coasts of Korea. Marine Geology, 159: 111−129 https://doi.org/10.1016/S0025-3227(98)00194-7
  27. Choi, M.S., D.S. Lee, J.C. Choi, H.J. Cha and H.I. Yi, 2006. $ ^{239+240}Pu $concentration and isotope ratio ($^{240}Pu/^{239}Pu$) in aerosols during high dust (Yellow Sand) period, Korea, Science of the Total Environment, 370: 262−270 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2006.07.036
  28. Dehairs, F., R. Chesselet and J. Jedwab, 1980. Discrete suspended particles of barite and the barium cycle in the open ocean. Earth and Planetary Science Letters, 49: 528−550 https://doi.org/10.1016/0012-821X(80)90094-1
  29. Domotsu, H. and M. Oda, 2008. Holocene influx of the Tsushima Current into the Japan Sea signalled by spatial and temporal changes in Neogloboquadrina incompta distribution. The Holocean, 18(2): 345−352 https://doi.org/10.1177/0959683607086772
  30. Dymond, J. and R. Collier, 1996. Particulate barium fluxes and their relationship to biological productivity. Deep-Sea Research II, 43: 1283−1308 https://doi.org/10.1016/0967-0645(96)00011-2
  31. Fisher, G., M. Kalberer, B. Donner and G. Wefer, 1999. Use of Proxies in Paleoceanography. In: Stable Isotopes of Pteropod Shells as Recorders of Sub-Surface Water Condition, edited by Fisher, G. and G. Wefer, Springer, New York, PP. 191−206
  32. Francoise, E.P., J.L. Seidel, D. Jezequel, E. Metzger, T. Prevot, C. Simonucci, G. Sarazin, E. Viollier, H. Etcheber, J.M. Jouanneau, O. Weber and O. Radakovitch, 2005. Sedimentary record of redoxsensitive element (U, Mn, Mo) in a transitory anoxic basin (the Thau lagoon, France). Marine Chemistry, 95: 271−281 https://doi.org/10.1016/j.marchem.2004.10.001
  33. Furuta, T., K. Fujioka and F. Arai, 1986. Widespread submarine tephras around Japan-Petrographic and chemical properties. Marine Geology, 72: 125−142 https://doi.org/10.1016/0025-3227(86)90103-9
  34. Hong, G.H., S.H. Kim, C.S. Chung, D.J. Kang, D.H. Shin, H.J. Lee and S.J. Han, 1997. $^{210}Pb$-derived sediment accumulation rates in the southwestern East Sea (Sea of Japan). Geo-Marine Letters, 17(2): 126−132 https://doi.org/10.1007/s003670050017
  35. Irino, T. and R. Tada, 2002. High-resolution reconstruction of variation in aeolian dust (Kosa) deposition at ODP site 797, the Japan Sea, during the last 200 ka. Global and Planetary Change, 35: 143−156 https://doi.org/10.1016/S0921-8181(02)00135-2
  36. Jeandel, C., K. Tachikawa, A. Bory and F. Dehairs, 2000. Biogenic barium in suspended and trapped material as a tracer of export production in the tropical NE Atlantic (EUMELI sites). Marine Chemistry, 71: 125−142 https://doi.org/10.1016/S0304-4203(00)00045-1
  37. Jimenez-Espejo, F.J., F. Martinez-Ruiz, T. Sakamoto, K. Iijima, D. Gallego-Torres and N. Harada, 2007. Paleoenvironmental changes in the western Mediterranean since the last glacial maximum: High resolution multiproxy record from the Algero-Balearic basin. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 246: 292−306 https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2006.10.005
  38. Keigwin, L.D. and S.A. Gorbarenko, 1992. Sea level, surface salinity of the Japan Sea and the Younger Dryas event in the northwestern Pacific ocean. Quaternary Research, 37: 346−360 https://doi.org/10.1016/0033-5894(92)90072-Q
  39. Kong, K.S. and S.C. Park, 2007. Paleoenvironmental changes and depositional history of the Korea (Tsushima) Strait since the LGM. Journal of Asia Earth Sciences, 29: 84−104 https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2006.01.004
  40. Lee, S.H., J.J. Bahk, S.K. Chough, G.G. Back and H.S. Yoo, 2004. Late Quatenary sedimentation in the Ulleung Interplain Gap, East Sea (Korea). Marine Geology, 206: 225−248 https://doi.org/10.1016/j.margeo.2004.03.004
  41. Lim, D.I., S. Kang, H.S. Yoo, H.S. Jung and J.Y. Choi, 2006. Late Quaternary sediments on the outer shelf of the Korea Strait and their paleoceanographic implications. Geo-Marine Letters, 26: 284−296 https://doi.org/10.1007/s00367-006-0039-x
  42. Machida, H. and F. Arai, 1983. Extensive ash falls in the around the Sea of Japan from late Quaternary eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 18: 151−164 https://doi.org/10.1016/0377-0273(83)90007-0
  43. Machida, H., 1999. The Stratigraphy, chronology and distribution of distal marker-tephras in the around Japan. Global and Planetary Changes, 21: 71−94 https://doi.org/10.1016/S0921-8181(99)00008-9
  44. Matthai, C., G.F. Brich and R. Szymczak, 1998. Suboxic, early diagenetic processes in surficial sediments near a deepwater ocean outfall, Sydney, Australia. Journal of Geochemical Exploration, 64: 1−17 https://doi.org/10.1016/S0375-6742(98)00018-1
  45. McConnell, M.C. and R.C. Thunell, 2005. Calibration of the planktonic foraminiferal Mg/Ca paleothermometer: Sediment trap results from the Guaymas Basin, Gulf of California. Raleoceanography, 20: PA2016 https://doi.org/10.1029/2004PA001077
  46. Morford. J.L. and S. Emerson, 1999. The Geochemistry of redox sensitive trace metals in sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 63(11/12): 1735−1750 https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00126-X
  47. Marz, C., B. Beckmann, C. Franke, C. Vogt, T. Wagner and S. Kasten, 2008. Geochemical environmental of the Coniacian-Santonian western tropical Atlantic at Demerara Rise. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, Article in Press
  48. Nameroff, T.J., S.E. Calvert and W. Murray, 2004. Glacial-interglacial variability in the eastern tropical North Pacific oxygen minimum zone recorded by redox-sensitive trace metals. Paleoceanography, 19: 1−19 https://doi.org/10.1029/2003PA000912
  49. Oba, T., M. Kato., H., Kitazato, I. Koizumi, A. Omura, T. Sakai and T. Takayama, 1991. Paleoenvironmental changes in the Japan Sea during the last 85,000 years. Paleoceanography, 6(4): 499−518 https://doi.org/10.1029/91PA00560
  50. Park, S.C., D.G. Yoo, C.W. Lee and E.I. Lee, 2000. Last glacial sealevel changes and paleoceanography of the Korea (Tsushima) Strait. Geo-Marine Letters, 20: 64−71 https://doi.org/10.1007/s003670000039
  51. Park, M.H., J.H. Kim and Y.W. Kil, 2007. Identification of the late Quaternary tephra layers in the Ulleung Basin of the East Sea using geochemical and statistical methods. Marine Geology. 244: 196−208 https://doi.org/10.1016/j.margeo.2007.06.006
  52. Piper, Z. and C.M. Isaacs, 1996. Instability of bottom-water redox conditions during accumulation of Quaternary sediment in the Japan Sea. Paleoceanography, 11(2): 171−190 https://doi.org/10.1029/95PA03553
  53. Plank, T., and C.H. Langmuir, 1998. The chemical composition of subducting sediment and its consequences for the crust and mantle. Chemical Geology, 145: 325−394 https://doi.org/10.1016/S0009-2541(97)00150-2
  54. Pujor, F., Z. Berner and D.Stben, 2006. Paleoenvironmental changes at the Frasnian/Famennian boundary in key European sections: Chemostratigraphic constraints. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 240: 120−145 https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2006.03.055
  55. Rankama, K. and T.G. Sahama, 1950. Geochemistry. The University of Chicago Press, 912pp
  56. Riihlemann, C., P.J. Mller and R.R. Schneider, 1999. Use of Proxies in Paleoceanography. In: Organic Carbon and Carbonate as Paleoproductivity Proxies: Examples from High and Low Productivity Areas of the Tropical Atlantic, edited by Fisher, G. and G. Wefer, Springer, New York, PP. 315−344
  57. Sundby, B., N. Silverberg, and R. Chesselet, 1981. Pathways of manganese in open estuarine system. Geochimica et Cosmochimica Acta, 45: 2377−2384 https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90240-4
  58. Sangiorgi, F., E. Dinelli, P. Maffioli, L. Capotondi, S. Giunta, C. Morigi, M.S. Principato, A. Negri, K. Emeis and C. Corselli, 2006. Geochemical and micropaleontological characterisation of a Mediterranean sapropel S5: A case study from Core BAN89GC09 (south of Crete). Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 235: 192−207 https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2005.09.029
  59. Sternberg, E., C. Jeandel, J.C. Miquel, B. Grasser, M. Souhaut, R. Arraes-Mescoff and R. Francois, 2007. Particulate barium fluxes and export production in the northwestern Mediterranean. Marine Chemistry, 105: 281−295 https://doi.org/10.1016/j.marchem.2007.03.003
  60. Wehausen, R. and H.J. Brumsack, 2000. Chemical cycles in Pliocene sapropel-bearing and sapropel-barren eastern Mediterranean sediments. Paleogeography, Paleoclimatology, Paleoecology, 158: 325−352 https://doi.org/10.1016/S0031-0182(00)00057-2
  61. Yang S.Y., H.S. Jung, D.I. Lim and C.X. Li, 2003. A review on the provenance discrimination of sediments in the Yellow Sea. Earth- Science Reviews, 63: 93−120 https://doi.org/10.1016/S0012-8252(03)00033-3