해안 퇴적 환경의 가장 기본적인 특징은 퇴적물의 입도 특성을 통해 파악할 수 있다. 퇴적물 특성을 정량적으로 표현하는 대표적인 방법은 입자 크기에 대한 값을 이용하여 평균입도(mean size), 분급도(sorting), 왜도(skewness), 첨도(kurtosis) 등의 퇴적물 입도 조직 변수를 구하여 표현하는 것이다. 퇴적 환경에서 입도 분포는 퇴적물의 이동과 퇴적의 동적 상태를 나타내는 기본적인 정보이다. (중략)
대한원격탐사학회 2000년도 춘계 학술대회 논문집 통권 3호 Proceedings of the 2000 KSRS Spring Meeting
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pp.178-182
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2000
본 연구의 목적은 실험실에서 퇴적물의 다분광반사 특성과 물성을 측정하고 이를 위성 영상에 적용하여 영상에서 나타나는 퇴적물의 분광차이의 원인을 해석하고, 위성영상에서의 퇴적물의 분류 가능성을 연구하는데 있다. 연구에서는 Landsat TM위성 영상과 350~2500nm 파장대역에 대한 퇴적물 시료의 분광측정 자료를 사용하였으며, 기존의 조사 자료를 토대로 TM 영상에서 퇴적물을 분류한 후, 현장에서 시료를 채취하여 입도 분류를 실시하였다. 퇴적물의 입도와 함수비에 따른 분광특성변화를 검증하였으며, 입도와 함수비에 대한 회귀식을 구하여 이를 영상에 적용 분류하였다. 분석 결과 다분광자료 측정시 퇴적물입도에 따른 분광차이는 미약하였으며 이를 TM 자료로 재구성하였을 때는 분광특성을 구분할 수 없었다. 퇴적물의 분류는 TM Band 4, 5, 7을 이용한 회귀식을 적용할 때 비교적 정확하게 나타났으나, 영상에서 퇴적물의 분광 차이는 입도 크기가 직접적인 요인이 아니라 입도에 의한 함수비 및 유기물 함량의 차이에 기인한 것으로 해석된다.
조밀하게 채취된 한욱 근해 대륙붕 상의 표층퇴적물의 입도 자료 1.044 개를 재해 석하였다. 이들 표층퇴적물의 입도곡선은 31%가 단일 모르를, 54%가 두 개의 모드를 보이며 나머지는 세 개 이상의 모르를 가진다. 단일모드 퇴적물과 북모드 퇴적물의 각 구성모드의 입도곡선은 대체로 정규분포와 세립질화 한다. 군산 앞바다 및 남해 외대 륙붕의 단일모드 모래지역의 지리적 분포는 중금속 및 부유퇴적물 농도의 최저값지역 과 거의 합치한다. 이상의 사실들에서 퇴적물의 세립질 모드의 입도분포가 현세의 운 반 퇴적과정을 잘 반영한다는 것을 알게되었다. 동시에 모드분석수법이 퇴적물의 입도 자료를 해석하는데 유용한 방법임을 알게되었다.
퇴적물의 입자 크기가 부상과 퇴적과정에 미치는 영향을 규명하기 위하여 네 종류의 각기 다른 입도분 포성분으로 구성된 퇴적물을 사용하여 수리실험을 하였다. 사용된 세 가지의 퇴적물은 입도분포가 조밀한 동질의 입도로 구성되었으며 네 번째 것은 위의 세 종류의 퇴적물을 한데 섞은 복합적 구성요소를 지닌 것이다. 또한 최적물 표층에 가해지는 1~14dynes/$\textrm{cm}^2$ 범위의 전단응력을 사용하여 각 군의 퇴적물마다 부상과 퇴적에 대한 실험을 하였으며 그 결과를 상호 비교하였다.
한반도 동해 남부 대륙붕에 분포하는 탄산질-쇄설성분 혼합 퇴적물에서 성분별 입도분석을 실시하여, 퇴적 환경 및 퇴적기작을 해석하였다. 쇄설성분은 평균입도가 중립사와 세립사 범위였으며, 분급이 양호한 단빈도 입도분포를 나타내었다. 이들 쇄설 퇴적물은 해수면이 낮았던 지난 빙하기동안 해빈 퇴적환경에서 집적되었으며, 전형적인 잔류퇴적물로 해석된다. 패각류가 우세한 탄산질 성분은 거의 파쇄된 상태이며, 표면이 심하게 풍화되었다. 이들 패각도 빙하기동안 천해환경에서 서식하였던 잔류기원 패각편으로 해석된다. 한편 입도특성은 쇄설성 성분에 비하여 다소 조립하며, 분급도는 불량하였다. 이들 패각편 탄산질 성분은 집적된 이후 지속적인 파쇄 및 분급작용에 의해 입도분포의 특징이 조절된 것으로 해석된다.
황해 표층퇴적물중 입도(particle size), 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 수은(Hg), 납(Pb) 및 아연(Zn) 등의 미량금속 농도변화를 파악하기 위해서 1998년부터 2006년까지 9개년의 조사분석 결과를 요약하면 다음과 같다. 본 연구해역에서 전조사 기간동안 퇴적물의 입도와 미량금속 간에는 유의한 상관관계(P<0.001)를 보였으며, 퇴적물의 입도가 세립 할수록, 수심이 깊을수록 미량금속의 농도가 높은 전형적인 농도분포특성을 보였으며, 전 조사 성분의 농도는 조사해역의 중앙부에서 높은 농도를 보였다. 또한 조사 시기의 변동에 따른 농도 변화보다는 퇴적물의 입도에 따라 중금속농도가 유의하게 변화하는 특성을 나타내었으며, 이는 아마도 퇴적물의 퇴적속도가 매우 낮기 때문에 10여년간의 시간적 변동에 대한 차이를 보이지 않는 것으로 보여진다.
본 연구에서는 보의 설치가 하천 퇴적물에 미치는 영향을 알아보고자 남한강 하류에 설치된 강천보, 여주보, 이포보에 대하여 보의 영향을 잘 대표할 수 있다고 생각되는 9개 지점을 선정해 퇴적물 분석을 진행하였다. 채취한 퇴적물의 물리적, 화학적 특성을 분석하기 위해 입도, 함수율, 완전연소가능량, COD, TOC, TP, SRP, TN 항목을 선정하여 분석하였다. 분석결과 퇴적물의 입도 분포는 전 구간에 걸쳐 같은 Sandy loam의 토양분류를 나타내어 준설이 퇴적물의 입도 분포에 영향을 주었다고 판단된다. 입도, 함수율, 완전연소가능량, COD, TOC, TP, SRP, TN 항목에서 보 설치지점의 상류 농도가 하류보다 높게 나타나는 것으로 보아 남한강 하류 유역에 설치된 보가 퇴적물 흐름에 영향을 미쳐 보의 상부에 퇴적양상을 나타내었다고 생각한다. 하지만 SRP 및 C/N 비율 분석 결과에서는 지역에 따른 퇴적물 특성의 차이가 크지 않고, 퇴적물의 유기물 기원 분석의 경우에는 과거 퇴적물의 특성이 나타나는 점으로부터 연구가 수행된 시점에서는 보의 설치가 퇴적물의 특성에 미치는 영향이 크지 않다고 판단된다. 하지만, 남한강 수계에 설치된 보는 강우에 의해 외부에서 유입되는 토사의 이동 및 퇴적에 영향을 줄 수 있고, 이는 수층으로의 오염물질의 확산 및 재부유를 발생시켜 수질 및 수생태계에 영향을 미칠 수 있으므로 보 설치구간 퇴적물의 물리적 화학적 특성 변화에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다고 생각한다.
퇴적물이나 토양의 입도분석은 가장 중요하고 기초적인 지구과학적 연구방법 중 하나이다. 본 연구는 뢰스-고토양 퇴적물을 대상으로 10가지 전처리 과정에 따른 입도분석 결과의 차이를 비교하였다. 퇴적물의 분산에 있어 확산제의 효과가 가장 크지만, 확산제와 염산의 처리 순서에 따라 큰 차이를 보인다. 이는 염산의 염소 이온과 확산제의 나트륨 이온 사이의 정전기적 인력으로 인해, 나트륨 이온이 효과적으로 퇴적물의 칼슘 이온을 치환하지 못하기 때문으로 생각된다. 또한 과산화수소와 염산은 끓는 물보다는 효과적이지만 퇴적물의 분산에 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서 연구 목적 및 시료 특성에 맞는 적절한 방법을 선정해야 신뢰할 수 있는 입도분석 결과를 얻을 수 있을 것이다.
금강 퇴적물의 지화학적 특성을 파악하기 위하여 상류에서 하류까지 21개의 표층 퇴적물을 채취하고 총금속(Al, Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb) 입도별 금속 및 존재형태별 금속을 분석하였다. 또한 하천에서 연안역까지 미량금속의 공간적 변화를 보기 위해 부유물 을 일정 간격으로 채취하여 미량금속을 분석하였다. 퇴적물 중 미량 금속 함량을 평균 입도 와 밀접히 관계하여 변화하며 세립질실트 이하 부분에서 가장높은 함량을 보였고 이 높은 함량은 하천 부유물 중 금속 함량과 Mn을 제외하고 거의 유사한 수준이었다. Pb은 조립질 모래에서도 높은 함량을 보이는데 이는 조립질 모래에 많이 포함된 정장석에 의한 영향이 되고 세립질 실트에서의 높은 금속 함량은 세립한 중광물에 의한 영향이다. Mn과 Pb을 제 안한 금속들은 퇴적물 중 주로(70% 이상) 결정 격자와 관계하여 존재하는데 이는 퇴적물의 주구성 입도가 조립하여 금속이 풍부하고 세립한 중광 물에 의한 영향이 크기 때문이다. 하 천에서 염하구로 금속 함량이 급격히 감소하는데 이는 용존 $Mn^{+2}$이온이 $MnO_2$로 변화하는 산화반응과 하천구역에서의 퇴적 그리고 염하구에서 금속이 적어 진 입자(염하구 내에서 유기물 분해/용해로 만들어지거나 재부유 작요에 의한 조립질 물질) 와 하천 부유물과의 혼합작용에 의해 이루어진다.
퇴적물 입도분석 방식에 따른 분석결과의 편차를 비교하였다. 한반도 주변해역에서 기존에 보고된 퇴적물 입도자료들은 연구기관에 따라 상당한 편차가 나타났으며, 실험실간 편차보정작업(Inter-lab calibration)이 요구된다. 퇴적물 입도분석 결과는 분석방식에 따라 상이하게 나타났다. 레이저 회절방식은 반복측정의 정확도가 매우 우수하였지만, 2-3 ${\mu}m$보다 세립한 계층의 함량을 과소측정하였다. 이와 반면에 입자침전속도에 근거한 입도분석 방식은 조립실트(5-6 ${\phi}$) 계층의 오차가 크게 나타났으며, 점토질 함량이 다소 과다하게 측정되었다. 퇴적물 입도분석에 가장 일반적으로 활용되는 체질과 피켓법은 0.5 ${\phi}$ 간격의 분석작업이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 특히 피켓법의 경우 조립실트 계층의 영역에서 0.5 ${\phi}$ 간격의 분석작업이 요구되었다. 또한 사질 퇴적물의 체질방식에서는 하나의 체에 걸러지는 퇴적물 양에 따른 오차가 매우 중요한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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