• 자원환경지질
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• 제48권5호
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• pp.371-377
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• 2015

강우의 산소 및 수소안정동위원소는 물순환 연구에서 수분의 이동 및 강우와 지하수계의 상호작용을 이해하는 데에 사용되어 왔다. 종유석 및 빙하의 안정동위원소를 이용하여 과거의 기후 및 기상을 이해하는 데에 이용되고 있으며, 이러한 과거지시자를 설명하기 위한 전지구순환모델의 기초자료로 이용되고 있다. 동위원소 분석기기의 발전으로 인해 이전보다 고해상도 연구가 점차 가능해 지고 있으며, 강우안정동위원소 역시 고해상도 연구에 대한 필요성이 제기되고 있다. 이번 연구에서는 해안에서 강우안정동위원소의 변동을 관찰하기 위하여 자동시료채취장치를 개발하여 강우량에 따라 5-15분 간격으로 강우시료를 채취하였다. 강우동위원소의 변동은 연구기간동안 최대 -5.7(-40.1)‰, 최소 -10.8(-74.3)‰ 값을 보였으며, 연구기간동안 강우안정동위원소의 산소와 수소의 선형관계의 기울기는 6.8이며, 이를 강우사상으로 분리하면 각각 5.1, 4.2, 7.9, 7.7이다. 이는 첫 두 강우가 내리면서 증발이 일어났음을 지시하며, 시간이 갈수록 증발이 더 이상 일어나지 않았음을 의미한다. 이러한 안정동위원소의 분화는 여러 물순환 연구에 시사하는 바가 크며, 앞으로 강우안정동위원소를 이용한 연구를 수행할 때 강우의 고해상도 분석이 필요할 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제30권1호
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• pp.25-33
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• 1997

The purpose of this study is to examine the feasibility of using stable isotopes as a hydrologic tracer, and to elucidate the groundwater circulation system and the source of S component dissolved in thermal water of the Chonju Jukrim thermal spring district based on the O, H and S isotopic variabilities of environmental materials including bedrock, rainwater, surface water, shallow subsurface water and thermal spring water. The ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ of subsurface waters and surface water show highly restricted range and plotted on the same meteoric water line as a ${\delta}D=8{\delta}^{18}O+19$ line, and derivate from the mean annual isotopic composition of the rain water but are analogous to those of rain waters precipitated during winter season, indicating that ground waters are originated from the meteoric water and are strongly affected by the seasonal variation of air mass. Thermal spring waters are more depleted in ${\delta}^{18}O$ and ${\delta}D$ than those of shallow ground water and surface water. It can be explained by the difference of recharge area. The hydrochemical properties of subsurface waters and surface water devide into two groups: $Ca(HCO_3)_2$ type including shallow subsurface water and surface water, and $Na(HCO_3)$ type of thermal spring waters. The ${\delta}^{34}S$ values of thermal spring water show very high positive and quitely distinct from those of shallow subsurface water and surface water that are similar to those of bed rocks, indicating that sulfate dissolved in thermal spring water has not only a terrigenic origin, but also originates partially from the foreign source containing very heavy ${\delta}^{34}S$ component such as an ancient sea water. However, the presence of $H_2S$ can not be ignore the affact of the isotopic fractionation to explaine the heavy ${\delta}^{34}S$ of thermal spring water. Overall, the Oxygen and Hydrogen stable isotopes can identify the source and the circulation system of the natural waters and the S-isotopes can provide a crucial clue on tracing the dissolved material transports in the circulation system of the natural water.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권5호
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• pp.34-40
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• 2015

It is reported that the intensity of rainfall will likely increase, on average, over the world on 2000. For water resources security, many studies for flow paths from rainfall or snowmelt to subsurface have been conducted. In Korea, few isotopic studies for characterizations of flow path have been undertaken. For a better understanding of how water derived from atmosphere moves to subsurface and from subsurface to stream, an analysis of precipitation and stream water using oxygen-18 and deuterium isotopes in a small watershed, Dorim-cheon, Seoul, was conducted with high resolution data. Variations of oxygen-18 in precipitation greater than 10‰ (δ¹⁸O_max = −1.21‰, δ¹⁸O_min = −11.23) were observed. Isotopic compositions of old water (groundwater) assumed as the stream water collected in advance were −8.98‰ and −61.85‰ for oxygen and hydrogen, respectively. Using a two-component mixing model, hydrograph separation of the stream water in Dorim-cheon was conducted based on weighted mean value of δ¹⁸O. As a result, except of instant dominance of rainfall, contribution of old water was dominant during the study period. On average, 71.3% of the old water and 28.7% of rainfall contributed to the stream water. The results show that even in the small watershed, which is covered with thin soil layer in granite mountain region, the stream water is considerably influenced by old water inflow rather than rainfall.

• Ocean and Polar Research
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• 제38권4호
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• pp.331-338
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• 2016

Many studies using tracers have been conducted to understand a physical process in a system. Rain-on-snow could accelerate snowmelt processes, which influences the hydrological process in both temperate and polar regions. Hydrological and ecological conditions will be affected by the amount and timing of discharge reaching the bottom of a snowpack. The discharge consists of the rain-on-snow, pore water penetrating into the snowpack and natural meltwater. In this study, after a rain-on-snow experiment, we conducted an isotopic hydrograph separation to distinguish rainwater and pore water from meltwater. Using the isotopic data of snow and meltwater from Lee et al. (2010), two components were separated based on the assumption that rainwater and pore water are new water and natural meltwater is old water. After the second rain-on-snow experiment, the maximum contributions of rainwater and pore water reached up to 69% of the discharge and then decreased. During the study period, the measured total discharge was 4153 L and 40% (based on hydrogen isotope) of rainwater and pore water was calculated in the discharge, which is not consistent with what Lee et al. (2016) calculated using chemical separation (63%). This inconsistency can be explained by how an end-member was defined in both approaches. The contributions of artificial rainonsnow and pore water to melwater discharge range between the two methods. This study will suggest a mixing calculation from isotopic compositions of the Southern Ocean.

• 자원환경지질
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• 제41권1호
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• pp.15-32
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• 2008

강화 석모도 지역 석모도 온천수의 영족기체와 온천수의 지화학적 진화와 기원을 해석하고 온천수의 지화학적 특성을 규명하기 위해 온천수, 지하수, 지표수의 수리화학, 안정 동위원소, 영족기체 동위원소 분석이 이루어졌다. 온천수와 지하수의 pH는 각각 $6.42{\sim}6.77,\;6.01{\sim}7.71$로 약산성을 보이고 있다. 석모도 온천 지역의 온천수의 유출수온은 $43.3{\sim}68.6^{\circ}C$이다. 온천수의 전기전도도는 $60,200{\sim}84,300{\mu}S/cm$으로 비교적 높은 값이며 석모도 온천수가 해수와 혼합되어졌음을 암시하고 있다. 석모도 온천수의 화학 조성은 Na-Ca-Cl형이다. 반면, 지하수와 지표수는 각각 Na(Ca)-$HCO_3$, Na(Ca)-$SO_4$형과 Ca-$HCO_3$ 형으로 구분된다. 석모도 온천수의 산소와 수소 동위원소비는 각각 $-4.41{\sim}-4.47%o$와 $-32.0{\sim}-33.5%o$로 순환수 기원이다. 지하수에서의 산수 수소 동위원소비는 각각 $-7.07{\sim}-8.55%o,\;-50.24{\sim}-59.6%o$이다. 석모도 온천수에 $^{18}O$와 $^2H$가 부화된 특성은 온천수가 담수와 해수의 혼합대에서 유래되었음을 암시하고 있다. 석모도 온천수 중의 황산염이온의 황 동위원소비는 $23.1{\sim}23.5%o$로 이 지역 해수의 황 동위원소비(20.2%o)와 유사하다. 이는 온천수의 황이 해수의 황산염으로부터 유래되었음을 의미한다. 석모도 온천수의 $^3He/^4He$ 비는 $1.243{\times}10^{-6}{\sim}1.299{\times}10^{-6}cm^3STP/g$로 온천수 중의 He 가스가 부분적으로 맨틀에서 유래되었음을 보여준다. 온천수에서의 아르곤 동위원소비$(^{40}Ar/^{36}Ar=298{\times}10^{-6})cm^3STP/g$는 대기기원의 값을 보인다.

• 대한화학회지
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• 제37권9호
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• pp.800-805
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• 1993

정도관리용 생체기준물질 중의 극미량원소에 대한 분석법을 확립하였다. 생체시료를 질산-과산화수소 혼합산화제와 함께 테플론 가압분해용기에 넣어 마이크로파 오븐에서 분해하는 시료전처리법(microwave digestion)을 사용하였다. 시료를 분해시키기 전에 정량할 극미량금속의 안정 동위원소를 첨가하여 동위원소희석 질량분석법을 적용하였다. 혈액과 소나무잎 기준물질에 이러한 분석방법을 적용하여 기준값과 일치되는 결과를 얻었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제26권3호
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• pp.25-36
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• 2021

This study evaluated monthly, seasonal and altitudinal changes of oxygen and hydrogen isotope compositions of wet precipitation samples (n = 238) that were collected for last four years from 7 altitudes (from 265 to 1,500 m above sea level) in the Jeju Samdasoo watershed at the southeastern part of Jeju island, in order to examine the recharge characteristics of groundwater that is pumped out for the production of the Samdasoo drinking mineral water. Precipitation samples showed a clear seasonal change of O-H isotopic composition as follow, due to the different air masses and relative humidity: 𝛿D = 7.3𝛿¹⁸O + 11.3 (R² = 0.76) in the wet season (June to September), while 𝛿D = 7.9𝛿¹⁸O + 9.5 (R² = 0.91) in the dry season (October to May). In contrast, the stable isotope compositions of groundwater were nearly constant throughout the year and did not show a distinct monthly or seasonal change, implying the well-mixing of infiltrated water during and after its recharge. An altitudinal effect of the oxygen isotope compositions of precipitation was also remarkable with the decrease of -0.19‰ (R² = 0.91) with the elevation increase by 100 m. Based on the observed altitudinal change, the minimum altitude of groundwater recharge was estimated as 1,200 m above the sea level in the Jeju Samdasoo watershed.

• 자원환경지질
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• 제49권2호
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• pp.105-120
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• 2016

우리나라에서 수막재배가 이루어지는 수변지역 대부분은 성수기에 지하수위 하강과 함께 지하수 고갈 문제로 항시 어려움을 겪고 있다. 이러한 수변지역에서의 지하수 자원량 문제는 인근 하천수와의 연계 특성이 고려될 때 효율적으로 해결될 수 있다. 이 연구에서는 지하수와 하천수와의 연계성 및 지하수 대수층에 미치는 하천수의 영향을 논의하기 위해, 지하수의 토출온도, 지하수와 하천수의 산소 수소 안정동위원소 조성 변화 특성을 검토하였다. 연구지역은 딸기 수막재배지로 잘 알려진 청주시 가덕면 상대리 지역이며, 지하수와 하천수의 시료 채취는 2012년 2월부터 2014년 6월까지 실시되었다. 하천 가까이 분포하는 지하수 관정들 중 일부는 하천수의 영향 정도에 따라 측정 시기별로 용출온도의 변화가 심한 것들이 관찰되었으며, 이들의 산소 수소 안정동위원소 조성비는 대부분 하천수의 산소 수소 안정동위원소 조성비와 유사함을 보였다. 이는 지하수에 미치는 하천수의 영향이 산소 수소 안정동위원소 조성비 변화에 반영되고 있음을 지시한다. 관정 위치에 따른 공간적 변화 양상을 알아보기 위하여, 하천으로부터 우측 구릉지까지 4개의 측선을 설정하였다. 수막재배 말기인 2-3월 시기에, 하천에서 구릉지까지의 거리가 짧은 측선상의 관정들은 좁은 범위의 산소 수소 안정동위원소 조성 범위를 보인 반면에, 하천에서 구릉지까지의 거리가 긴 측선상의 관정들은 폭넓은 산소 수소 안정동위원소 조성 범위를 보였다. 연구지역에서 하천이 지하수에 미치는 영향 거리는 수막재배 말기에 최대 160~165 m 정도인 것으로 해석되었다. 이는 폭이 좁은 측선에서는 전체 거리에 해당되며, 폭이 넓은 측선에서는 전체 길이의 약 1/3 지점에 해당된다. 따라서, 폭이 넓은 측선상에서 관찰되는 넓은 범위의 산소 수소 안정동위원소 조성은 하천수의 영향 뿐 아니라 2개 이상의 대수층들간의 영향력 변화에서 기인되는 것으로 해석된다. 산소 수소 안정동위원소 조성으로 볼 때, 연구지역 내에는 3개 대수층이 존재하는 것으로 추정되며, 이들 대수층이 관정 내에 미치는 상호 영향력은 수막재배 시기별로 달라지는 것으로 보인다.

• Ocean and Polar Research
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• 제36권1호
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• pp.13-24
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• 2014

본 연구에서는 선진국형의 종합적인 빙하코어 연구를 수행하기 위해서 요구되는 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술을 확립하였다. 빙하코어 시료는 2008년 6월에 국제공동으로 몽골 알타이 산맥의 참바가라브산에서 시추한 40.2 m 길이의 빙하코어를 활용하였다. 빙하코어의 기초 프록시인 시각적 층위구분과 ECM 측정은 1차 절삭한 빙하코어의 절단면에서 수행하였으며, 2차 절삭과정을 통해 물 안정동위원소 분석용 시료 1,935개와 화학적 프록시 분석을 위한 시료 374개를 확보하였다. 전체 빙하코어의 시각적 층위구분 결과 총 29개의 불용성 입자층이 관찰되었으며, ECM 측정으로 11개의 ECM 신호 피크를 찾아냈다. 극지연구소에서 제작한 용융장치를 활용하여 분석한 $SO_4{^{2-}}$ 및 $Cl^-$의 농도와 상부 0.7 m와 1.2 m 깊이의 ECM 신호 피크의 비교 결과는 이들 ECM 신호 피크가 러시아 캄차카반도의 Kliuchevskoi 화산 분출과 연관된 것을 보여준다. 이러한 결과는 극지연구소에서 자체 제작한 ECM 측정 시스템으로 분석한 ECM 자료의 신뢰성이 높다는 것을 나타낸다. 마지막으로 참바가라브 빙하코어의 상부 5 m에서 분석한 물 안정동위원소비의 변화는 뚜렷한 계절 주기성을 보이고 있고, 이 결과는 참바가라브 빙하코어의 화학적 프록시 기록이 후퇴적과정에 의해 크게 교란되지 않았다는 것을 지시한다. 본 연구에서 확립한 빙하시료 전처리 방법 설정과 기초 프록시 분석 기술은 앞으로 우리나라가 독자적으로 남북극 및 고산지역에서 시추하는 빙하코어에 적용하여 다양한 고기후 및 고환경 연구에 활용될 것이다.

• 자원환경지질
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• 제49권3호
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• pp.167-179
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• 2016

이 연구에서는 강원도 도계지역의 오십천과 주변의 지류를 대상으로 하천수의 수리지화학적 특성을 규명하여 지표 수질에 대한 지하수의 영향을 정량적으로 밝히고, 이를 근거로 체계적인 수자원 관리를 위한 기본정보를 제공하고자 하였다. 오십천 하천수의 수질모니터링 결과, 산화환원전위, 용존 이온성분의 분포와 성분간의 상관성, 산소-수소 동위원소비, 오염물질의 분포와 발생 등은 오십천의 가장 중요한 공급원이 지하수임을 지시한다. 하천수의 수질유형은 기반암의 지질학적 특성에 따른 지하수의 물-암석 반응에 의해 결정되며, 조선누층군의 탄산염 기반암에 기원하는 $Ca-HCO_3$ 유형, 평안누층군 내 탄층에 수반되는 황화광물의 용해와 연관된 (Ca, Mg)-$SO_4$ 유형, 그리고 이 두 유형이 복합적으로 나타나는 (Ca, Mg)-($HCO_3$, $SO_4$) 유형 등의 3가지 유형이 나타난다. 수질 오염현상은 광산배수와 유사한 높은 $SO_4$ 함량과, 지표 토지이용에 따른 질산염의 국지적 발생이 확인된다. 여름철 집중강수는 하천수질의 전반적인 유형에는 영향을 미치지 않으나, 지표기원의 오염물질인 질산염과 염소 등의 유입이 증가되는 현상을 초래한다. 그럼에도 불구하고, 증가된 하천유출량으로 인해 용존이온의 농도 희석효과가 발생한다. 본 연구결과는 지표수 수질관리의 시발점이 주 공급원이 되는 지하수질의 특성화로부터 시작되어야 함을 지시한다.