• 자원환경지질
• /
• 제50권6호
• /
• pp.517-523
• /
• 2017

물의 두 안정동위원소인 산소와 수소의 선형관계는 물의 순환을 이해하는 데에 가장 기본으로 사용되는 방법이다. 선형관계의 기울기 및 절편은 물이 각 계를 이동하면서 어떠한 물리적 과정이 일어났는가를 지시할 수 있다. 선형관계를 파악하기 위하여 보통최소자승법(ordinary least squares method, OLS)이 사용되어 왔으나, 산소와 수소동위원소 모두 불확정성을 포함하고 있기 때문에 완전최소자승법(total least squares method, TLS)이 더 정확한 기울기와 절편을 제시할 수 있다. 본 연구에서는 남극 세종기지 주변의 눈과 융설의 안정동위원소 분석값과 Lee et al., (2013)에서 관찰된 국내 서해안의 수증기의 산소와 수소의 안정동위원소값을 이용하여 OLS와 TLS를 비교하였다. 남극 세종기지 눈 안정동위원소의 선형관계에서 기울기는 7.00(OLS), 7.16(TLS)이었으며, 수증기동위원소의 선형관계의 기울기는 7.75(OLS), 7.87(TLS)로 계산되었다. 세종기지 눈 안정동위원소값은 대부분의 눈 시료가 용융이 일어났음을 의미하여, 수증기동위원소 값은 해양에서 기원한 수증기가 직접 이동하였음을 알 수 있다. 두 방법으로 계산된 기울기 값은 물리적인 과정을 해석하는 데에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 하지만, 지하수의 혼합과정을 이해하는 연구처럼 기울기의 절대값을 이용하는 연구에서는 기울기 값의 차이가 연구결과에 어떻게 영향을 미치는 가에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제5권4호
• /
• pp.357-362
• /
• 2000

황해 남부해역에서 199년 8월에 채집된 시료로부터 산소동위원소비(${\delta}^{18}$O)와 수소동위원소비(${\delta}$D)를 측정하였다. 표층시료의 경우 염분과 ${\delta}^{18}$O 그리고 염분과 ${\delta}$D는 앙의 상관관계를 보이며, ${\delta}^{18}$O와 ${\delta}$D 또한 매우 좋은 양의 상관관계를 가진다. 이들 자료는 연구지역의 해수가 장강수와 변형된 쿠로시오수의 혼합물이며 , 산소와 수소 동위원소가 연구지역에서 수괴의 성질과 행동을 연구하는데 유용한 추적자로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 염분과 수온만으로는 구별이 어려운 수괴를 구분하고 특성을 파악하는데도 안정등위원소가 좋은 추적자로 사용될 수도 있음을 보여 주었다.

• Ocean and Polar Research
• /
• 제38권4호
• /
• pp.339-345
• /
• 2016

Stable water vapor isotopes have been utilized as a tracer for studying atmospheric global circulations, climate change and paleoclimate with ice cores. Recently, since laser spectroscopy has been available, water vapor isotopes can be measured more precisely and continuously. Studies of water vapor isotopes have been conducted over the world, but it is the early stage in south Korea. For vapor isotopes study, a cryogenic sampling device for water vapor isotopes has been developed. The cryogenic sampling device consists of the dewar bottle, filled with extremely low temperature material and impinger connected with a vacuum pump. Impinger stays put in the dewar bottle to change the water vapor which passes through the inside of impinger into the solid phase as ice. The fact that water vapor has not sampled completely leads to isotopic fractionation in the impinger. To minimize the isotopic fractionation during sampling water vapor, we have tested the method using a serial connection with two sets of impinger device in the laboratory. We trapped 98.02% of water vapor in the first trap and the isotopic difference of the trapped water vapor between two impinger were about 20‰ and 6‰ for hydrogen and oxygen, respectively. Considering the amount of water vapor trapped in each impinger, the isotopic differences for hydrogen and oxygen were 0.33‰ and 0.06‰, respectively, which is significantly smaller than the precision of isotopic measurements. This work can conclude that there is no significant fractionation during water vapor trapping.

• 지질공학
• /
• 제12권3호
• /
• pp.285-294
• /
• 2002

피압대수층내 질소함유 원인규명을 위하여 질산성질소(NO3-N), 질소, 산소, 및 수소안정동위원소를 이용하였다. 전형적인 피압대수층인 먹는샘물업체의 지하수의 질산성질소를 분석한 결과, 1988-2001년 기간동안 60 여개의 먹는샘물 제조업체의 질산성질소의 총평균은 0.95 mg/$\ell$로서 매우 낮다. 이 기간동안 질산성질소의 함량이 지속적으로 2 mg/$\ell$ 이상으로 나타난 6개소에 대한 안정동위원소 분석결과, 산소동위원소 $\delta$8O 값은 -8.3~-11$\textperthousand$범위, 수소동위원소 $\delta$D 값은 약 -60~-75$\textperthousand$ 범위로서 전국 먹는샘물 지하수의 평균치와 흡사하다. 질소동위원소 $\delta$15N값은 -11.8~-5.1$\textperthousand$ 범위로서 가벼운 특성을 보여주고 있다. 따라서 본 연구대상 지하수의 질산성질소는 가축분뇨나, 유기질소, 또는 비료기원일 가능성은 없는 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
• /
• 제36권5호
• /
• pp.329-338
• /
• 2003

이 연구는 무주군 적상산 부근에 위치하는 소유역(100$Km^2$)에서 지표수와 천부 지하수의 안정동위원소 조성의 시공간적 변화를 조사하기 위해서 실시되었다. 시료채취는 2001년 8월(여름)과 10월(가을), 2002년 4월(봄), 3회에 걸쳐 실시되었다. 지표수의 동위원소 조성은 계절에 따라 뚜렷이 구분되어 도시되지만 천부 지하수에서는 이러한 변화가 줄어든 것이 관찰되었다. 하지만 지표수와 지하수의 안정동위원소 조성의 변화 폭은 계절별로 서로 유사하게 나타나고 있다. 이것은 이 지역에서 강수, 지표수 및 지하수 사이의 상호작용이 매우 활발하며 지속적으로 일어나고 있음을 의미한다. 무주지역 지표수의 안정동위원소 조성은 남쪽에 위치하는 섬진강의 조성보다는 가벼운 “위도효과”를 나타내고 있다. 또한 하천수에는 동위원소 조성의 계절변화와 아울러 강수의 “고도효과”와 “우량효과”가 잘 반영되어 있음이 관찰되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
• /
• 한국지하수토양환경학회 2002년도 총회 및 춘계학술발표회
• /
• pp.254-257
• /
• 2002

The purposes of this research are to identify the source and to analyze the pathway of nitrate contamination in "cultural village", Jeungpyeong. In order to examine recharge processes and flow pattern that closely related to the influent of nitrate contaminant, the flow field was simulated and the oxygen and hydrogen stable isotopes were analyzed. The nitrogen isotope was used to delineate contaminant sources. The shallow groundwater was mainly composed of precipitation, but leakage of domestic water and sewage contributed to the recharge. Nitrate contaminants were possibly from the leakage of sewage and animal waste. The nitrate concentration decreased due to dilution by low concentration water.ion water.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제20권5호
• /
• pp.34-40
• /
• 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
• /
• 제37권4호
• /
• pp.327-332
• /
• 2015

Isotopic compositions of ice and meltwater play a very crucial role in paleoclimate studies based on ice cores and water resources research conducted in alpine hydrogeology. Better understanding of variations in the stable isotopic compositions of water is required since changes from ice to liquid water are gaining more attention due to recent climate change. In this work, a melting experiment was designed and conducted to investigate how the isotopic compositions of ice vary with time by heat sources, such as solar radiation. We conducted the melting experiment for 22 hours. The discharge rate rose to a maximum value after 258 minutes and gradually declined because we fixed the heat source. The isotopic compositions of meltwater increased linearly or to a second degree polynomial. The linear relationship between oxygen and hydrogen has a slope of 6.8, which is less than that of the Global Meteoric Water Line (8) and higher than a theoretical value (6.3). The deuterium excess decreased when ${\delta}D$ or ${\delta}^{18}O$ increases or vise versa since the slope of the relationship for ice-liquid exchange is less than 8. These findings and the apparatus of the melting experiments will make a helpful contribution to the studies of stable isotopes and the melting process in temperate and polar regions.

• 광물과 암석
• /
• 제36권4호
• /
• pp.355-363
• /
• 2023

지구물질에 존재하는 안정 동위원소의 평형상태에서의 분화(equilibrium isotope fractionation of stable isotope)는 물질의 진동 특성(vibrational properties)에 기인하며, 지구물질이 지구시스템 내에서 겪는 다양한 지질학적 과정들을 정량적으로 이해하는 데 도움을 준다. 본 연구에서는 H₂O 분자의 clumped 동위원소의 특성을 양자화학계산을 이용하여 규명하였다. 특히, 산소 동위원소(¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O)와 수소 동위원소(수소, 중수소, 삼중수소)의 조합으로 구성된 H₂O 분자에 대한 산소와 수소 동위원소간의 clumping 세기를 정량적으로 계산하고, 온도 변화에 따른 clumping 세기 변화 패턴을 분석하였다. 최적화된 분자구조의 평형 결합길이(bond length)와 결합각(bond angle)은 분자의 질량수와 무관하며, 각각 0.9631-0.9633 Å과 104.59-104.62°로 일정하였다. H₂O 분자의 3개의 진동 모드의 진동수는 동위원소 질량수가 증가함에 따라 감소하였으며, 산소보다 수소 동위원소의 변화에 더 큰 영향을 받는다. 진동수를 바탕으로 계산된 동위원소 치환반응의 평형상수 또한 수소 동위원소 질량수에 따라 더 큰 변화 양상을 보인다. 무거운 동위원소 조합의 clumping 반응의 평형상수는 로그값에서 강한 선형 상관관계를 지시한다. 세 동위원소 조합의 상대적인 clumping 강도는 HD¹⁸O에 대하여 각각 1.86배(HT¹⁸O), 1.16배(HT¹⁷O), 0.703배(HD¹⁷O)로 나타났다. Clumping의 세기인 Δ₂₁ 값은 온도의 증가에 따라 감소하며 이차 상관관계를 보인다. 이는 Δ₂₁이 온도 환경 지시자로서 이용될 가능성이 있음을 지시한다. 본 계산 결과는 ¹⁷O와 삼중수소를 포함한 clumped 동위원소 분배의 경향을 최초로 정립한 연구이다. 향후, 자연계에서 산소-수소 동위원소 조성의 기원을 보다 정량적으로 이해하기 위하여 비조화적(anharmonicity) 진동이 고려된 동위원소 분배계수의 계산 또한 필요하다. 상기한 연구 결과는 H₂O 분자의 다양한 지표환경에서의 clumped 동위원소의 측정과 이를 기반으로 한 지질환경 변화 기작을 설명하는 데 사용될 것으로 기대한다.

• 자원환경지질
• /
• 제54권1호
• /
• pp.61-67
• /
• 2021

고체상의 눈 또는 얼음의 안정동위원소 값은 과거의 기후를 복원하고 동위원소 수문분리의 단성분으로 기여율을 계산하는 데에 사용되어 왔다. 융해와 냉동이 일어나면서 눈 또는 얼음과 액체상의 물 사이의 동위원소 분별작용이 일어나는데, 융해는 상대적으로 현장, 실험 및 모델연구를 통해 연구결과가 제시되어 있지만, 냉동에 대해서는 알려진 것이 많지 않다. 본 논평에서는 평형 냉동이 발생할 때 물의 두 안정동위원소인 산소, 수소의 선형관계 및 레일리분별과정을 통해 냉동에 의한 동위원소 분별과정을 고찰하였다. 해양에서 증발한 수증기에 의해 응축된 눈은 기울기 8을 가지는 지구천수선을 따라 움직이지만, 냉동 및 융해가 발생하게 되면 기울기 19.5/3.1~6.3을 가지는 선형관계를 나타내게 된다. 평형냉동 동안 레일리분별과정에 의해 액체상인 물은 열린 계와 닫힌계에서 같은 동위원소변동을 보여 주었다. 눈 또는 얼음이 제거되는 열린 계에서는 남아있는 물의 안정동위원소와 분별계수만큼의 차이를 가지면서 높은 값을 나타내었다. 닫힌 계에서는 초기 액체상의 물의 동위원소 값으로 눈 또는 얼음은 수렴하였다. 냉동에 의한 눈 또는 얼음의 동위원소변동과정은 고기후 연구 및 수문분리의 정확도를 증가시킬 것으로 기대된다.