해양학과연구실
연구실 소개
퇴적물은 해양에서 퇴적될 당시 퇴적물의 여러 가지 특성을 이용하여 해양환경을 반영하고 기록하고 있기 때문에 바다의 역사책이라 할 수 있다. 이러한 해양퇴적물의 다양한 특성을 분석하면 해양환경이 시간에 따라 어떠한 변화를 겪어왔는지 알 수 있다. 지질해양학 및 고해양학 연구실에서는 해양퇴적물의 특성을 이용하여 지질해양학적 과정이 수반된 해양환경의 특성을 이해하며 퇴적물에 기록된 다양한 인자들을 분석하여 퇴적 당시의 해양환경을 복원한다. 예를 들어 퇴적물의 입도분석을 통하여 퇴적환경의 특성을 파악할 수 있으며, 퇴적물의 지화학적 분석을 이용하여 퇴적 당시의 해양환경의 특성을 이해할 수 있다. 이와같은 연구는 지구환경을 복원하고 미래 기후변화에 대처하는 고해양/고기후 연구로 구분된다.
연구실 위치
공동실험실습관 811~813호, 자연관 302호
연구실 사람들
fnctId=pnuProfl,fnctNo=539
연구내용
연구 분야 및 연구 성과
연구분야 : 제4기 고해양/고기후 변화 연구, 안정동위원소 연구, 극지해양 연구
연구과제명 & 구체적인 내용
동해 제4기 후기 고해양환경 변화와 동아시아 몬순의 특성 복원 연구
지형적으로 반폐쇄된 동해는 동아시아 대륙의 동쪽 끝에 위치한 북서태평양의 연해(marginal sea)이며 대한해협을 통과하는 대마난류에 의해 해양학적 특징이 조절되고 있다. 동아시아 대륙 내부는 지형 고도의 기복에 의해 대기 순환의 계절적인 특징인 동아시아 몬순효과가 발생되며, 이러한 몬순효과는 남중국해와 동중국해를 포함하여 동해에도 그 영향이 나타나고 있다. 동해는 지형적인 특징으로 인하여 제4기 지질시대를 통하여 빙하기-간빙기의 해수면 상승과 하강에 의해 해양학적 특징이 완벽하게 다른 환경으로 변화되어 왔음이 알려졌다. 그 예로, 해수면이 하강된 빙하기 시대에는 동해가 다른 주변 해역과 거의 분리되어 하나의 호수형태의 바다를 유지하였으며, 해수면이 상승된 현재와 같은 간빙기 동안에는 주변 해역과 해양학적 교류가 활발한 바다로 변하는 특징을 보여준다. 이 연구에서는 제4기 후기 동안 빙하기-간빙기를 반복하면서 해양학적 환경변화를 겪어온 동해의 여러 지역(울릉분지, 한국대지, 대마분지, 일본분지 등)에 대한 고해양학적 특성을 동아시아 몬순 변화와 비교하여 복원하고 있다. 특히, 고생산성 변화를 퇴적물에 보존된 생물생산성과 관련된 여러 가지 지화학적 특성(탄산염 함량, 총유기탄소함량, 생규소함량, 퇴적유기물의 질소 및 탄소동위원소비)과 더불어 미고생물학적인 규조함량과 종조성 자료를 실험실에서 분석하여, 동해에 나타나는 제4기 후기 고해양학적 변화가 동아시아 몬순 변화와 어떠한 관계를 가지는 지 확인할 수 있다.
퇴적물 포집 장치를 이용한 동해 북부의 물질 순환 연구
동해 북부지역에서 퇴적물 시계열 포집장치를 이용하여 동해의 작은 대양 특성과 열염순환 기작을 통해 기후변화 메카니즘의 규명을 위하여 지구온난화의 주범인 대기중의 이산화탄소가 대기-해양을 통해 동해 해저로 이동되는 순환과정을 파악한다. 기후변화 메카니즘에 대한 실제 현상파악을 위하여 동해를 대상으로 대기-해양의 탄소 순환과 관련된 중요한 정보를 획득한다. 지금까지 동해에서 다양한 연구 방법에 의해 대기-해양의 이산화탄소의 농도 관측이 지속되었다. 마찬가지로 해양내에서 탄소의 순환에 대한 해양학적 연구가 수행되고 있지만, 실제로 동해의 수층에 퇴적물 시계열 포집장치를 이용하여 입자 형태의 탄소 순환 및 탄소축적에 대한 자료는 전무하다. 대기-해양을 통한 이산화탄소의 이동은 해양에서 중요 환경 인자들을 종래에 비해 월등히 강화된 시계열 측정 기술을 이용하여 분석해야 한다. 이 연구는 퇴적물 시계열 포집장치를 통해 얻어진 침강입자들의 추적자 분석 및 동위원소 특성을 통하여 동해 북부지역에서 탄소 순환이 어떻게 조절되는 지를 파악하고, 기존의 대기-해양의 이산화탄소 분압자료와 비교하여 기후변화 메카니즘에 대한 동해 시스템의 중요한 역할을 이해하는 것이다. 이 연구는 “지구환경변화와 기후변화”의 일환으로 해양이 지구온난화의 주범인 대기 이산화탄소 농도를 얼마나 또는 어떻게 조절하는지를 파악함으로써 미래 기후변화를 예측하기 위한 자료를 제공한다.
북서태평양 고기후 변화 복원 연구
북서태평양은 북대서양에서 열염순환(thermhaline circulation)으로 시작된 전지구 심층순환의 종착 지역으로 알려져 있고, 동아시아와 태평양 사이에 나타나는 동아시아 몬순(East Asian Monsoon)의 효과를 직접적으로 기록하는 지역이다. 북태평양은 북대서양과는 다르게 전지구 심층순환을 형성하는 수괴가 만들어지지 않지만, 이와 유사한 북태평양 중층수(North Pacific Intermediate Water)가 형성되고 있다. 현재의 북태평양 중층수는 북서태평양의 오호츠크해 중층수(Okhotsk Sea Intermediate Water)에서 기원하며 알라스카 지역에서도 수괴 형성에 부분적으로 기여하고 있다. 지난 제4기 동안 빙하기-간빙기의 변화에 따라 북태평양 중층수의 형성 및 성질이 변화되었다는 연구결과들이 발표되었다. 예를 들어, 빙하기 동안에는 현재의 오호츠크해보다는 베링해에서 북태평양 중층수의 기원수가 발달하였다. 지구환경변화에 있어서 미래 기후변화 예측과 관련된 갑작스럽고 돌발적인 기후변화의 대책을 위해서 많은 고해양학자들은 과거의 기록들중에 적어도 천 년 단위로 발생하는 단주기 기후변화에 대한 자료 획득에 노력을 기울이고 있다. Dansgaard-Oeschger 사건들이라고 명명된 단주기의 기후변화는 현재 진행되는 지구 온난화의 예측 연구에 중요한 정보를 제공할 수 있기 때문에 해양에 기록된 단주기 형태의 기후변화에 대한 연구가 많은 해역에서 수행되고 있다. 따라서, 북서태평양 및 그 주변해역에서 북태평양 중층수의 특성이 지난 제4기 후기동안 단주기의 고기후 변화에 따라서 현재와 매우 다르게 수괴의 특성이 갑작스럽게 변화되었을 것이다. 이 연구에서는 북서태평양 및 그 주변해역(베링해, 오호츠크해, 동중국해)에서 획득한 퇴적율이 매우 높은 시추코아 퇴적물들을 이용하여 북태평양 중층수의 변화를 단주기 고기후 변화와 관련하여 규명하고 해석한다. 연구를 위하여 시추코아 퇴적물에서 다양한 고해양학적 분석방법(무기지화학적, 유기지화학적, 미고생물학적)들을 이용하여 고해상의 자료를 획득한다. 북태평양 중층수의 변화와 관련된 단주기 고기후 변화 연구는 국내에서 최초로 수행되는 연구이고, 북서태평양에서 규명되는 북태평양 중층수의 변화에 대한 성공적인 연구 수행은 북반구 및 전지구 기후변화에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 나아가 미래 기후변화 연구에 대응되는 매우 중요한 기초적인 자료를 제공할게 될 것이다.
국제공동해양시추사업(IODP) 연구
심해저 시추프로그램 (DSDP), 해저지각시추프로그램 (ODP)에 이어 수행되는 국제공동해양시추사업 (IODP)은 일본과 미국이 주도하고 세계 21개국이 가입하여 해저 시추를 하는 최첨단 해양과학 연구사업이다. IODP의 주요 연구 주제는 (1) 심해저 생물권과 해저면 지하 해양, (2) 지구환경 변화과정과 영향 그리고 (3) 고체 지구순환과 역학이다. IODP의 다른 연구분야로는 지진대의 과학적 이해 및 규명, 대륙 붕괴와 분지 형성 기작의 이해, 미래의 잠재적인 에너지원과 탄소 저장소인 가스하이드레이트, 해양지각의 시추 및 동정 등을 포함한다. 심부시추코아를 이용한 연구과제는 현재 Leg 171 Blake Nose Paleoceanographic Transect, Leg 181 Southwest Pacific Gateways, Leg 199 Paleogene Equatorial Tansect 등에 참가하여 백악기 온난해양의 고해양학적 연구, 유공충 군집에 의한 올리고세의 고생태 특성 그리고 중기 마이오세의 고환경 변화 등 다양한 연구가 진행중이며, IODP Wilkes Land Expedition에 참여할 예정으로 남극 시추코아 연구를 준비중에 있다.
남극 현생해양환경 및 고해양환경 변화 연구
전 지구적 환경 보존을 위한 국제적 규제가 강화되면서 선진국을 중심으로 환경문제를 이용한 자국의 이익을 확보하기 위한 노력이 배가되고 있다. 전 지구적 환경 변화를 감시하는데 최적지인 남극에서 환경 변화와 이에 따른 남극 해양 생물의 특성 및 적응 메카니즘을 이해하려고 한다. 더불어, 지구 환경 변화에 따른 해양 생태계 변화 양상 및 생물 반응을 장기적으로 측정하여 기후변화 협약에 대처함과 동시에, 남극 해양 생태계의 특성 파악, 남극 해양 생물 자원의 효율적 보존 및 잠재적 이용을 위한 데이터 베이스 구축 등이 구현되고 있다. 남극해에 분포하고 있는 해양생물 자원들은 오존층 파괴와 지구 온난화 등 다양한 전 지구 환경 변화에 영향을 받고 있으며, 이러한 상황은 오염되지 않은 남극해에서 가장 증폭되어 관찰되고 있다. 남극 현생해양환경에 대한 연구는 해수 질산염의 질소동위원소 분석을 통한 일차생산과의 관련을 규명하고, 퇴적물 포집장치 입자들의 지화학 및 동위원소 특성을 통하여 계절적인 변화를 이해하고 궁극적으로 시추코아 퇴적물의 다양한 분석을 통한 연구와 연결하여 과거의 남극해양 환경의 변화를 복원하는 것이다.
연구기자재
자동입자분쇄기
- 모델 : pulverisette 6
- 용도 : 암석 및 퇴적물을 작은 입자나 분말로 분쇄
- 설명
- 시료를 grinding ball과 함께 그라인딩 그릇에 넣고 기계를 켜면 그란인딩 그릇의 회전으로 인해 ball과 시료들은 원심력을 받게된다. 그라인딩 그릇과 지지대의 회전 방향이 다르기 때문에 마찰력이 생기고 그라인딩 그릇 내에서 ball들이 그릇 벽 안쪽을 따라 회전하면서 그릇안에 있는 시료들을 분쇄시킨다.
체진동기
- 모델 : RP08
- 용도 : 시료의 입도
- 설명
- 마그네틱 진동자에 의하여 상하 진폭을 조절하면서 정해진 Sieve Mesh Size에 의해서 입자를 선별하는 장치이다.
자동입도분석기
- 모델 : Sedigraph 5100
- 용도 : 퇴적물을 구성하는 63μm 이하의 직경을 가진 입자들의 크기를 측정
- 설명 - 자동입도분석기는 침강법을 이용하여 입자의 크기를 측정하는 기계로 Stokes 법칙을 이용하며 직진성이 강한 X-ray를 입자에 주사하여 Lambert-Beer 법칙을 근거로 하여 입도의 크기 및 입도 분포를 측정한다. Stokes 법칙은 입자의 형태가 구형이라는 가정하에서, 구형입자가 중력의 작용에 의해 매질내를 통과 할 때 구형입자의 입경은 침강속도의 제곱근에 비례한다는 것이다. 광원에서 발생된 X-Ray는 분석 cell을 통과하여 Detector에서 그 세기를 감지하며 시료가 없이 cellso에 순수한 매질만 있을 때의 X-Ray 세기를 Baseline으로, 초기의 균일한 현탁액의 농도일 때 X-Ray 세기를 Full Sacle로 하여 각 시간 단계별 현탁액의 농도를 Lambert-Beer 법칙에 근거하여 분석 cell 투과후 X-Ray의 흡광도 차이를 측정하여 얻어진다.
현미경
초음파세척기
- 모델 : HSU-600, Powersonic405
- 용도 : 비누, 스팀 등에 의한 세척 방법에 비해서 빠르고 더 강력하게 세척할 수 있는 기기이다.
- 설명
- 초음파 세척이란 것은 초음파의 특수한 에너지를 동력으로 이용한 것으로 이 에너지는 대단히 크며 액체 중에 초음파를 조사하면 수를 헤아릴 수 없는 미세한 공동이 발생한다. 소멸하는 현상이 초당 25,000~30,000회 정도 발생과 소멸을 반복하게 되는데 초음파 세척은 초음파의 음과 캐비테이션 효과를 이용한 것으로 특히 캐비테이션이 중요한 역할을 한다. 이 캐비테이션은 기포의 진동에 따라 아주 적은 교반과 기포의 파괴로 인한 화학적, 열적 작용을 수반하게 된다. 이러한 작용의 복합 반복으로 세척액 중에서 화학 반응의 촉진과 분산작용이 증가하여 피세척물 주위에 부착되어 있는 이물질을 작은 구멍이나 눈에 보이지 않는 오물까지도 깨끗이 세척할 수 있다.
밀리포어(3차증류기)
- 용도
- HPLC 용 Buffer, Spectrophotometry/Spectroscopy용 기타 분석실험실용
- 미생물배지 및 생화학실험용 가능
건조기
- 모델 : OF-42
- 용도 : 시료나 실험기구의 건조
- 설명
- Fan을 이용하여 hearter의 발생열을 챔버 내부로 강제 순환시켜서 온도 분포가 양호하여, 시료의 빠른 건조가 필요할 때 용이하다.
다목적 원심분리기
- 모델 : MF550 (왼), Centrifuge5810 (오)
- 용도 : 원심분리의 원리를 이용해 성분이나 비중이 다른 물질을 분리 ·정제 ·농축하는데 쓰인다.
- 설명
- 부유물이 있는 현탁액을 가만히 두면 밀도가 높은 물질은 중력의 영향으로 서서히 바닥으로 가라않고 밀도가 낮은 물질은 서서히 상층부로 이동하게 되는데 이런 과정을 침전이라 한다. 밀도차가 나는 물질이 섞이면 침전현상이 발생 하게 되고 시간이 지나면 혼합물을 밀도 차에 따라 분리해 낼 수 있다. 혼합물끼리 밀도 차는 혼합물을 분리해주는 힘인 중력이 강해질수록 커지므로 인위적으로 중력을 크게 해주면 침전현상을 가속할 수 있다. 원심분리기는 중력대신 원심력을 이용하여 쉽게 침전현상을 가속시키며, 원심력의 크기를 조절하여 물질간의 상대적 밀도차를 조절한다.
전자저울 및 초정밀저울
- 모델 : AP210S
- 최대용량 및 최소눈금 : 210g , 0.1mg
- 설명
- 자동 중량보정기능, 자기장물질의 계량 가능, 백분율(%)과 동물계량, 무게검수 기능, 비중및 하부계량 가능
- 모델 : CP225D
- 최대용량 및 최소눈금 : 220g ~ 80g , 0.1 ~ 0.01mg
- 설명
- 높은 작업효율을 위한 다양한 응용프로그램
- 각 시료별 합산기능, % 단위계량, 동물계량/평균계량, 계수기능
- 모델 : AX26 comparator
- 최대용량 및 최소눈금 : 22 g, 1μg
- 설명
- 스마트센서를 통해 직접 손대지 않고도 작동 가능, 교체가능한 화면보호 덮개, 하부계량 기능
무기탄소분석기(UIC CO2 Coulometer)
- 모델 : CM5014
- 용도 : 퇴적물의 무기탄소 분석
- 설명
무기탄소분석기는 퇴적물 시료를 탄산염의 용해에 의해 발생한 이산화탄소를 전기적으로 적정하는 방법이다. 산처리 모듈에서 산을 이용하여 시료중의 탄산염을 용해시키면 여기서 발생되는 이산화탄소가 전량분석 셀로 유입되어 전량분석 셀 내의 모노에탄올라민 용액에 흡수된다. 전량분석 셀에는 모노에탄올라민과 함께 pH 지시용액이 들어있어 이산화탄소가 모토에탄올라민과 반응하여 “hydroxyethylcarbamic acid” 가 발생하면 음극단자에서 발생된 수산이온이 이를 전기적으로 적정하게 된다. 이 때 전량분석 셀 내 반응용액의 pH 변화는 pH 지시용액의 색상변화로 표현되며 광검출기가 이를 투과율(%T)로서 검출한다. 투과율이 증가하면 자동으로 전류가 발생하여 투과율에 비례하여 염기를 발생시켜 이산화탄소의 흡수에따라 발생된 산을 중화시키게 되며, 중화과정이 끝나고 용액이 원래의 색으로 돌아가면 전류발생이 중단되면서 적정이 끝나고, 발생한 전류량에 의해 시료 내 탄소 함량을 정량하게 된다.
원소분석기
- 모델 : Flash 2000_ Organic Elemental Analyzer
- 용도 : 퇴적물에 포함되어 있는 질소, 탄소, 황 등의 함량을 측정하며, 반응관의 구성에 따라 다른 물질의 함량도 측정할 수 있다.
- 설명
분말시료를 주석(tin)으로 만들어진 시료용기로 싸서 900℃의 반응관에 주입시킨다. 고온의 반응관 내에서는 초고순도 산소 및 산화구리와 반응하여 1800℃에서 완전히 연소하게 되고 이산화탄소와 물, 질소, 질소산화물을 포함한 혼합가스들이 생성된다. 이 혼합가스들은 헬륨가스에 의해 이동되며(120ml/min), 반응관에서 분리, 흡착되어 정량적으로 탄소와 질소의 양을 알아낼 수 있다.
