한국 서해안 태안 갯벌의 입도크기 특성에 따른 CH4(메탄) 가스 방출 및 흡수원 기초연구

Abstract

본 연구는 한국 서해안 갯벌 중 충청남도 태안(황도, 신두리 및 소근리) 지역의 다양한 입도(Fork 분류법) 크기를 가진 표층 퇴적물에서 닫힌챔버법(enclosure chamber technique method)을 이용하여 메탄(CH4) 가스 방출원(+, sources, positive) 또는 흡수원(-, sinks, negative)의 양(플럭스)을 계산을 위해 현장 실험을 진행한 기초연구 논문이다. 닫힌챔버 내에서 채취된 대기 샘플 중 메탄(CH4)의 농도는 6시간 이내에 기체크로마토그래피(gas chromatograph GC-6890, USA) 및 지구 온실 가스용 분석기기(global environment gas EG analyzer GS-23, Japan)를 이용하여 분석하였다. 메탄(CH4)의 방출원 또는 흡수원의 양을 계산하기 위해 단순 선형 회귀분석을 이용하여 시간에 따른 각 기체의 농도변화인 1차 함수 기울기 값을 수식에 대입하여 계산하였다. 또한 주변 환경 특성을 참고하기 위해 퇴적물 함수율, 온도, 총유기탄소, 챔버내 온도 및 퇴적상도 측정 및 분석 하였다. 메탄(CH4) 가스 방출 및 흡수원의 측정된 계산 값은 태안 황도(silty Sand; zS), 신두리(Sand; S) 및 소근리(slightly gravelly Sand; (g)S) 지역 갯벌에서 각각 –0.17(흡수원) - 0.23(방출원) mg∙m-2∙hr-1, -0.18(흡수원) - 0.45(방출원) mg∙m-2∙hr-1, 0.06(방출원) - 0.60(방출원) mg∙m-2∙hr-1 특성을 보였다. 이들 데이터의 평균입도와 메탄(CH4) 플럭스의 상관계수(R2)는 +0.38(상관계수는 약한 양의 선형관계(n=6))이었다. 본 연구에서는 상대적으로 입자가 조립하고 표층퇴적물의 온도가 낮을 때 메탄(CH4)이 방출되는 특성을 보였다. 일반적으로 해양퇴적물의 특성상 세립하면 총유기탄소의 함량이 늘어나서 메탄(CH4) 플럭스(방출량 및 흡수량)가 커지는 것으로 판단되기 쉽지만 본 연구에서는 총유기탄소의 함량과 메탄(CH4) 플럭스 관계에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 추가적으로 온실기체 수지(budget)에 기여 판단을 위한 갯벌 지역의 메탄(CH4) 가스 자연방출원(natural biogenic sources) 자료 축적과 빈약한 국내 갯벌 자료 수준의 향상 위한 반복적인 실험, 추가 방출인자(emission factor), 생물학적 생물 서식굴(borrow hole) 통제, 계절별 데이터 구축 및 해양 조석활동 연관 방출 및 흡수원 도출 등을 통한 불확실성(uncertainties) 감소 노력이 필요하다고 판단된다.

The emissions and sink sources of methane (CH4) gas were measured in intertidal flat sediments at Hwang-do, Sindu-ri, and Sogeun-ri, Taean-gun, on the mid-western seashore of Korea using an enclosure chamber technique method. The concentrations of CH4 gas in the air samples collected in the chamber were measured using gas chromatography with an global environment gas analyzer EG analyzer, model GS-23 (Japan) and Agilent 6890 (USA), within 6 hours of collection, and the other gases were measured in real time using a multi-gas monitor. The gas sources (emissions (+, positive) and sinks (–, negative)) were flux calculated from a simple linear regression analysis of the changes in the concentrations over time. Additional parameters measured at the study site included the water content, temperature, total organic carbon, average mean size of sediments and the temperature of the inner chamber. The ranges of CH4 gas emissions and sink sources during the experimental period were –0.17 (sink) – 0.23 (source) mg∙m-2∙hr-1 for Hwang-do (silty Sand; zS), –0.18 (sink) – 0.45 (source) mg∙m-2∙hr-1 for Sindu-ri (Sand; S) and +0.06 (source) –0.60 (source) mg∙m-2∙hr-1 for Sogeun-ri (slightly gravelly Sand; (g)S). The relationship between the mean sediment size and CH4 emissions and sink sources exhibited a weak positive correlation linear relationship (n=6, R2=0.38). Various parameters affected the CH4 gas emissions and sink source data in the tidal-flat, such as the amount of sunshine, water content, temperature of the sediment/air (in the chamber), tidal cycle, and sea level. Therefore, additional experiments and analyses will be required in various environmental conditions. It is necessary to accumulate natural biogenic source data on CH4 gas in tidal flats to determine its contribution to the district carbon budget and to perform repetitive experiments, evaluate emission factors, control for borrow holes, measure seasonal data, and examine tidal activity-related emissions and sink sources to improve the domestic tidal flat data. We believe that efforts to reduce uncertainty are needed.