혐기성 퇴적 환경에서 초기속성작용에 의한 metal-sulfide의 형성

Abstract

The purpose of this study was to examine the reason why heavy metal concentration such as Cd, Cu,Zn, and Sn in the seawater and sediments around Pohang Old port in Youngil bay although there is no industrial complex. Grain size in Pohang Old port was fine by 4.7 0 , organic carbon content (Corg) was high by 2%, and Cd, Cu, Zn, and Sn of heavy metals are 4,115,371, 6 ^g/g, respectively, showing very high contents. The correlation among each metal, Al, Fe, Cr, Li, and Pb showed high relativity with grain size while Cd, Cu, Zn, Sn and Pb showed high relativity with Corg. With regard to the change of total carbon and metal contents in SPM (Suspended Particulate Matter) by season, total carbon content in spring and summer increased by 10%, which is more than twice of fall and winter, and Cd, Cu, Zn, Sn, and Pb increased in spring and summer confirming these metals are identified as organophillic metals. Fe concentration in the seawater was 12 ppb in Pohang Old port representing five times higher than other sea areas. This is because reduced Fe2+ ion were released through the early diagenesis in sediments. From distribution feature of sulfur stable isotope ((534S), the formation of pyrite(FeSx) in Pohang Old port could be proven. This suggests that Cd2+, Cu2+ and Zn2 in seawater could be accumulated in the form of metal sulfide complexes such as CdS (Greenockite),CuS (Covellite) and ZnS (Sphalerite) in sediments, provided that contained organic matter content in sediments is high and anaerobic environment is formed as Pohang Old port. The common ranges of pH and Eh for those metal sulfide complexes were about 6 〜 6.5 and -0.2 — 0 mV, respectively, which were feasible to occur in the anaerobic environment of the Old port. To investigate the possibility of heavy metal pollution in Pohang Old port, sediments by illegal dumpings of fish wastes, the heavy metal contents in intestinal organs of the major fishes in the Old port such as squid, octopus, flatfish (Paralichthys), mullet (Mugil),and Sebastes, were analyzed. As the essential elements for synthesis of some endocrine enzymes, Cu and Zn contents in the intestines of the squid and octopus ranged 60 〜 75 ug/g and 20 〜 30 ug/g, respectively. Cd in the squid intestine was as high as about 8 ug/g. However, due to insufficient information on the dumpings of those fishes in the Old port area, it was unclear whether the fish dumpings were the major causes of the pollution of the sediments or not.

영일만 해역 구항 주변에는 공단 및 산업단지 등이 존재하지 않음에도, 해수와 표층 퇴적물내 Cd,Cu, Zn, Sn의 중금속 농 도가 매우 높게 나타나 이에 대한 원인을 규명하고자 하였다. 구항 지역 퇴적물 내 입도는 4.7 P로 세림하고,유기탄소 함량은 2% 로 매우 높으며,중금속 중 Cd,Cu, Zn, Sn은 각각 4, 115, 3기,6 ug/g로 높은 농도를 보였다. 각 금속과 입도,유기탄소의 상관관계 로부터 Al, Fe, Cr, Li, Pb은 입도와 매우 높은 상관관계를 보였으며,Cd,Cu, Zn, Sn은 유기탄소와 상관성이 높은 것으로 나타났다. 계절별 부유물질 내 총탄소와 금속의 함량 변화는 해양 유기체가 중식되는 봄철과 여름철 총탄소 함량이 10%로 가을,겨울철 보다 2배 이상 중가하였으며,Cd,Cu, Zn, Sn, 애의 금속 농도도 봄철과 여름철에 중가하는 것으로 나타나 이들 금속들은 친유기성 금속 임을 확인하였다. 해수 내 용존 되어 있는 미량 금속 중 Fe의 농도는 구항에서 12 ppb로 다른 해역과 비교하여 5배 이상 높게 나타 났다. 이는 퇴적물 내 초기속성과정을 거치면서 환원된 Fe2+ 이온이 다량 용출된 것으로,황안정동위원소( < JMS)의 분포 특성으로부 터 구항 퇴적물 내 pyrite(FeSx) 형성을 입중할 수 있었다. 즉,구항 해역과 같이 퇴적물 내 유기물 함량이 높고,혐기성 환경이 조 성될 경우 해수중의 Cd2+,Cu2+, Zn2+ 등이 퇴적물 내 CdS(Greenockite), CuS(Covellite), ZnS(Sphalerite) 등 금속화합물로 축적될 수 있 옴을 제시한다. 이러한 금속화합물이 형성될 수 있는 구항의 퇴적 환경은 pH 6 -6 .5 , Eh -0.2〜 0 mV의 초기속성단계(early diagenesis)에 속하는 것으로 보인다. 구항 주변에 위치한 어시장 및 선박으로부터 불법 투기된 어류 등 내장에 축적되어 있는 중금 속 영향을 파악하기 위해 가장 수요가 많은 오징어,문어,광어,승어,우럭 등의 내장에 축적되어 있는 금속의 함량을 조사하였다. 일반적으로 Cu,Zn는 내분비계 효소 형성을 위해 필수적으로 요구되는 금속으로 오징어와 문어 내장에 각각 60~75 ug/g, 20〜 30 ug/g의 높은 함량을 나타내었다. 또한 오징어 내장에 Cd 함량은 8 ug/g으로 높은 수치를 나타내었다. 그러나,구항으로 투기되는 어종의 불확실성과 불충분한 자료로 인하여 어류 둥의 투기로 인해 구항 퇴적물 내 중금속 오염이 가중되었다고 보기는 어렵다.