동태평양 희토류 고함유 퇴적물의 지화학적 특성 및 형성조건

Abstract

각종 첨단산업의 필수재로서 희토류 원소(rare earth elements and yttrium; REY)의 정치경제적 중요성이 대두됨에 따라 평균 지각물질 대비 희토류, 특히 중희토류를 수 배에서 수십 배 이상 포함하는 심해 원양성 퇴적물(REY-rich mud)이 잠재적 미래광물자원으로 새롭게 주목받고 있다. 낮은 퇴적률은 이러한 희토류 고함유 퇴적물 형성의 핵심조건 중 하나로 추정되어 왔지만, 탄산염 및 오팔 보상심도 아래 쌓인 퇴적물의 연대측정이 까다로워 실질적인 증거는 거의 제시되지 않았다. 본 연구에서는 베릴륨 동위원소 및 고지자기 역전 패턴을 통해 연대모델이 설정된 적도동태평양 길이 570 cm 피스톤코어(9°57′N, 131°42′W; 수심 5080 m)의 주원소, 미량원소 및 희토류 전암 지화학 분석을 수행하였다. Ce를 제외한 모든 희토류 원소는 Ca 및 P와 뚜렷한 양의 상관관계를 보이며, P2O5 vs. ΣREY 도표에서 대부분의 시료가 ΣREY/P2O5 = ~0.08의 직선상에 도시된다. Ce 이상은 –0.21에서 –0.81로 음의 값을 보이고 ΣREY와 음의 상관관계를 갖는다. 이와 같은 관찰은 중희토류가 부화된 셰일-표준화 희토류 패턴과 함께 희토류 원소의 주된 포용상이 (생물기원) Ca-인산염임을 지지하며, 열수 혹은 속성기원 입자의 영향은 상대적으로 미미함을 가리킨다. 총 희토류량은 240 ppm에서 870 ppm까지 증감하며 <0.5 m/Myr 에서 최대 2.5 m/Myr까지 증감하는 퇴적률과 정반대의 변동 양상을 보인다. 퇴적률과 희토류 함량의 상관성은 인근 정점의 문헌자료로도 확인되며, 대륙기원 및 화산기원 쇄설물과 생물기원 실리카 등의 제한된 공급으로 인산염 입자가 농집되면서 희토류 고함유 퇴적물이 형성될 수 있다는 가설을 뒷받침한다.