Distinctive distribution of dissolved oxygen in the bottom layer of the Ulleung Basin, East Sea: Oxygen isotopic approach

Abstract

용존산소의 동위원소 구성비(δ18O-O2)는 산소 분자를 구성하는 산소동위원소 16O에 대한 18O가 차지하는 비율로 정의되며(δ18O-O2 = [(18O/16O)sample / (18O/16O)reference-1] × 1000), 동위원소 분별작용에 의해 해양 환경에서 대기와의 가스교환, 광합성, 호흡, 광물과의 상호작용의 요인을 추적하는 연구에 활용될 수 있다. 이 연구에서는 용존산소의 농도와 δ18O-O2의 수직분포 특성 이용하여 울릉분지 심층수 산소 소비에 영향을 미치는 요인들에 대하여 조사하였다. 2020년 3월 울릉분지 용존산소 농도는 300∼1,800 m에서 수심이 깊어짐에 따라 지속적인 감소를 보인 반면 δ18O-O2는 지속적으로 증가하였다. 이는 수층 내 유기물 분해에 의해 산소가 소비되면서 가벼운 산소동위원소들에 의한 분별작용이 발생함에 따른 분포가 뚜렷하게 나타났다. 특히 울릉분지 용존산소 수직분포는 심충에서 주목할 만한 변동성을 보였는데, 1,800 m에서 해저경계면에 인접한 수층(∼2,150 m)까지 용존산소 농도가 ∼4 μmol kg-1 급격히 감소하고 δ18O-O2 또한 ∼2.8‰ 감소하는 형태를 보였다. 일반적으로 동해 울릉분지 해역(>2,000 m)은 높은 일차생산력에 의해 표층 퇴적물 내 높은 유기물을 함유량(>2.5%)을 보이는 것으로 알려져 있고 다량의 산화망간(5 mg/g)이 관찰되며 그에 따라 해저경계면과 퇴적물 내에서 활발한 산화/환원반응 및 용존 형태의 확산이 일어난다고 알려져 있다. 이러한 특징에 의해 울릉분지의 용존산소는 유기물 분해와 용존 망간의 산화작용에 의해 산소 소비가 일어나 해저경계면 부근에서 193.5 μmol O2 kg-1로 가장 낮은 농도를 보였다. 두 가지 독립적인 산소 소비 과정이 동시에 작용하면서 나타나는 δ18O-O2 변동성을 활용해 울릉분지 해저경계면 부근의 심층수의 생지화학적 특성에 대해 해석하였다.