동해 울릉분지 퇴적물의 지화학적 특성에 따른 황산염 환원의 지역적 변화

Abstract

해양 퇴적물 내에서의 유기물 분해는 산소, 질산염, 산화망간, 산화철 및 황산염과 같은 다양한 전자수용체를 이용하는 미생물들에 의해 일어난다. 해양에서는 높은 황산염 농도로 인해 대부분의 혐기성 유기물 분해 과정은 황산염 환원 미생물에 의해 주도되는데, 대륙주변부 퇴적물에서 황산염 환원이 총 유기탄소 분해의 약 25-50% 이상을 담당하는 것으로 보고된다. 유기물 분해에서 황산염 환원이 차지하는 비중의 중요성에도 불구하고, 국내의 경우 대륙주변부 해양 퇴적물에서의 황산염 환원에 대한 연구가 드물다. 본 연구에서는 대륙주변부에 위치해 있는 동해 울릉분지에서 대륙사면과 분지, 메탄수화물이 분포하는 퇴적물의 지화학적 차이에 따른 황산염 환원의 공간적 변화와 그 조절요인에 대해 토의하였다. 울릉분지에서 퇴적물의 표층 2 cm 깊이까지 평균한 입자성 유기탄소 함량은 약 2.7%로 높게 나타났으며, 이는 Chile 용승 지역과 Black sea를 제외하고는 수심 2000 m가 넘는 심해 퇴적물에서는 보기 드문 경우이다. 지화학 성분 분석 결과 분지(정점 D2, D3)에서 산화망간(< 348.24 &micro; mol cm-3)과 산화철(< 132.56 &micro; mol cm-3)의 농도가 높게 나타난 반면, 총 환원황의 농도는 거의 고갈되었다. 황산염 환원력은 대륙사면(정점 M1)에서 13.96-150.70 nmol cm-3 d-1, 대륙사면-분지 전이대(정점 M2)에서 14.36-87.61 nmol cm-3 d-1, 분지(정점 D2, D3)에서 0.65-22.32 nmol cm-3 d-1의 범위로 조사되었다. 또한 황산염 환원력을 표층에서부터 10 cm 깊이까지 누적한 결과 대륙사면(정점 M1)에서 5.25-8.51 mmol m-2 d-1, 분지(정점 D2, D3)에서 0.65-0.94 mmol m-2 d-1의 범위로 조사되어 분지 보다 대륙사면에서 약 8.7배 높게 나타났다. 퇴적물 내의 입자성 유기탄소 함량(> 2.0% dry wt.)이 대륙사면과 분지에서 모두 높게 나타남에도 불구하고, 황산염 환원은 대륙사면(6.88 mmol m-2 d-1) 보다 분지(0.80 mmol m-2 d-1)에서 대단히 낮은 것으로 나타났으며, 정점 D3에서 황산염 환원과 망간 환원, 철 환원이 각각 혐기성 유기물 분해의 15.7%, 35.1%, 49.2%를 담당하는 것으로 나타났다. 메탄수화물이 분포하는 심해 퇴적물에서는 약 50-125 cm 깊이에서 황산염이 고갈되고 메탄의 농도가 증가하는 황산염-메탄 전이대가 나타났으며, 황산염-메탄 전이대에서 황산염 환원력(12.54 nmol cm-3 d-1)과 미생물 생물량의 지표인 ATP (272.67 ng cm-3)가 가장 높게 나타났다. 울릉분지 퇴적물에서의 높은 황산염 환원은 수층에서의 높은 일차생산력과 높은 유기탄소 침강 플럭스에 의해 퇴적물 내로 유입되는 유기물 양이 많기 때문인 것으로 사료된다. 또한 황산염 환원의 공간적인 변화는 표층 퇴적물에 풍부하게 존재하는 산화망간과 산화철의 분포에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다. 메탄수화물이 분포하는 퇴적물에서의 황산염 환원은 메탄영양 미생물과 황산염 환원 미생물의 컨소시움에 의해 황산염-메탄 전이대에서 높게 나타나는 것으로 사료되며, 메탄의 혐기적 산화 또한 황산염-메탄 전이대에서 활발하게 일어날 것으로 예상된다.