Terrestrial organic carbon input into the Southwestern East Sea inferred from n-alkane signatures

Abstract

In this study, aerosols, suspended particulate matter (SPM), settling particles, and sediments were analyzed for long chain n-alkanes and their stable carbon isotope ratios (δ13C) to investigate sources and variation of terrestrial organic carbon inputs to the Southwestern East Sea. The settling particles were collected in the Ulleung basin from March 2011 to February 2012 with 10 to 17-day intervals at 1000 m and 2300 m water depths. The n-alkane abundances of samples in the East Sea showed high values of higher plant wax n-alkanes (C27, C29, C31) indicating terrestrial organic carbon input. In sinking particles at 1000 m and 2300 m water depth, the flux of long chain n-alkanes (C24-C34, 0.4-12.0 μg/m2/day and 0.7-13.6 μg/m2/day, respectively.) were higher than those of short chain n-alkanes (C16-C23, 0.04-1.1 μg/m2/day and 0.1-0.9 μg/m2/day, respectively) and the n-alkanes showed strong odd carbon number predominance in long chain n-alkanes. The time shift between 1000 m and 2300 m was almost negligible. In the results of the Principal Component Analysis (PCA) and the Hierarchical Clustering on Principal Components (HCPC) using the n-alkane fractional abundances of the samples in this study, aerosols and sinking particles grouped into a cluster representing terrestrial aeolian input. The n-alkane δ13C signatures of C27, C29, and C31 of sinking particles at 1000 m and 2300 m water depths (-31.0±0.5 ‰, -32.1±0.4‰, -32.4±0.8 ‰ and -30.9±0.9 ‰, -31.7±0.5 ‰, -32.3±0.4 ‰ in average, respectively) indicated a large contribution of C3 plant as a main source of n-alkanes. Nonetheless, the anthropogenic contribution such as fossil fuel combustion was discovered in winter/spring, the heating season. Furthermore, the n-alkanes signals of fossil fuel combustion were confirmed in the sediment of the Southwestern East Sea in modern periods (1950s ~).; 본 연구는 동해 남서 해역으로 유입되는 육상기원 유기 탄소의 기원과 변화를 규명하고자 동해의 대기 입자, 해수 표층의 부유 입자 (SPM), 수층의 침강 입자, 그리고 퇴적물을 이용하여 장족형 탄화수소(n-alkanes)와 장족형 탄화수소의 탄소동위원소(δ13C)를 분석하였다. 침강 입자는 울릉 분지의 수심 1000 m 와 2300 m 에서 2011년 3월부터 2012년 2월까지 10에서 17일 간 격으로 채집되었다. 동해에서 채집된 샘플의 장족형 탄화수소 분포는 고등식물의 왁스에서 기원한 장족형 탄화수소 (C27, C29, C31)가 높게 나타나면서 육상기원 유기 탄소의 유입을 나타내었다. 1000 m 와 2300 m 수심의 침강입자에서 긴 사슬의 장족형 탄화수소 플럭스(C25-C35, 각각 0.4-12.0 μg/m2/day 와 0.7-13.6 μg/m2/day)가 짧은 사슬의 장족형 탄화수소 플럭스(C16-C23, 각각 0.04-1.1 μg/m2/day 와 0.1-0.9 μg/m2/day at 2300 m)보다 높았고, 긴 사슬의 장족형 탄화수소에서 뚜렷하게 홀수 탄소 사슬이 짝수 탄소 사슬보다 높게 나타났다. 수심 1000 m 와 2300 m 사이에 존재하는 시간 차이는 거의 없었다. 주성분 분석 (Principal Component Analysis, PCA)과 주성분에 따른 계층 분석 (Hierarchical Clustering on Principal Components, HCPC) 의 결과는 본 연구의 장족형 탄화수소 결과를 이용하여 진행되었으며 대기 입자와 수층의 침강 입자가 하나의 클러스터로 분류되면서 대기를 통한 육상기원 유입을 제시하였다. 1000 m 와 2300 m 수심의 침강입자에서 C27, C29, C31의 장족형 탄화수소 탄소동위원소의 값은 장족형 탄화수소의 주요기원으로써 매우 높은 C3 식물의 기여도를 나타내었다 (각각 평균-31.0±0.5 ‰, -32.1±0.4‰, -32.4±0.8 ‰ 그리고 -30.9±0.9 ‰, -31.7±0.5 ‰, -32.3±0.4 ‰). 그러나 화석연료 사용과 같은 인간활동에 의한 영향이 난방 계절인 겨울과 봄에 발견되었다. 또한 근대의(1950년대 이후) 동해 남서 해역 퇴적물에서 화석 연료 연소에 의한 장족형 탄화수소의 특징을 확인하였다.