소중한 우리 땅!  아름다운 독도! 해양과학으로 지켜 나가겠습니다.
독도 주변의 해저 퇴적환경은 해류나 화산활동, 지형 등 여러 가지 요인들과 밀접한 연관이 있습니다.
동해와 독도의 형성과정
판구조론(커다란 초대륙이 여러 개의 판으로 이루어짐. 이들 판의 움직임에 따라 지진과 화산활동 등이 일어남)에 따르면 약 2억 5천만 년 전 판게아(Pangaea)라는 하나의 초대륙(판구조론이나 대륙이동에 의해 현재와 같은 대륙이 있기 이전에 있었던 하나의 큰 대륙)이 약 1억 8천만 년 전부터 분리되기 시작하여 6천 5백만 년 전에 대서양이 더욱 넓어지고 계속적인 판의 이동과 판과 판의 충돌을 통해 현재와 같은 5대양 6대륙의 분포를 가지게 되었다.

우리나라를 포함한 동북아시아, 일본 등은 여러 개의 판 중에서 유라시아판에 속하며 판의 오른쪽 가장자리에 위치하고 있다. 유라시아판이 이동하고 분열하는 과정 중에 일본열도가 떨어져 나갔고, 이러한 일련의 판구조운동에 의해 동해가 만들어졌다. 따라서 동해 및 울릉도, 독도의 형성은 범지구적인 지각운동과 깊은 관계가 있다.

동해는 중생대인 백악기 후기에서 올리고세(신생대 제3기의 구분 중에 하나인 지질시대)에 걸쳐 만들어진 것으로 알려져 있다. 동해는 일본열도가 대륙으로부터 떨어져 나가면서 후배호분지가 열개(rifting, 단층의 갈라짐. 균열) 형태로 만들어진 것으로 태평양판의 충돌과 섭입(판과 판의 충돌로 어느 하나가 다른 판의 밑으로 들어가는 현상)에 관계하고 있다. 동해가 만들어지는 과정 중에 일본분지가 먼저 열리고 이어서 야마토분지와 울릉분지가 열렸으며, 형성 초기부터 현재의 모습이 되기까지는 천만 년 이상의 시간이 걸린 것으로 생각된다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 신생대 제3기 올리고세 후기에서 마이오세 전기인 약 2,800만 년 전까지만 하여도 일본은 한반도와 함께 동아시아대륙에 붙어 있었으나, 약 2,500만 년 전부터 서서히 분리되기 시작하였다. 그리하여 약 500만 년 전에는 완전하게 분리되어 오늘날과 같은 모습이 되었다. 1989년 동해 야마토분지에서 수행된 심해 굴착(Deep-Drilling Project, Leg 127) 연구 결과에 의하면 올리고세에서 마이오세 사이(2천 5백만~3천만 년 전) 동해가 열렸으며, 이 시기는 일본열도의 섭입이 시작되는 시기와 일치한다.

독도와 울릉도는 동해 형성의 마지막 단계에 만들어진 것으로 생각된다. 동해가 올리고세에 현재와 같은 모습이었다면, 독도와 독도 해산들은 이보다 늦은 2.7~0.01Ma에 만들어졌고, 울릉도와 독도가 여러 번에 걸친 화성활동을 거치면서 진화했음을 알 수 있다(송 등, 2006; Kim et al., 2009). 울릉도에 화산활동이 일어난 시기는 약 1.4~0.01Ma로 독도의 화산활동 시기(2.7~2.1Ma)보다 나중에 일어난 것으로 알려져 있다(황과 전, 2003). 따라서 독도 화산이 열점(주변보다 온도가 높은 부분, 마그마의 근원지)으로부터 먼저 만들어졌고, 뒤이어 판이 동남쪽 방향으로 이동한 후, 울릉도화산이 후기 열점활동에 의해 만들어진 것으로 생각된다(이 등, 2000).

동해는 평균수심이 1,684m이며, 최대수심은 4,049m이다. 동해는 그림 1에서 보는 바와 같이 타타르해협(15m), 소야해협(55m), 쓰가루해협(130m), 그리고 대한해협(140m) 등 4개의 얕은 해협으로 둘러싸여 있다. 이 4개의 해협을 통해서 북으로는 오호츠크해와 북태평양, 그리고 남으로는 동중국해와 연결된 주변해라고 할 수 있다. 동해의 해저지형은 세 개의 큰 분지(일본, 야마토, 울릉분지)로 구성되고, 여러 개의 고지대(한국대지 등)로 연결되어 있으며, 독도와 울릉도 사이에는 분지 간 통로가 있다. 동해의 해수면 밑에는 많은 화산섬과 해산이 있다(그림 2).
내용
그림 1. 우리나라를 포함한 유라시아판과 동해
그림 1. 우리나라를 포함한 유라시아판과 동해
그림 2. 동해의 해저지형과 주요 분지
그림 2. 동해의 해저지형과 주요 분지
동해 바닥에는 오랜 세월이 지나는 동안 많은 퇴적물이 쌓였다. 야마토분지에는 수 km에 달하는 퇴적물이 쌓여 있다. 또한 울릉분지 남쪽에서도 지역에 따라 다르긴 하지만 퇴적층 두께가 10km 이상 퇴적된 곳도 있다.
독도 주변의 퇴적물 특성과 해저 지질환경
사진 1. 주상시료 퇴적물에 대한 연X선(투과력이 약하고 파장이 긴 X선) 사진 결과.화산쇄설물(화산 분화 시 흘러내리는 고체 물질의 총칭) (5~10cm 깊이)과 엽리층이 잘 발달하고 있음을 알 수 있다.
사진 1. 주상시료 퇴적물에 대한 연X선(투과력이 약하고 파장이 긴 X선) 사진 결과.화산쇄설물(화산 분화 시 흘러내리는 고체 물질의 총칭) (5~10cm 깊이)과 엽리층이 잘 발달하고 있음을 알 수 있다.
독도는 여러 가지 유·무형의 가치를 가지고 있기 때문에 늘 연구대상이 되어 왔다. 특히 한국해양과학기술원에서는 2005년부터 해양물리, 화학, 생물, 지질, 지구물리 등 다양한 분야에서 종합적인 연구를 수행하고 있다. 퇴적물 특성이나 해저의 지질환경을 알아보기 위해서 지구물리 및 지질학적, 지화학적 방법을 동원하여 많은 연구성과를 축적하였다.

이들 연구는 주로 동해와 독도 부근에서 얻어진 표층퇴적물과 주상시료를 대상으로 이루어졌다. 그러나 퇴적물 특성과 해저 지질환경을 알기 위해서는 독도 주변의 해양환경이 동해 전체의 환경과 어떤 연관성이 있는지를 연구하는 것도 필요하다. 그 이유는 독도 주변의 퇴적물 특성과 해저환경은 해류나 화산활동 및 지형 등 다른 요인들과 밀접한 연관이 있기 때문이다.

주상시료 퇴적물에서 흔히 나타나는 화산분출 결과물인 화산력(lapilli), 화산재 등은 이와 같은 사실을 증명하는 것이라 할 수 있다(사진 1, Bahk et al., 2000; 2001; Chun et al., 2007).

또한 울릉분지 남단 동쪽 끝에서 얻은 주상시료에서는 울릉도, 독도 기원의 화산쇄설물뿐만 아니라 약 8만 8천 년 전의 Aso-4 화산재와 약 2만 천 년 전의 AT 화산재가 발견되어(Oba et al., 1991) 퇴적환경에 영향을 끼쳤다. 독도 주변 퇴적물은 독도가 만들어질 때의 화산쇄설물(일반적으로 육지기원으로 분류)과 그 후 오랜 시간에 걸쳐 생물활동의 결과로 만들어진 생물기원 퇴적물(주로 탄산염이나 규질퇴적물)로 구성되어 있다.

최근 연구결과에 의하면 독도 주변 해역의 퇴적물은 독도를 이루는 화산기원의 암편(바위 조각)과 천해(얕은 바다)에 사는 여러 생물이 만든 탄산염 퇴적물로 구성되었으며, 특히 독도 주변의 퇴적물은 냉수성 탄산염 퇴적물을 다량으로 포함하고 있는 것으로 나타났다(우 등, 2009).

독도 주변의 여러 지역에서 얻은 표층퇴적물 시료들은 각기 수심이 다른 곳에서 채취하였기 때문에 함께 분석한다면 수심에 따른 퇴적물의 특성을 파악할 수 있다. 그림 3과 그림 4는 수심이 다른 여러 시료에 대한 퇴적물 특성을 분석한 결과로 수심에 따라 퇴적물의 구성성분이 달라진다는 것을 보여준다.
그림 3. 독도를 중심으로 수심에 따라 달라지는 퇴적물의 특성(우 등, 2009)
그림 3. 독도를 중심으로 수심에 따라 달라지는 퇴적물의 특성(우 등, 2009)
독도는 바다 한가운데 우뚝 솟아있는 산으로 경사가 급하기 때문에 수심의 변화가 매우 급격하다. 따라서 일반적으로 원양에서 나타나는 퇴적물 특성은 물론 대륙과 인접한 천해에서 나타나는 퇴적물 특성도 동시에 보여준다. 퇴적물의 기본적인 구성성분인 유기탄소와 탄산염 함량도 수심에 따라 급격하게 변화하는데, 유기탄소의 함량은 수심이 깊어지면서 증가하고, 탄산염 함량은 수심이 깊어지면서 감소하는 경향을 보인다(현 등, 2010; 그림 4).

그림 4. 독도 주변에서 수심이 다른 여러 지역에서 얻어진 표층 퇴적물에 대한 유기탄소 및 탄산염 함량의 변화(현 등, 2010, 대한지질학회지)
그림 4. 독도 주변에서 수심이 다른 여러 지역에서 얻어진 표층 퇴적물에 대한 유기탄소 및 탄산염 함량의 변화(현 등, 2010, 대한지질학회지)
독도 주변의 표층퇴적물은 이렇게 수심, 해저지형, 과거 환경 등에 따라 다양하게 나타난다(사진 2). 표층퇴적물 뿐만 아니라 주상시료는 오랜 시간에 걸친 환경변화를 보여준다. 즉, 수십만 년에 걸쳐 쌓인 퇴적물은 연대측정을 통해 각 심도의 연대를 알 수 있고, 다양한 분석을 통해서 그와 관련된 환경정보를 알 수 있다.
내용
사진 2. 화산쇄설성 역질퇴적물
사진 2. 화산쇄설성 역질퇴적물
사진 2. 니질퇴적물에 화산쇄설성 역질퇴적물이 혼재된 형태
사진 2. 니질퇴적물에 화산쇄설성
역질퇴적물이 혼재된 형태
사진 2. 세립질 탄산염 퇴적물로 표층 퇴적물 하부 10cm깊이에서 나타남
사진 2. 세립질 탄산염 퇴적물로
표층 퇴적물 하부 10cm깊이에서
나타남
사진 2. 조립시질 및 역질 크기의 생물기원 퇴적물
사진 2. 조립시질 및 역질 크기의
생물기원 퇴적물
동해가 경험한 지질학적 환경
오랜 기간에 걸쳐 동해가 만들어졌고, 다시 오랜 기간이 지나는 동안 많은 퇴적물이 쌓여 퇴적층의 두께가 수 km 이상에 달하기도 한다. 동해의 경우도 마찬가지로 많은 퇴적물이 쌓여 있으며, 지금까지 여러 가지 환경변화와 관련된 다양한 정보들이 퇴적물 속에 기록되어 있다.
그림 5. 과거 6만 년 동안의 해수 온도의 변화. 그린란드에서 얻어진 빙상코어 기록과 대비되었으며, 한랭과 온난을 반복하여 왔다.
그림 5. 과거 6만 년 동안의 해수 온도의 변화. 그린란드에서 얻어진 빙상코어 기록과 대비되었으며, 한랭과 온난을 반복하여 왔다.
알려진 바에 따르면 약 170만 년 전인 제4기부터 지구에 몇 번의 크고 작은 기후변화가 있었던 것으로 알려져 있다. 추웠던 빙하기와 비교적 온난했던 간빙기(빙하기와 빙하기 사이의 비교적 따뜻했던 시기)가 반복되면서 지구 기후가 변해 왔다. 최근 기후변화에 대한 연구가 계속되면서 제4기 초기뿐만 아니라 수만 년 전만해도 극적인 지구의 기후변화가 있었음을 알 수 있다.

지구 기후변화를 가장 극적으로 보여주는 것 중에 하나가 퇴적물에 보존된 유공충(석회질 껍데기를 가진 눈으로 확인이 가능한 단세포 동물)의 산소 동위원소 기록이다.
유공충은 탄산칼슘( CaCO₃) 껍데기를 만드는데, 탄산칼슘에 포함된 산소는 껍데기가 만들어질 당시의 여러 환경정보를 가지고 있다. 특히 해수 온도와 밀접한 관련이 있기 때문에 수온변화, 즉 기후변화를 알 수 있다.

그림 5에서 보는 바와 같이 과거 6만 년 동안 유공충에 기록된 산소 동위원소의 주기적인 변화를 볼 수 있으며, 이러한 변화는 수천 m에 달하는 빙상코어(남극이나 북극에서 오랫동안 눈이 쌓이면서 형성된 빙하를 뚫어 만들어진 코어, 퇴적물에서 주상시료를 얻는 것과 같은 이치)에서 얻어진 기록과도 잘 일치한다. 지구 기후변화는 고생대, 중생대, 신생대를 거치면서 변해왔으며, 제4기에 들어서도 빙하기와 간빙기가 반복되었고 과거 수 만 년 사이에도 급격한 변화가 있었음을 알 수 있다. 이러한 극적인 변화는 동해가 생성된 후에 쌓인 퇴적물 속에 고스란히 남아 있으며, 동해도 범지구적 기후변화의 틀 안에서 변화해 왔음을 알 수 있다.

이미 설명한 바와 같이, 동해는 독특한 지형적 특성을 지니고 있다. 즉, 수심이 약 140m 보다 얕은 4개의 해협을 통해서 외해로 연결되기 때문에 이들 4개의 해협의 상태에 따라 외해와 연결되거나 차단되는 상태에 놓이게 된다. 지질학적 시간을 통해서 전 지구적으로 해수면은 높아지거나 낮아지는 것을 반복해 왔다.
그림 6. 최종빙하기(약 1만 7천 년 전)의 한반도 주변의 모습. 해수면이 낮아지면서 동해로 유입되는 해류량이 적어지거나 차단되었을 가능성이 있음을 보여주고 있다(Lee and Nam, 2003).
그림 6. 최종빙하기(약 1만 7천 년 전)의 한반도 주변의 모습. 해수면이 낮아지면서 동해로 유입되는 해류량이 적어지거나 차단되었을 가능성이 있음을 보여주고 있다(Lee and Nam, 2003).
지금으로부터 18,000년 전은 최종 빙하기로 불리며, 이 시기는 현재보다 해수면이 약 130m 정도 낮았다. 이 시기에는 수심이 약 120m로 낮았던 황해와 남해 대부분은 육지였다(그림 6). 따라서 동해는 해수면이 낮아지면서 유입되는 외부의 해수가 양적으로 줄어들게 되자 활발한 상하혼합이 이루어지지 않고 정체된 모습을 보였다.

정체된 해수는 유기물 분해를 어렵게 만들어, 이 시기에는 유기물이 풍부한 엽리층이 잘 발달하였다. 동해는 지구가 추웠던 빙기에는 해수의 혼합이 약했고, 주상시료에서 볼 수 있듯이 퇴적층에 엽리층이 잘 발달하였다. 기후가 따뜻해진 간빙기에는 해수혼합이 활발해 엽리층이 사라졌다. 이러한 해저환경변화는 동해가 경험한 가장 극적인 환경변화이다.
독도의 지질학 연구방향
지금처럼 인간활동에 의해 이산화탄소 배출이 늘어난다면, 앞으로 지구의 온난화현상은 점차 심해질 것이다. 금세기 말에는 현재보다 2~3℃쯤 대기온도가 상승하고, 그 영향으로 남극이나 북극의 빙상이 녹고, 해수면은 계속 상승할 것으로 예상된다. 이미 세계 여러 곳에서는 기후변화로 인한 각종 피해가 발생하고 있으며, 대책마련에 부심하고 있다. 우리나라도 각종 기후변화의 징후가 빈번해지고 있으며, 동해에서는 열대성 어류가 잡히는 등 환경, 생태계 변화를 경험하고 있다.

따라서 독도 주변 해역에 대한 퇴적환경 연구가 선행되어야 한다. 그리고 독도 퇴적환경이 주변 해양환경의 변화와 어떻게 연관되는지에 대한 연구도 필요하다. 최근 독도 주변 해수에 대한 장기적인 수온, 염분을 측정한 결과, 독도를 중심으로 수온이 낮아지는 현상이 발견되었는데, 이는 저층수(가장 밑부분에 있는 해수층)가 용승(저층이나 중층의 찬 바닷물이 표면으로 솟아오르는 현상)하는 것으로 해석하고 이를 독도효과로 명명하기도 하였다. 퇴적환경과 저서 생물종이나 기타 생물종의 분포에 관한 연구도 지속적으로 수행되어야 할 것이다. 또한 독도를 포함한 동해 퇴적물을 이용한 기후변화 연구도 수행되어야 할 것이다.

사진 3. 주상시료를 이용한 기후변화의 연구. 연대측정과 퇴적물 중에 포함된 유공충 각에 대한 동위원소 측정을 통해 과거의 기후변화를 복원한다.
사진 3. 주상시료를 이용한 기후변화의 연구. 연대측정과 퇴적물 중에 포함된 유공충 각에 대한 동위원소 측정을 통해 과거의 기후변화를 복원한다.
동해는 우리나라를 포함한 동북아지역에서 기후변화에 가장 민감하게 반응할 뿐만 아니라 서편강화류의 하나인 쿠로시오 지류가 유입되기도 하며, 우리나라 연안을 따라 북한한류가 남하하기도 하는 곳이다. 따라서 범지구적 기후변화에 따라 많은 환경변화가 예상된다. 지질학적 기록으로 판단해 보아도 빙하기-간빙기의 기록이 뚜렷하게 구분되는 퇴적물 특성을 보이는 것은 이와 같은 사실을 뒷받침한다.

해저의 표층퇴적물, 주상시료 퇴적물을 이용하거나 독도 주변에 많이 나타나는 온대성 천해 탄산염 퇴적물을 이용하여 독도 주변에서 일어난 기후변화를 복원하고, 나아가 한반도 주변에서 일어날 수 있는 기후변화를 예측하는데 활용될 수 있도록 연구가 진행되어야 할 것이다.
해저퇴적환경 탐사
해저퇴적환경 탐사
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