지표 화학적 풍화와 침식과정은 지구화학, 고원 융기와 국제변화 연구에서의 핵심 주제 중 하나이며 육지에서 해양으로의 물질수송 플럭스(transport flux)와 전체적 탄소 주기를 제약한다. 현재 관심을 많이 끌고 있는 탄소할당(carbon budget)도 이러한 과정과 긴밀한 연관이 있으며 비교적 많은 논쟁과 불확정성이 있는 과학적인 문제이다.

“구조적 융기(tectonic uplift)-화학적 풍화-기후변화” 가설의 제출은 청장고원(Qinghai-Tibet Plateau)을 대표로 하는 구조적 융기 지대의 화학적 풍화(대기 중 CO2 소모)와 물리침식(유기탄소 축적)과정 그리고 하천화학은 대기 CO2변화와 신생대 후기(late cenozoic) 전세계 한냉화의 논쟁초점이며 각종 증거와 논쟁이 끈임없이 나타났다.

하지만 관련 연구는 주요 해양 혹은 육지분지의 퇴적지질 기록(Sedimentary geological record) 혹은 짧은 시간 차원(short time-scale)(월년 수준)의 하천화학에서 얻은 것이지만 고강도 건축사건(tectonic event)이 지표 화학적 풍화와 침식작용에 미치는 직접적인 영향과 탄소소모의 비교연구에서 얻은 것은 거의 없는데, 가장 중요한 원인은 이러한 고강도 건축사건의 우연성과 극히 낮은 발생빈도(occurrence frequency)(100년 보다 큰)에 의한 것이다.

2008년 중국 사천성의 문천(wenchuan, 汶川)에서 발생한 7.9급 특대지진 핵심지역인 민강 유역(basin)은 청장고원 동부의 고침식률(erosion rate)인 구조 활성역(Active zone)(그림1)에 위치해 있는데, 이곳은 항상 지질학 연구에서의 논쟁지대 중 하나이고 대량의 지진 전 연관 데이터를 가지고 있어 지질 건축사건이 지표의 풍화-침식과 탄소할당에 미치는 직접적인 영향을 평가하는데 있어서 매우 진귀한 비교연구 기회를 제공하였다.

중국과학원 지구환경연구소 Zhang-dong Jin이 이끌고 있는 연구팀은 미국 남부 캘리포니아대학교 Joshua West, 영국 뒤렌대학교(Durham University) Robert Hilton, 호주 국립대학교 Jimin Yu 등과 연합하여 2008년 문천지진 전후 민강강물의 화학적 비교를 진행하여 지진이 하천화학에 미치는 영향크기와 범위를 제시하였다.

이 연구팀은 2009년 하반년부터 지진중심과 상류 4개 수문지질관측소에서 연속적으로 계절성 강물과 부유물질(suspended matter) 샘플을 수집하였다. 하천화학 결과에 의하면, 지진 이후 민강이 수송한 총 용질유량계통이 증가되었고 특히 지진 전의 수치와 비교할 때, 하천의 Na*/Ca(Na*는 대기와 증발염 교정을 통한 Na+의 이온함량)는 4배 정도로 증가하였고(그림2), 87Sr/86Sr 동위원소 비례값은 0.000644 ± 0.000146 증가하였다. 이러한 변화는 문천지진 이후 민강하천에서의 규산염 성분 및 이로 인해 초래된 알칼리도가 현저하게 증가하였다는 것을 직접적으로 설명하였다. 이로 인하여 규산염 성분이 일으킨 하천 알칼리도의 변화 계산에 의해 얻은 CO2 소모율은 4.3 ± 0.4배 증가하였다.

유역 내 지진 피크 가속도(PGA)가 지진을 형성한 산사태 밀도(Landslide density) 및 Na*/Ca, 87Sr/86Sr 동위원소 비례값과의 관계를 결합하였고 이 연구는 문천지진 이후 민강 하천에서 규산염 성분과 알칼리도의 증가는 주로 심층 지하수의 방출과 산사태를 포함한 새로운 부서진 암석의 쾌속 침출 풍화와 연관된다고 인식하였다. 이러한 유형의 변화는 산사태가 적은 지진 지역에서도 존재하므로 심층 지하수의 방출은 지진 이후 몇 년 동안 하천에서의 규산염 성분과 알칼리도를 체계적으로 증가시키는 주도적 요소이다.

논문 마지막 내용에 의하면, 다른 큰 지진도 유사한 변화가 일어났을 때 지진이 일으킨 하천 규산염 용질수송의 증가는 풍화와 알킬리 정도 그리고 구조운동을 직접 연결시킨 것이다. 이 연구는 고강도 건축사건의 계량화가 유역 풍화 작용의 직접 영향과 탄소소모에 대한 가장 직접적이고 믿음직한 데이터를 제공하였고 “구조적 융기-화학적 풍화-기후변화” 가설에 유력한 증거를 제공하였다.

관련 연구 결과는 최근에 online으로 Geology저널에 발표되었다. 본문은 이 연구팀이 Controls on fluvial evacuation of sediment from earthquake-triggered landslides（Geology, 2015, 43(2): 115-118）이후 Geology에 발표한 두 번째 문천지진 환경효능 연구에 관한 논문이다. 이 연구는 과학기술부 전세계변화 특별프로젝트, 중국과 미국 국가자연과학기금, 영국왕립학회 등의 공동지원을 받았다.

그림 1: 2008년 문천지진 핵심지역 민강유역 지진 전후 하천 화학변화의 공간 분포
그림 2: 2008년 문천지진 전후 민강하천 Na*/Ca 비율의 체계적인 변화

원문연결; http://geology.geoscienceworld.org/content/early/2015/11/20/G37246.1.abstract

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 12월 8일]