나주지역 하상퇴적물의 지구화학적 특성
조선대학교 자원공학과 교수 박 영 석
1. 서 론
지질 환경에 의하여 유독 원소가 자연적으로 과다하게 농집되거나, 필수원소가 지나치게 결핍되는 현상으로 발생하는 지구화학적 재해는 오랜 시간에 걸쳐 사람이나 동식물에게 악영향을 누적시킬 뿐만 아니라, 눈에 잘 띄지 않고 서서히 진행되어 넓은 지역으로 확산되는 경우가 많아서 그 피해의 심각성이 더욱 크다고 할 수 있다(GNHPR, 2001).
또한, 최근에 인간의 산업활동에 따른 토양 환경 오염문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있어, 이에 대한 연구와 관리가 필요한 실정이며, 토양 환경의 오염이 발생되었을 경우 대책을 세우기 위해서는 그 원인이 인간의 활동에 의한 것인지 아니면 자연 발생적인 것인지를 확인하는 것이 필수적이다(오창환 외, 2000).
지구화학적 재해와 환경오염에 대한 평가를 내리기 위해서는 먼저 이를 정량·정성적으로 평가할 수 있는 평가기준치를 확보하는 것이 가장 중요하며, 이러한 평가기준치 가운데 가장 근본적이고 중요한 것은 각 지질 단위(geologic unit)가 본래부터 가지고 있는 자연 배경치(natural background)를 설정하는 것이다.
자연배경치를 결정하는데 이용되는 시료는 무엇보다도 지표 지질 환경을 가장 잘 대표할 수 있어야하며(Darnley et al., 1995; Eppinger et al., 2001) 이러한 점에 서 1차 수계의 하상퇴적물 시료는 그 지역의 지표, 지질환경을 가장 잘 반영하고 있는 대표적인 지질 매체로 받아들여지고 있다.
이번 연구에서는 1:50,000의 나주 지형도폭 내에 존재하는 1차 수계(일부 2차 수계)를 대상으로 하상퇴적물을 채취하여, 지각의 주성분원소와 미량원소 및 희토류원소의 특성을 파악하고 이를 통해 자연배경치 설정에 도움이 되고자 한다.
2. 시료채취
시료채취 대상수계는 1:50,000의 나주 지형도에 표시되어있는 수계 가운데 현재 물이 흐르고 있는 1차 수계를 대상으로 함을 원칙으로 하였으며, 조사지역 전반에 걸쳐 가능하면 균일한 채취밀도가 유지되도록 선정하였고, 수계의 패턴과 밀도, 지형, 집수분지의 크기 등을 감안하여 일부 2차 수계를 포함하여 총 139개의 수계를 선정하였고, 100mesh 표준체를 이용하여 하상퇴적물이 채취된 수계에서 바로 wet sieving을 실시하였으며, 체질 도중에 시료가 오염되는 것을 완전히 배제하기 위하여 stainless로 제작된 100mesh의 표준체를 이용하였으며 고무장갑을 착용하였다. 반복적인 wet sieving에 의하여 100mesh의 표준체를 통과한 150㎛이하의 세립질 입자를 50～100g 정도를 회수하여, 폴리에틸렌 병에 담았다.
3. 시료처리
채취된 하상퇴적물은 바람이 잘 통하는 실내에서 자연 건조를 시킨 후 전체가 균질 하게 되도록 잘 섞은 다음 20g 정도를 골고루 나눠 취하여 알루미나 몰탈을 이용하여 74㎛(200mesh)내지 53㎛(270mesh) 정도가 될 때까지 연마하여 분석용 시료를 만들었다.
4. 시료분석
하상퇴적물의 화학분석은 한국지질자원연구원에서 실시하였으며, 분석은 세 가지 분야로 나누어 실시하였다. 주성분원소는 X-선 형광분석기로 분석하였으며, 일본 Shimadzu사의 MXF-2100를 이용하였다.
미량원소들은 유도결합 플라즈마 원자 방출 분광분석기(ICP-AES)를 이용하여 As, Ba, Be, Bi, Cd, Cu, Li, Mo, Nb, Ni, Pb, Sr, V, Zr에 대한 분석을 실시하였고, 프랑스 Jovin-Yvon Equipment사의 Jovin Yvon JY-38 plus을 이용하였다.
미량 및 희토류원소 중에서 Co, Cs, Sb, Rb, Zn, Th, Sc, Ce, Yb, Hf, Eu 등의 원소들은 중성자 방사화 분석(NAA)에 의해 분석하였다. 이때 중성자 발생은 하나로 원자로(Hi-flux Advanced Neutron Application Reactor)를 이용하였고, 고분해능 감마선 검출기는 HPGe γ-ray 검출시스템을 이용하였으며, 감마스펙트럼분석은 EG & G사의 Ominigam 프로그램을 이용하였다.
5. 화학분석결과
나주지역 1차 수계(일부 2차 수계)에 존재하는 하상퇴적물을 구성하는 주성분원소들의 함량은 SiO2 49.90～77.68wt.%, Al2O3 10.25～23.78wt.%, Fe2O3 2.70～8.71wt.%, K2O 1.90～4.82wt.%, MgO 0.53～2.58wt.%, Na2O 0.42～3.06wt.%, CaO 0.24～3.99wt.%, TiO2 0.56～1.33wt.%, P2O5 0.02～0.42wt.%, MnO 0.04～1.00wt.%의 범위를 보이고, 미량원소들은 비교적 함량의 변화폭이 매우 컸으며, 원소별 함량은 Ba 810ppm～2110ppm, Be 1～5.50ppm, Cu 8～52ppm, Nb 13～44ppm, Ni 8～42ppm, Pb 14～34ppm, Sr 12～293ppm, V 43～171ppm, Zr 15～246ppm, Li 23～67ppm, Co 5～16ppm, Cr 24～136ppm, Cs 2.87～12.60ppm, Hf 5.15～45.80ppm, Rb 52～217ppm, Sb 0.18～1.84ppm, Sc 5.68～16.60ppm, Zn 39～326ppm, Pa 8.28～47.70ppm 정도의 범위를 보이고 있으며, 희토류원소는 Ce 49.10～283.00ppm, Eu, 0.74～2.40ppm, Yb 0.95～6.16ppm 범위의 함량을 보이고 있다.
6. 결 론
본 연구를 통하여 나주지역 지표 지질환경을 가장 잘 대표하고 있는 1차 수계의 하상퇴적물을 대상으로 주성분 및 미량성분, 희토류원소에 대한 분석을 실시하여, 이를 자연배경치 설정에 필요한 정보를 제공함으로써 향후 이들 지역의 지표환경의 오염에 대한 평가의 기준 수립과 오염이 발생하였을 경우 오염원의 파악 및 오염에 대한 대책 마련에 유용한 자료가 될 것이라 판단된다.
참고문헌
오창환, 서민호, 신성천, 이명우, 정성석. “오염지역 퇴적물의 자연적 지화학 기준 치 설정을 위한 기초연구”. 춘계 공동 학술발표회 논문집 : 한국자원공학회, 대한자원 환경지질학회, 한국지구물리탐사학회, p. 86-87. 2000.
Darnley, A.G., Bjorklund, A., Bolviken, B., Gustavsson, N., Koval, P.V., Plant, J.A., Steenfelt., Tauchid, M. and Xie Xuejing., “A Global Geochemical Database for Environmental and Geochemical Mapping”, Final report of IGCP Project 259. UNESCO Publishing. 1995.
Eppinger, R.G., Briggs, P.H., Brown, Z.A., Crock,. Meier, A., Theodorakos, P.M. and Wilson, S.A., “Baseline geochemical data for stream sediment and surface water sample from Panter Creek, the Middle Fork of the Salmon River, and the Main Salmon River from North Fork to Corn Creek, collected prior to the severe wildfires of 2000 in central Idaho”, USGS, open file report. 01-161, p. 4-10. 2001.
GNHPR (Group for Natural Hazard Prevention Research)
http://gis.paichai.ac.nj/geochem. Korea Institute of Geoscience and Mineral Research. 2001.