북극 스발바드 롱이어비엔 융빙수의 지화학적 특성 연구: 빙하 융해 - 화학적 풍화 - 탄소순환의 되먹임

• Published in: 지질학회지, 61(2) pp. 159 - 170
• Main Authors: 류종식, 임현수, 박호진, 김옥선
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한지질학회 01.06.2025
• Subjects: 지질학
• ISSN: 0435-4036; 2288-7377
• DOI: 10.14770/jgsk.2025.006

과거에는 빙하 융해를 지구 탄소순환의 비활성 요소로 여겼으나, 최근 연구 결과는 빙하가 탄소순환에서 중요한 역할로 작용할 수 있음을 시사하고 있다. 이번 연구에서는 북극 스발바드 롱이어비엔에서 채취한 융빙수의 주요 이온 및 마그네슘 동위원소 분석을 통하여 빙하 융해가 탄소순환에 대한 되먹임(feedback)에 대하여 살펴보고자 하였다. 주요 이온 조성은 일반적인 융빙수와같이 칼슘, 마그네슘, 중탄산염, 황산염 농도가 높은 특징과 더불어 높은 나트륨 농도를 보였다. 화학적 풍화 경로와 질량보전식을통하여 황산에 의한 탄산염 풍화(sulfuric acid-carbonate weathering; SACW)의 기여율은 28.4±8.53% (1σ, n=11), 황산에 의한 규산염 풍화(sulfuric acid-silicate weathering; SASW)의 기여율은 42.3±12.6% (1σ, n=11), 탄산에 의한 규산염 풍화(carbonic acid-silicate weathering; CASW)의 기여율은 11.1±13.7% (1σ, n=11), 탄산에 의한 탄산염 풍화(carbonic acid-carbonate weahtering; CACW)의 기여율은 8.84±7.52% (1σ, n=11)였다. 이는 연구지역 융빙수가 주로 황화 광물 산화, 비조화 규산염 용해, 탄산염용해의 영향을 받고 있음을 지시하며, 마그네슘 동위원소 조성 변화 역시 이를 뒷받침하고 있다. 각 풍화 경로에 대한 화학적 풍화율(W)로 살펴보면 WSACW, WSASW, WCASW, WCACW은 각각 4.26±2.45 t/km2/yr (1σ, n=11), 2.75±1.58 t/km2/yr (1σ, n=11), 0.40±0.52 t/km2/yr (1σ, n=11), 1.03±0.96 t/km2/yr (1σ, n=11)이었다. 이에 따른 각 하천 최하류 시료에 대한 평균 이산화탄소 소비량은 4.13×105 mol/km2/yr이었으나, 지질학적 시간규모에서 연구 지역 전체에서의 화학적 풍화에 의한 순 탄소순환은-3.40×105 mol/km2/yr (-15.0 t CO2/km2/yr)로 연간 15톤의 이산화탄소를 대기 중으로 배출하는 것으로 계산되었다. 이번 연구는빙하 융해가 전 지구적 탄소순환에 있어 양의 되먹임 작용을 하며, 향후 빙하 융해-풍화-탄소순환의 되먹임 연구에서 규산염 광물과 더불어 황화 광물의 풍화 작용 또한 고려해야 함을 시사한다. Glacial meltwater, once considered a passive component in the global carbon cycle, has recently been recognized as a potentially significant factor. This study investigates the feedback mechanisms of glacial meltwater on the carbon cycle through an analysis of major ions and magnesium isotopes in meltwater samples collected from Longyearbyen, Svalbard. The major ion composition revealed elevated concentrations of calcium, magnesium, bicarbonate, and sulfate, typical of glacial meltwater, along with high sodium concentration. Using chemical weathering pathways and mass balance calculations, the contribution of sulfuric acid-carbonate weathering (SACW) was determined to be 28.4±8.53% (1σ, n=11), sulfuric acid-silicate weathering (SASW) at 42.3±12.6% (1σ, n=11), carbonic acid-silicate weathering (CASW) at 11.1±13.7% (1σ, n=11), and carbonic acid-carbonate weathering (CACW) at 8.84±7.52% (1σ, n=11). These results indicate that the meltwater in the study area is primarily influenced by sulfide oxidation, incongruent silicate dissolution, and carbonate dissolution, a finding supported by variations in magnesium isotope composition. The chemical weathering rates (W) for each weathering pathway were calculated as follows: WSACW = 4.26±2.45 t/km2/yr (1σ, n=11), WSASW = 2.75±1.58 t/km2/yr (1σ, n=11), WCASW = 0.40±0.52 t/km2/yr (1σ, n=11), and WCACW = 1.03±0.96 t/km2/yr (1σ, n=11). The average CO2 consumption rate for the lowermost stream samples was 4.13×105 mol/km2/yr. However, on a geological timescale, the net carbon cycle due to chemical weathering in the entire study area was calculated to be -3.40×105 mol/km2/yr (-15.0 t CO2/km2/yr), indicating an annual release of 15 tons of carbon dioxide into the atmosphere. This study suggests that glacial melt exerts a positive feedback on the global carbon cycle and highlights the importance of considering sulfide mineral weathering, in addition to silicate mineral weathering, in future research on glacial weathering-carbon cycle feedback mechanisms. KCI Citation Count: 0