Geochemistry of Heavy Metals and Rare Earth Elements in Core Sediments from the Korea Deep-Sea Environmental Study (KODES)-96 Area, Northeast Equatorial Pacific

한국심해환경연구(KODES) 지역 주상 퇴적물중 금속 및 희토류원소의 지구화학적 특성

To study the vertical variation of heavy metal and Rare Earth Element (REE) contents in deep-sea sediments, eighteen cores were sampled from the Korea Deep-sea Environmental Study (KODES)-96 area in the C-C zone (Clarion-Clipperton fracture zone), northeast equatorial Pacific. Sediment columns can be divided into three units based on sediment colors and geochemical characters; uppermost Unit I with brown color, middle Unit II with pale brown color and smaller Ni/Cu ratio than the ratio in Unit I, and lowermost Unit III with dark (brown) colors and higher contents of Mn, Ni, Cu, and REEs than those in Unit I and II. Unit II can be divided more into two layers of upper Unit IIa and lower Unit IIb. Unit IIb is characterized by high contents of Cu, 3+REEs (REEs except Ce), smectite, and severely deteriorated fossil tests. Unit III can also be divided into two units; upper Unit IIIa with dark brown color, and lower Unit IIIb with black color and enriched Mn and Fe. The KODES area was located near from the East Pacific Rise (EPR) When Unit III Sediments were deposited, considering the hiatus between Unit II and III (Quaternary-Tertiary boundary) and the spreading rate (10 cm/yr) and direction (north southern west) of the Pacific plate from the EPR. High contents of Mn and Fe in Unit IIIb may be related with hydrothermal influence from the EPR. Meanwhile, Unit IIb (about 2~3 Ma) and Unit III (11~30 Ma) layers were probably formed near (or under) the equatorial high productivity zone, and accordingly received a lot of organic materials. As a result, Cu and 3+REEs, closely associated with organic materials, are enriched in smectite and/or Ca-P composites (fish bone debrise, biogenic apatite) after decomposition and reprecipitation on the sea floor. Higher contents of Cu and 3+REEs in Unit IIb and III are suggested to be the result of abundant supply of organic substances in the equatorial high productivity zone.

심해저 퇴적물중 금속과 희토류 원소의 수직 함량변화 및 변화의 원인을 구명하기 위해 북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton fracture zone) 중남부에 위치한 한국심해환경연구(Korea Deep-sea Environmental Study, KODES) 지역에서 박스코어러(box corer)를 이용해 18개의 주상시료를 채취했다. KODES 지역 퇴적층은 색상변화에 따라 갈색의 Unit I, 연갈색의 Unit II, 흑(갈)색의 Unit III로 분류된다. Unit I은 Unit II에 비해 높은 Ni/Cu비를 가지고, Unit III는 Unit I, II에 비해 현저히 높은 금속함량을 보인다. Unit II는 지화학적 자료에 근거하여 상부의 Unit IIa 층과 하부의 Unit IIb 층으로 세분될 수 있는데, Unit IIb 층은 Unit IIa 층에 비해 높은 구리 및 3+REEs/NASC 비(또는 큰 음의 Ce 이상치) 등의 특징을 보인다. Unit III는 흑갈색의 상부 Unit IIIa 층과 흑색의 하부 Unit IIIb 층으로 세분되는데, Unit IIIb 층은 Unit IIIa 층에 비해 망간, 철 함량이 높다. 연구지역이 속한 태평양 지판의 확장속도와 방향 그리고 약 11-30 Ma 인 Unit III의 연령을 고려할 때 Unit IIIb 층은 동태평양 균열대(East Pacific Rise, EPR) 그리고 적도와 근접한 위치에서 퇴적된 것으로 계산된다. 흑색인 Unit IIIb 층의 높은 망간, 철 함량은 EPR에서 기원한 화산기원의 철, 망간 등을 공급받아 나타난 결과로 보인다. 한편, Unit III는 물론이고 Unit IIb 역시 적도 고생산대의 영향권에 있었고, 따라서 해수중 풍부한 유기체들과 함께 구리, 희토류 원소 등도 Unit IIb, III 층으로 많이 공급되었을 것이다. 퇴적물로 공급된 이들 구리 및 희토류 원소들은 유기물이 분해됨에 따라 스멕타이트 그리고 어류 잔해물(fish bone debris) 등에 잔류한 것으로 보인다. 즉 KODES 지역 주상 퇴적물에서 나타나는 구리 및 희토류 원소의 수직 함량변화는 연구지역이 제3기 말 시기에 적도 고생산대를 지나는 동안 많은 유기물을 공급받아서 초래된 결과로 사료된다.