해수-퇴적물 경계면을 지나는 우라늄 제거 과정과 플럭스 연구: 생지화학적 접근

Processes and Fluxes of Uranium Removal Across the Sediment-Water Interface: A Biogeochemical Approach

해수에서 퇴적층으로 향하는 우라늄 제거 과정과 플럭스를 연구하기 위해 1996년 10월 16일과 1997년 8월 25일에 천수만 입구지역에서 공극수와 해저상자(benthic chamber, BC) 내부시료를 채취하였다. 공극수로부터 추정된 우라늄 플럭스는 해수~퇴적물 경계면에서 0.112~0.566 mg/$m^2yr$ 이었으며, 해수에서 퇴적물로 제거되는 양상을 보였다. 황해 전체로는 $4.3{\sim}21.5{\times}10^7$ g/yr의 우라늄이 제거되며 이는 전지구적 제거 플럭스의 0.4~2.2%에 달하는 값이다. 같은 방법으로 추정된 영양영 플럭스는 암모니아성 질소 135.6 mmol/$m^2yr$, 질산성 질소 228.2 mmol/$m^2yr$, 인산염 36.8 mmol/$m^2yr$, 그리고 규산염 23.9 mmol/$m^2yr$로 공극수에서 저층 해수로 용출되고 있다. 공극수중 질산성 질소와 퇴적물 망간의 수직 분포도로부터 산화환원 경계층이 퇴적물 표충하 3~5 cm 깊이에 존재함을 추정할 수 있었다. BC를 이용한 인산염 플럭스는 28.5 mmol/$m^2yr$로서 공극수를 통한 추정값과 비슷하였다. 반면에 BC를 이용한 우라늄과 규산염 플럭스 추정치는 공극수에 의한 값보다 두 자릿수 정도로 큰 값을 나타내었다. 공극수내 농도 분포로부터 추정된 우라늄과 영양염의 플럭스 추정치가 BC를 통한 추정치보다 더욱 신뢰도가 높다고 판단된다.

In order to estimate the uranium flux from seawater to sediments, we took pore water samples and deployed benthic chambers on seafloor of Chonsu Bay, Korea. The uranium flux across the sediment-water interface was estimated from the pore water to be 0.112-0.566 mg/$m^2yr$, corresponding to a removal flux of $4.3-21.5{\times}10^7$ gU/yr for the entire Yellow Sea. Nutrient fluxes from sediment to bottom water were estimated to be 135.6 mmol/$m^2yr$ for ammonia, 228.2 mmol/$m^2yr$ for nitrate, 36.8 mmol/$m^2yr$ for phosphate and 23.9 mmol/$m^2yr$ for silicate. The redox boundary, based on the distribution of pore water nitrate and solid phase manganese, was located at 3-5 cm below the sediment surface. Phosphate flux obtained by benthic chambers was 28.S mmol/$m^2yr$. On the other hand, estimates of uranium and silicate fluxes were orders of magnitude greater than those based on pore water profiles. Flux estimates on the basis of pore water concentration is believed to have greater reliability than those obtained from benthic chamber data.