Antarctica’s Glacial History 이강일 이재익 박지우

목차 남극 빙하의 역사를 정의하기 위한 PROXY의 기준 1. Oxygen Isotope Record 2. Global Sea-level Record 3. Ice-Rafting Record 4. Increased Bottom Current Activity 5. Shifts in Sedimentary Facies and Biogeographic Zones 저는 남극 빙하의 역사에서도 남극 빙하의 역사를 정의하는 PROXY에 관해 발표할 것입니다. PROXY의 의미는 사전적으로는 대리인 이었으나 여기서 사용된것을 보면 환경변화를 나타내는 인자 등을 말하는 것으로 보입니다. 산소 동위원소 기록, 세계 해수면 기록, IRD 기록, 저층수 해류의 활동, 퇴적상과 생물지리학적 변화 에 대해 알아보겠습니다.

Marine Sedimentary Record 극지 기후는 Ice Sheet의 약화와 강화로부터 해수면 상승과 하강을 결정 최초의 Antarctica 기록에 대한 탐험은 ice sheet의 확장과 축소의 역사를 알기위한 목적 Antarctica의 복잡한 빙하역사를 해결하는 것이 목적 극지 기후의 균형은 북반구 Ice Sheets의 약화와 강화로부터 해수면 상승과 하강을 결정합니다. 남극 역시 북반구와 비슷한 역할을 합니다. 최초의 Antarctica 기록에 대한 탐험은 ice sheet의 확장과 축소의 역사를 보여주었고. 반세기가 지난 후 탐험은 Antarctica의 복잡한 빙하역사를 해결하는 것이 목적이었습다. 하지만 현재까지도 풀리지 않은 의문점들이 많습니다.

▶ DSDP 와 ODP를 통한 drilling 자료 획득 ▶ 코어링을 통한 심해 퇴적물 필요 ▶ DSDP 와 ODP를 통한 drilling 자료 획득 ▶ DSDP 28, ODP 119, ODP 178 위치에서 획득한 자료가 남극해의 중요한 영향을 끼침 코어링한 심해 퇴적물로 획득한 자료로만 자료 해석이 가능합니다. 그래서 배를 통해 ice를 깨어 대륙에서 먼쪽의 코어링를 했습니다. 피겨 6.2는 심해저 시추 계획인 DSDP와 해저 지각 시추 프로그램인 ODP를 통한 시추지점을 나타낸 것입니다. DSDP 27과 ODP 119, ODP178의 자료만이 남극해를 해석하는데 도움을 줬습니다.

Oxygen Isotope Record δ18의 기록을 통한 빙하의 부피변화 δ18 를 통한 염분의 변화 저서성 유공충으로 부터 δ18변화 측정 planktonic foraminifera를 이용한 δ18 측정 빙하의 부피 변화는 δ18 의 기록입니다. δ18 의 시간의 변화는 널리 PROXY 사용되고 있으며 이 방법은 바닷물의 온도에 빙하 부피의 증가 혹은 감소 로 인해 δ18 의 양이 결정된다. 온도와 부피 증가는 매우 밀접한 관계입니다. 염분 역시 바닷물에서 δ18 의 농도에 영향을 줍니다. 바닷물에서 1 퍼밀 올라가면 0.5% 의 δ18 변화가 생깁니다. 저서성 foraminifer로부터 움직이는 산소동위원소의 값을 측정합니다. 이때 저층수의 온도 그리고 염분은 다양하지 않다는 가정이 있어야 하며 그래야 ice 부피의 영향이 δ18 의 농도에 영향을 준다는 것이 입증됩니다. 열대 해양에서부터 온 planktonic foraminifera를 사용하여 동위원소 18 의 값을 측정하는 방법도 있습니다.

▶ 산소 동위 원소 변화 ▶ 지구 ICE 부피의 변화 수 년동안 두 방법이 지구의 많은 드릴링 지역에 사용되었습니다. 그 결과 fig 6.3 의 산소 동위원소 커브를 만들어냈습니다. 이것은 의미 있는 지구의 ice 부피의 변화를 나타냅니다.

▶ Drilling 자료로 부터 Eocene 후기부터 Holocene 의 기록을 보여줌 앞의 피겨 6.3에서 나타난 자료와 이 그림에서 보여지는 eocene과 oligocene에서 나온 자료와 일치함을 알 수 있었습니다.

▶ Vostok Ice cores 에서 추출된 자료 자료를 통해 해석하기 용이한 동위원소 커브는 450000년 전까지 가능해졌습니다. 그리고 이 자료는 지난 Pleistocene 의 ice 부피 커브의 대안으로 받아들여졌다. 이 자료는 Vostok Ice cores에서 얻어진 것입니다.

Global Sea-level Record 해수면 변동은 지구에서 가장 직접적인 부피변화측정의 지표 전 지구적 해수면 변동은 수십 내지 수천년에 걸쳐 발생 해수면 변동은 지구에서 가장 직접적인 부피변화측정의 지표입니다. 북반구 빙상의 전 지구적 변화는 지난 2,3백만년 전에 시작되었으며, 고해상도 탄성파 자료값 변동으로 명확히 나타납니다. 수십미터의 해수면 변동은 빙상의 부피 변화나 해령과 같은 해저 바닥 지층의 부피 변화에 의한 것입니다. 이러한 전 지구적 해수면 변동은 수십 내지 수천년에 걸쳐 일어나며, 판의 구조적 변화가 수백만 년 걸리는 것과는 대조적입니다.

▶ 빙하의 산소 동위원소 기록은 0.11ppm으로 계산 ▶ 산소 동위원소 Curve는 빙하기-간빙기간 해수면 변동의 간접적 정황으로서 이용 빙하의 산소 동위원소 기록은 0.11ppm으로 계산되었으며, 현재 남극 빙상 동위원소의 구성비를 추측한 것입니다. 산소 동위원소 Curve는 빙하기-간빙기간 해수면 변동의 간접적 정황으로서 이용되어왔습니다. 탄성파를 이용한 층서학적 연구를 통해 얻어진 해수면 곡선그래프와 18번 산소 동위원소 분석으로부터 얻어진 빙하 체적 곡선그래프간의 연대 측정학적 상관관계가 있습니다. 일반적으로, 올리고세에서 현재까지의 산소 동위원소 Curve와 해수면 Curve간에는 일치함를 보입니다. 이는 산소동위원소 기록과 탄성파 층서 기록간의 일치가 해당 time scale에서의 빙상 발달의 증거로서 이용될 수 있음을 암시합니다.

Ice-Rafting Record 심해 퇴적물 안의 IRD는 남극 대륙 지질사를 설명하는데 이용 IRD측정을 통한 문제점은 남극 주변에 쌓이는 hemipelagic 퇴적물이 다양한 구성 성분의 측정 불가능과 실질적으로 측정이 불가능한 심해저의 퇴적속도 심해 퇴적물 안의 IRD는 남극 대륙 지질사를 설명하는데 이용되어왔습니다. IRD의 양과 빙하의 확장/수축간 상관관계에 대한 연구를 통해 다양한 추측이 생겨나고 있습니다. 어떤 이는 Ice-rafting의 증가가 빙하기 전성기 동안 일어났다고 주장하며, 다른 이들은 IRD의 양의 증가가 빙하기 전성기를 반영한다고 주장합니다. 또 어떤 이는 빙하기 동안, ice rafting이 빙하기 조건과 대륙으로부터의 거리에 따라 증가되거나 감소했다고 주장했습니다. 이러한 의견 차로 추측컨데, 코어의 IRD값 변화는 과거 빙하기 시나리오를 뒷받침하는 최고의 자료로서의 이점을 가지고 있습니다. IRD 접근으로써의 문제점은 가장 깊은 심해의 퇴적물, 특히 남극 주변에 쌓이는 hemipelagic 퇴적물은 다양한 구성 성분과 실질적으로 측정이 불가능한 심해저로의 퇴적속도를 가집니다.

Ice-Rafting Record IRD는 암석학적 변화에 관한 정보는 제공하지 않음 남극 대륙사면과 대륙대의 피스톤 코어는 빙하기 IRD가 거의 없는 mud, 줄무늬 구조 silt, 중력류에 의한 퇴적물이 나타남 생물기원 세립질 육성 퇴적물이 가장 풍부하며 IRD는 보통 체적비율 3% 이내로 전체 퇴적물 중에 적은 비율을 차지합니다. IRD 곡선그래프는 종종 코어의 암석학적 변화에 관한 정보는 제공하지 않으며, 결과적으로 IRD 양의 퇴적학적 영향에 대한 추측은 불가능합니다. 대륙붕을 지나 심해저 바닥에 도달하는 세립질 육성 퇴적물의 양은 빙하기 해양 상태, 퇴적물 덩어리의 이동, 해양 순환에 따라 변합니다. 남극 대륙사면과 대륙대의 피스톤 코어는 빙하기 IRD가 거의 없는 mud, 줄무늬 구조 silt, 중력류에 의한 퇴적물이 나타납니다. 이들 암석학적 변화는 대륙사면에서 심해저 바닥으로의 퇴적물 수송의 변화를 반영하며, 이것의 차이는 심해저 퇴적물의 IRD 조성비를 명확하게 나타냅니다.

▶ 서태평양-남대서양 지역의 표층 퇴적물의 육성 기원 sand와 gravel 구성비를 나타낸 map 이 샘플에서는 입도분석을 하지 않았으며, 조립질 육성기원 퇴적물의 구성비가 지역스케일에 따라 상당히 다양하단 것에 주목해야합니다. 남동 태평양에서만 빙하의 구성비와 대륙으로부터의 거리나 빙산 이동 흔적간의 어느 정도 연관성이 있음을 발견했습니다. 가장 강한 연관성은 퇴적물의 종류와의 관계입니다.

Increased Bottom Current Activity 열공을 통해 저층수와 저층수의 흐름을 해석 퇴적물 크기를 통한 저층수의 속도변화 열공은 지자기 층서학과 생층서학 등의 데이터를 측정하는데 사용하기도 하나 열공을 통해 저층수와 저층수의 흐름을 해석할 수 있습니다. 이 연구를 통해 퇴적물 사이즈의 변화와 입자분포의 변화가 저층수의 속도 변화를 나타낸 다는 것을 발견했습니다.

Increased Bottom Current Activity Paleovelocity 와 대륙 빙하의 조건과 관계 <가설> - Hiatus 는 빠른 저층수에 의해 형성 - 저층수의 속도 증가는 저층수의 양의 증가로 해석 - 저층수는 AABW - AABW의 증가는 빙붕의 증가 - 빙붕은 오직 WAIS와 관련 고대 저층수의 속도변화가 대륙에 존재하는 빙하의 조건과 관계가 있습니다. 이를 입증하기 위해서는 다음의 다섯가지 가설이 필요합니다. Hiatus는 빠른 저층수에 의해 형성됩니다. 저층수의 속도즐가는 저층수의 양의 증가로 해석됩니다. 저층수는 남극 저층수로 가정합니다. 남극저층수는 높은 염분이 필요하기에 빙붕의 아래쪽이 결빙하여 염분이 높아졌다고 생각하여 남극 저층수의 증가가 곧 빙붕의 증가를 나타낸다고 가정합니다. 마지막으로 빙붕은 오직 서 남극 빙상과 관련있다고 가정합니다. 위의 추측과 가설을 통해 심해 저층수와 빙붕, 빙상의 존재가 관련이 있다고 추측하였으나 이에 맞지 않는 데이터와 빛의 광량을 무시한 데이터이기 때문에 남극 빙하의 역사를 나타낼때는 사용되지 않습니다.

Shifts in Sedimentary Facies and Biogeographic Zones 남극 주변 표층수의 생 규산질 상을 기록 생 규산질은 남극 대륙의 규조류가 이동되어 생성 육지기원 퇴적물과 생물기원 규소의 변화는 해빙과 관련 남극 주변 표층수는 광범위한 생규산질 상을 기록하고 있습니다. 이 생규산질은 북쪽에서 대략적으로 남극 경계 지역까지 확산되었습니다. 남쪽에 위치한 생 규산질 경계부분은 대륙과 깊은 연관이 있는데 그 이유는 이 부분에 위치한 규조류가 남극 대륙으로 부터 기원한 것이기 때문입니다. 이로써 육지기원 퇴적물과 생물기원 규소의 변화가 해수위에 존재하는 해빙의 변화과 관련이 있다고 나타났습니다. 이를 통해 생물지리구 변화를 나타낼 수 있으며 해양 경계면의 위도변화 또한 측정이 가능합니다. 퇴적물 상의 위도변화와 시간에 따른 생물지리구 변화가 표층해수의 온도 변화와 해양 경계면의 위치 변화를 보여줍니다. 하지만 남극 빙하 양의 변화는 나타내지 않습니다.