출처:
Lim, D. I., et al. “A buried palaeosol and late Pleistocene unconformity in coastal deposits of the eastern Yellow Sea, East Asia.” Quaternary International 121.1 (2004): 109-118.

저자:
임동일(林東一) a, 정회수(鄭回秀) a, 김병오 b, 최진용 c, 김형남 d

소속 기관

  • a: 한국해양연구원(韓國海洋研究院) 해양지질·자원연구본부 (현재 한국해양과학기술원)
  • b: 군산대학교(群山大學校) 해양·환경연구센터(SERC)
  • c: 군산대학교(群山大學校) 해양학과
  • d: 조선대학교(朝鮮大學校) 지구과학교육과

인물 정보 및 링크

임동일(林東一)

  • 소속: 한국해양과학기술원(과거 한국해양연구원)
  • 정보: 해당 논문(Lim, D.I., Jung, H.S., Kim, B.O., Choi, J.Y. and Kim, H.N., 2007. A sedimentological and geochemical study of the tidal flats in the southern part of Ganghwa Island, west coast of Korea. Continental Shelf Research, 27(13), pp.1716-1729.)의 제1저자이다. 다수의 해양 지질 및 퇴적물 관련 연구를 수행했다.
  • 링크:

정회수(鄭回秀)

김병오

최진용

김형남

 

요약: 황해(서해) 바다 밑에서 발견된 황해평원의 결정적 증거

이 연구는 현재 황해 바다 밑 깊은 곳에 묻혀 있는 ‘옛날 흙(고토양)’을 발견하고, 이를 통해 마지막 빙하기 당시 황해가 거대한 육지였다는 사실을 구체적인 증거로 입증한 내용이다.

1. 연구 배경: 빙하기의 황해

약 2만 년 전에 절정을 맞았던 마지막 최대 빙하기(LGM; Last Glacial Maximum) 시기에는 지구의 해수면이 현재보다 약 120~130m 낮았다. 평균 수심이 50m 미만으로 얕은 황해(대륙붕 지역)는 당시 바닷물이 완전히 빠져나가 한반도와 중국을 잇는 광활한 육상 평야였을 것으로 추정되어 왔다.

2. 연구 방법 및 자료

연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 황해 동부 연안에서 여러 조사를 수행했다.

고해상도 탄성파 탐사: 음파(소리 에너지)를 바다 밑으로 쏘아 되돌아오는 신호를 분석하여 해저 지층 구조를 영상화하는 기술이다. (병원에서 초음파 검사를 하는 것과 유사한 원리이다.)

심부 시추 및 샘플 분석: 해저면 아래 5m 깊이까지 파고들어가 퇴적층 샘플(시추 코어 YSD-101 등)을 확보했다.

  • 시추 코어(Drill Core): 땅속 깊은 곳의 퇴적물이나 암석을 원통형으로 길게 뽑아 올린 샘플이다. 나무의 나이테처럼 과거의 환경 기록을 담고 있어, 과거 환경을 보여주는 타임캡슐과 같다.

실험실 분석: 확보한 코어에 대해 퇴적학적(퇴적물의 종류, 크기, 구조 등 분석), 광물학적(XRD; X선 회절분석을 이용해 광물 종류 파악), 지구화학적(XRF; X선 형광분석을 이용해 화학 성분 파악) 분석을 실시했다.

연대 측정: AMS(가속질량분석기)를 이용한 방사성 탄소 연대 측정을 실시하여 퇴적층이 언제 쌓였는지 알아냈다.

3. 지층의 구분: 현재의 흙과 과거의 흙

탄성파 탐사와 시추 코어 분석 결과, 퇴적층은 뚜렷한 경계면을 기준으로 크게 두 개의 단위(Unit)로 나뉘었다.

Unit I (상부층, 0 ~ 약5m): 현재와 같은 따뜻한 시기인 홀로세(Holocene; 약 11,700년 전부터 현재까지)에 바다 환경에서 쌓인 부드러운 진흙층이다. 색상은 주로 올리브 회색(먼셀 색상표 기준 5Y 4/2)을 띤다.

Unit II (하부층, 약5m 이하): Unit I보다 훨씬 이전, 빙하기를 포함하는 플라이스토세(Pleistocene; 약 258만 년 전부터 11,700년 전까지)에 쌓인 더 오래된 지층이다.

반사면 R (Reflector R, 약5m 깊이): 두 지층을 나누는 경계면으로, 탄성파 단면에서 매우 강하게 나타난다. 이는 ‘후기 플라이스토세 부정합(Unconformity)’을 의미한다.

  • 부정합(Unconformity): 지층과 지층 사이에 긴 시간적 공백이 있는 경계면을 말한다. 땅이 물 밖으로 드러나 퇴적이 멈추고 풍화/침식된 후, 다시 물에 잠겨 새로운 퇴적물이 쌓일 때 형성된다. 지질 역사 기록에서 ‘페이지가 찢겨 나간 부분’과 같다.

4. 핵심 발견: 매몰된 고토양(Palaeosol)과 그 증거

가장 중요한 발견은 부정합(반사면 R) 바로 아래, 즉 Unit II의 최상부 구간(약 18.5m ~ 21.0m 깊이)에서 발견된 독특한 지층이다. 이 층은 과거 육상 환경에 노출되어 형성된 ‘고토양(Palaeosol)’의 명백한 특징을 보였다.

  • 고토양(Palaeosol): 과거 육지 표면에서 만들어졌다가 나중에 그 위에 새로운 퇴적물이 쌓이면서 땅속에 묻혀버린 옛날 흙을 의미한다.

이 지층이 고토양임을 뒷받침하는 구체적인 증거들은 다음과 같다.

물리적 변화 (산화와 고결): 이 고토양층은 뚜렷한 황갈색(10YR 5/4 ~ 10YR 4/4)을 띤다. 이는 퇴적물이 공기 중의 산소와 만나 산화(Oxidation; 쇠가 녹스는 현상)되었음을 의미한다. 또한, 상부의 부드러운 Unit I과 달리 반쯤 단단하게 굳은(반고결; Semi-consolidated) 상태였다.

빙하기 육상 기후의 흔적: ‘주빙하 저온 구조(Periglacial Cryogenic Structures)’가 발견되었다. 이는 빙하 주변의 매우 춥고 건조한 기후에서 땅이 얼었다 녹기를 반복하며 생기는 균열이나 뒤틀린 구조로, 당시 이곳이 추운 육지였음을 강력하게 시사한다. 또한 과거 생물의 흔적(생흔 화석; 동물의 발자국이나 벌레가 기어간 자국 등)이 돌처럼 단단하게 굳어 있었다.

광물 성분의 변화 (화학적 풍화): 점토 광물 분석 결과, 화학적 풍화(Chemical Weathering; 물이나 공기와의 반응으로 성분이 변하는 과정)에 매우 약한 스멕타이트(Smectite)라는 점토 광물 성분이 급격히 감소했다. Unit I에서는 스멕타이트 함량이 약 20%였으나, 고토양층에서는 5% 미만으로 줄어들었다. 이는 장기간 육상에 노출되어 강한 화학적 풍화를 겪었음을 의미한다.

지구화학적 증거: 풍화 지수를 나타내는 바륨(Ba) 대 스트론튬(Sr) 비율(Ba/Sr)이 매우 높게 나타났다. 육상에서 풍화가 진행되면 이동성이 높은 Sr은 물에 씻겨 내려가고 상대적으로 이동성이 낮은 Ba는 남는 경향이 있기 때문이다.

5. 연대 측정 및 환경 변화 해석

연대 측정 결과, Unit II는 방사성 탄소 연대 측정의 한계인 4만 년보다 훨씬 이전에 형성된 것으로 나타났다. 반면, 고토양 바로 위의 Unit I 하부에서는 약 9,500년 전의 연대가 측정되었다.

이는 다음과 같은 환경 변화 과정을 보여준다.

1. 과거(4만 년 이전)에 Unit II가 퇴적되었다.

2. 마지막 빙하기 동안 해수면이 하강하면서 Unit II가 육상에 노출되었고, 수만 년 동안 춥고 건조한 기후 속에서 풍화되어 고토양으로 변했다 (부정합 형성).

3. 빙하기가 끝나고 해수면이 다시 상승하면서(약 9,500년 전 이후), 고토양은 다시 바다에 잠겼고 그 위에 Unit I이 쌓였다.

6. 결론

이 2004년 연구는 황해 해저 약 18.5m 깊이에서 발견된 황갈색의 고토양층이 마지막 빙하기 동안 황해 대륙붕 전체가 육상 환경이었음을 보여주는 직접적인 물증임을 명확히 규명했다.

논문초록 (Abstract)

동아시아(East Asia) 황해(黃海) 동안에서 홀로세-후기 플라이스토세 경계를 확인하기 위해 고해상도 탄성파 탐사와 심부 시추 코어 샘플링을 수행했다. 코어 단면 분석 결과, 홀로세(Holocene) 지층(Unit I) 바로 아래, 그리고 후기 플라이스토세(late Pleistocene)(Unit II) 상부에 발달한 산화되고 건조된 퇴적층의 존재가 밝혀졌다. 이 지층은 마지막 간빙기 조간대 퇴적물로 추정된다. 매몰된 산화-퇴적층은 반고화된 황색 퇴적물로 특징지어지며, 주빙하 냉동 구조, 암석화된 생흔 화석, 스멕타이트(smectite)의 고갈, 높은 지구화학적 풍화 지수(Ba/Sr 비율)와 같은 건조 및 변질의 흔적을 보인다. 이러한 특징들은 방사성 탄소 연대 측정 결과와 함께, 해양 퇴적물에서 발달한 고토양(palaeosol)으로 정의되는 이 층이 위스콘신(Wisconsinan) 해수면 저하 기간 동안 Unit II 퇴적물이 장기간 육상에 노출된 결과로 형성되었음을 시사한다. 이는 광역적인 부정합(late Pleistocene unconformity)을 만들어냈다. 이 부정합 경계면은 시추 코어 단면에서 관측된 뚜렷한 근지표 반사면(R)에 해당하며, 황해 대륙붕 전역에서 광범위하게 추적된다. 결과적으로, 탄성파 반사면과 관련된 이 매몰 고토양층은 동아시아 주변해의 제4기 후기 환경 변화를 이해하고 통합적인 층서 대비를 하는 데 핵심적인 기준층을 제시한다.

 

논문 결론 (Conclusion)

위스콘신(Wisconsinan) 해수면 저하 기간 동안 황해(黃海) 대륙붕의 환경 및 해수면 변화는 뚜렷한 건조층과 특이한 주빙하 냉동 구조로 특징지어지는 매몰 산화-퇴적층으로 대표된다. 이 층은 두 개의 주요 해양 퇴적 순서(홀로세와 후기 플라이스토세 단위)를 정의하는 데 도움을 주는 기초를 제공하며, 해양 퇴적물 위의 고토양(palaeosol)으로 기술될 수 있다. 이는 한국(韓國) 해안뿐만 아니라 홍콩(香港) 전역에 널리 분포한다.