출처:

Liu, J., Saito, Y., Kong, X., Wang, H., Wen, C., Yang, Z. and Nakashima, R. (2010) ‘Delta development and channel incision during marine isotope stages 3 and 2 in the western South Yellow Sea’, Marine Geology, 278(1-4), pp. 54-76.

ISSUE

1. 서남황해도 최종빙기절정기 때는 육지였다.

2. 당시 강의 흐름

그림 7. 서남황해(西黃海) 해저에 묻힌 고대 강줄기 분포도

그림 7: 서남황해 해저 아래에 분포하는 얕게 묻힌 수지상 배수 시스템. 짙은 회색 선은 천부 탄성파 탐사 측선을 나타내고, 등고선은 수심(미터)을 보여준다. 원은 코어의 위치를 나타낸다. 하도의 깊이는 현재 해수면 아래 미터(bpsl)이며, 1550 m/s의 음파 속도를 기준으로 계산했다.  

3. 지난 14만 년간의 해수면 변화와 퇴적 과정

그림 15: 지난 14만 년 동안의 해수면 변화(Chappell et al., 1996)와 서남황해 퇴적 시퀀스와의 상관 관계. 퇴적 단위(DU 1-DU 8)가 상단에 표시되어 있고, 탄성파 경계면 T1-T6와 MIS 5 냉수 퇴적물의 기저 경계(Tcwd)가 다양한 퇴적 단위 사이에 삽입되어 있다. 해양 동위원소 시기 1-6(MIS 1-MIS 6)이 하단에 표시되어 있다.  

Chappell, J., Omura, A., Esat, T., McCulloch, M., Pandolfi, J., Ota, Y., Pillans, B., 1996. Reconciliation of late Quaternary sea levels derived from coral terraces at Huon Peninsula with deep-sea oxygen isotope records. Earth and Planetary Science Letters 141, 227-236.

 

Delta development and channel incision during marine isotope stages 3 and 2 in the western South Yellow Sea.

빙하기가 빚어낸 서남황해의 고대 지형: 삼각주 형성과 강의 침식 작용

Jian Liu a.b.*, Yoshiki Saito, Xianghuai Kong, Hong Wang b, b Chun Wen d. d, Zigeng Yang b, Rei Nakashima.

류건(劉健)a,b,*, 사이토 요시키(Yoshiki Saito), 공상회(孔祥淮), 왕홍(王洪)b, 온춘(溫春)d, 양자경(楊子庚)b, 나카시마 레이(Rei Nakashima).

  • aKey Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao, 266071, PR China
    중국 국토자원부, 해양 탄화수소 자원 및 환경 지질 핵심 연구소, 청도(靑島), 266071
  • bQingdao Institute of Marine Geology, Qingdao, 266071, PR China
    청도(靑島) 해양지질연구소, 청도(靑島), 266071
  • cGeological Survey of Japan, AIST, Central 7, Higashi 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8567, Japan
    일본(日本) 산업기술종합연구소 지질조사소, 이바라키현(茨城縣) 쓰쿠바시(つくば市) 히가시(東) 1-1-1 중앙 제7사업소, 305-8567
  • dOcean University of China, Qingdao, 266003, PR China.
    중국 해양대학, 청도(靑島), 266003

Keywords: South Yellow Sea, paleo-channels, paleo-delta, Late Pleistocene, sea-level changes.
키워드: 남황해(南黃海), 고하도(古河道), 고삼각주(古三角洲),후기 플라이스토세, 해수면 변화

논문 요약

이 논문은 지구의 기후가 추웠던 마지막 빙하기 전후 시기에, 지금은 바다인 서남황해(西黃海) 지역이 어떻게 땅으로 변했다가 다시 바다로 변했는지, 그 과정에서 고대 황하(黃河)가 어떤 지형을 만들었는지를 밝혀낸 연구이다.

요약

이 연구는 최신 장비로 서남황해(西黃海)의 해저 지층을 탐사하고, 퇴적물 코어를 분석하여 과거의 비밀을 밝혔다. 연구의 핵심 결론은 다음과 같다.

약 6만 년 전부터 4만 년 전 사이, 기후가 지금보다 다소 서늘했지만 빙하기만큼은 아니었던 시기(해양 동위원소기 3기)에, 고대 황하(黃河)가 엄청난 양의 흙과 모래를 실어와 서남황해(西黃海) 지역에 거대한 삼각주를 만들었다.

그 후, 약 2만 년 전 마지막 빙하기가 절정에 달했을 때(해양 동위원소기 2기), 해수면이 120m 이상 낮아지면서 이 삼각주 전체가 육지로 드러났다. 이때 고대 황하(黃河)는 자신이 만든 삼각주 위를 흐르며 깊고 넓은 강줄기(하도)를 파냈다.

빙하기가 끝나고 해수면이 다시 높아지자, 파였던 강줄기는 강과 바닷물 퇴적물로 다시 채워졌고, 오늘날과 같은 서남황해(西黃海)의 모습을 갖추게 되었다.

결론적으로 서남황해(西黃海)의 해저 지형은 빙하기를 거치며 발생한 해수면의 극적인 변화와 황하(黃河)의 막대한 퇴적물 공급이 만들어낸 합작품이다.

1. 개요: 무엇을 연구했나?

지구의 역사를 보면, 빙하기와 간빙기가 반복되면서 해수면은 오르내림을 반복했다. 해수면이 낮아지면 넓은 대륙붕이 육지로 드러나고, 강은 이 새로운 땅 위를 흐르며 깊은 계곡을 만든다. 이후 해수면이 다시 오르면 이 계곡들은 퇴적물로 채워져 흔적만 남게 된다.

이 연구는 중국과 한반도 사이에 있는 얕은 바다인 남황해(南黃海)를 주목했다. 이곳은 마지막 빙하기 때 해수면이 크게 낮아지면서 완전히 육지로 드러났던 곳이다. 과거에도 이 지역에 대한 연구가 있었지만, 데이터가 부족하여 고대 삼각주나 강줄기가 정확히 언제, 어떻게 만들어졌는지에 대해 논란이 많았다.

이 연구팀은 최신 장비로 수집한 방대한 양의 해저 지층 단면 자료와 퇴적물 시추 코어를 분석하여, 마지막 빙하기를 전후한 시기(해양 동위원소기 3기와 2기)에 서남황해(西黃海)에서 삼각주가 어떻게 만들어지고, 강이 어떻게 그 위를 파고들었는지를 명확히 밝히는 것을 목표로 삼았다.

그림 1: 겨울철 황해 및 인접 해역의 수심과 지역 순환 패턴에 대한 개략도 (Su, 1986; Guan, 1983을 수정). 수심 단위는 미터. 점선 사각형은 연구 지역을 나타낸다. SYS, 남황해; NYS, 북황해; BS, 발해 해협; KC, 쿠로시오 해류; YSWC, 황해 난류; TC, 쓰시마 해류; TWC, 대만 난류; YSCC, 황해 연안류; SKCC, 남한 연안류; SSCC, 남산동 연안류; NJCC, 북강소 연안류; CDW, 장강 담수; ECSCC, 동중국해 연안류.

이 지도는 연구 지역인 남황해(SYS, South Yellow Sea)를 포함한 주변 바다의 깊이와 겨울철 해류의 흐름을 보여준다. 점선 사각형이 주요 연구 지역이다. 황해(黃河)와 양자강(揚子江) 같은 큰 강들이 이 바다로 흘러든다.

2. 연구 방법: 과거를 어떻게 들여다봤나?

연구팀은 과거의 지형을 복원하기 위해 다음과 같은 첨단 과학 기술을 사용했다.

  • 해저 지층 탐사 (탄성파 탐사): 배에 특수 장비를 싣고 다니며 해저를 향해 음파를 쐈다. 음파가 지층에 맞고 되돌아오는 시간을 분석하여, 마치 CT 촬영을 하듯 해저 아래에 묻혀 있는 지층의 단면도를 그렸다. 총 4,100km에 달하는 방대한 지역을 탐사했다.
  • 퇴적물 채취 (코어링): 해저 땅속으로 긴 관을 박아 넣어, 과거부터 현재까지 순서대로 쌓인 퇴적물 기둥(코어)을 뽑아냈다. 총 3곳에서 60m가 넘는 깊이의 코어를 채취했다. 이 코어는 과거 환경의 역사를 담은 ‘타임캡슐’과 같다.
  • 실험실 분석: 채취한 코어를 실험실로 가져와 정밀 분석했다.
    • 퇴적물 입자 분석: 흙이 모래인지, 실트인지, 진흙인지 분석하여 과거 물의 흐름이 강했는지 약했는지를 알아냈다.
    • 점토 광물 분석: 퇴적물 속 점토의 종류를 분석했다. 특히 ‘스멕타이트’라는 광물은 황하(黃河)에서 온 퇴적물이라는 강력한 증거가 된다.
    • 미화석 분석: 퇴적물 속 작은 고대 생물(유공충, 개충류)의 화석을 분석하여, 과거 그곳이 강이었는지, 바다였는지, 물은 차가웠는지 등을 알아냈다.
    • 연대 측정: 퇴적물이 언제 쌓였는지 알기 위해 방사성탄소 연대측정(AMS ¹⁴C)과 광자극발광 연대측정(OSL)이라는 두 가지 방법을 사용했다.

이 모든 데이터를 종합하여, 연구팀은 과거 서남황해(西黃海)의 지형 변화를 시간 순서대로 재구성했다.

그림 2: 황해 및 인접 해역의 표층 퇴적물 분포 (Li et al., 2005를 수정). 퇴적물 분류 체계는 셰퍼드(Shepard, 1954)를 따랐다. 점선 사각형은 연구 지역을 나타낸다. OYRD, 1128년에서 1855년 사이에 형성된 구황하 삼각주; SMW, 산동 이질체; CSYSM, 남황해 중앙 이토; ESYSTR, 동남황해 사퇴; JTSR, 강소 조류 사퇴; HMB, 흑산 이질대; YSS, 양자강 모래톱.  

현재 황해(黃海) 바닥이 어떤 종류의 퇴적물로 덮여 있는지를 보여주는 지도이다. 모래, 진흙, 자갈 등 다양한 퇴적물이 복잡하게 섞여 있으며, 이는 과거와 현재의 해류, 강물의 영향을 반영한다.

그림 3: 연구 지역의 지리적 지도. 고해상도 천부 탄성파 탐사 측선과 코어 SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803, QC 2의 위치를 보여준다. 굵은 선은 그림 4-6에 표시된 선택된 측선을 나타낸다. 수심 단위는 미터.  

탄성파 탐사를 진행한 경로(검은 선)와 퇴적물 코어를 채취한 지점(원)을 보여준다. 이 자료들을 바탕으로 과거 지형을 복원했다.

표 1: 이 논문에서 언급된 모든 코어의 위치, 고도 및 코어 깊이.  

이 연구에서 사용된 3개의 코어(SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803)와 비교 분석에 사용된 QC 2 코어의 위도, 경도, 수심, 코어 길이를 정리한 표이다.

표 2: 코어 SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803의 ¹⁴C 연대 목록.  

3개 코어의 깊이별로 채취한 조개껍데기, 식물 파편 등의 시료를 분석한 방사성탄소 연대측정 결과를 보여준다. 이를 통해 퇴적층의 나이를 알 수 있다.

표 3: 코어 SYS-0701, SYS-0702의 OSL 연대 목록.  

코어에서 채취한 모래 퇴적물의 OSL 연대측정 결과이다. 방사성탄소 연대측정이 불가능한 오래된 지층의 나이를 밝히는 데 사용되었다.

3. 연구 결과: 무엇을 발견했나?

1) 거대한 고대 삼각주의 발견 (해양 동위원소기 3기)

해저 지층 단면도를 분석한 결과, 지금의 바다 밑에 거대한 고대 삼각주가 묻혀 있는 것을 발견했다. 퇴적물 코어 분석을 통해 이 삼각주의 특징을 밝혔다.

  • 황하(黃河)의 흔적: 삼각주 퇴적물에는 스멕타이트라는 점토 광물이 다량 포함되어 있었다. 이는 이 삼각주가 고대 황하(黃河)가 운반한 퇴적물로 만들어졌다는 결정적 증거다.
  • 삼각주의 구조: 퇴적층은 아래는 고운 진흙, 위로 갈수록 굵은 모래로 구성된 전형적인 삼각주 구조(상향 조립화)를 보였다. 이는 강물이 바다로 흘러들며 점차 육지를 넓혀나간 과정을 보여준다.
  • 형성 시기: 연대측정 결과, 이 삼각주는 약 6만 년 전 시작되어 약 4만 년 전까지 형성된 것으로 나타났다. 이 시기는 해수면이 지금보다 약 40~80m 낮았던 때로, 고대 황하(黃河)가 현재의 황해(黃海) 한가운데까지 흘러 삼각주를 만들기에 적합한 조건이었다.

그림 4-6. 해저 지층 탄성파 단면도

그림 4: 코어 SYS-0701을 통과하는 남북 방향 탄성파 단면의 일부 (a)와 코어 SYS-0702 및 QC 2를 통과하는 서동 방향 탄성파 단면의 일부 (b). 천부 지층에 6개의 주요 탄성파 경계면(T1-T6)이 표시되어 있으며, (b)에서 T1 위의 점선은 조류 사퇴의 기저 경계를 나타낸다. 측선 위치는 그림 3을 참조. TWTT, 왕복 주시.  

그림 5: (a) 코어 SYS-0803을 통과하는 남북 방향 탄성파 단면의 일부. 연구 지역 중앙에서 탄성파 경계면 T3로 표시된 주 하각곡을 보여준다. (b) 연구 지역 중앙의 주 하각곡을 가로지르는 서동 방향 탄성파 단면의 일부. 하도는 계단식 단면 형태를 보여준다. 측선 위치는 그림 3을 참조. TWTT, 왕복 주시.  

그림 6: (a) 계단식 단면 형태를 보이는 중간 규모의 하각곡을 가로지르는 남북 방향 탄성파 단면의 일부. 삼각주 단위 내의 내부 절삭면이 T4와 T5로 표시되어 있다. (b) T1/2와 T4 사이의 탄성파 단위에서 하부 퇴적물과 점진적인 접촉을 보이는 혼돈된 탄성파상과, T4와 T5 사이의 탄성파 단위에서 전진 방향으로 모양이 변하는 클리노폼 반사를 보여주는 남북 방향 탄성파 단면의 일부. 측선 위치는 그림 3을 참조. TWTT, 왕복 주시.  

탄성파 탐사로 얻은 해저 지층의 단면 이미지이다. 땅속에 겹겹이 쌓인 퇴적층(T1-T6)과 과거 강에 의해 파인 U자 또는 V자 모양의 계곡(channel), 그리고 삼각주 퇴적층(clinoform)의 모습을 선명하게 보여준다.

그림 8: (a) 해양 동위원소 시기 3(MIS 3) 동안 서남황해의 삼각주 분포. 음영 지역으로 표시했다. (b) T2와 T4 사이(근역 삼각주 전면 및 삼각주 평원) 탄성파 단위 상부 표면의 고도. 하각곡의 영향을 무시했으며, 단위는 현재 해수면 아래 미터(bpsl)이다.  

(a) 탄성파 자료를 바탕으로 복원한 고대 삼각주의 분포 범위(음영 지역)를 보여준다.  (b) 삼각주 상부 표면의 깊이를 나타낸 지도로, 해안에서 멀어질수록 깊어지는 경향을 보인다. 이는 삼각주가 형성될 당시 해수면이 점차 낮아졌음을 시사한다.

그림 9-11. 퇴적물 코어 분석 결과


그림 9: 코어 SYS-0701의 지질 주상도. 연대는 AMS ¹⁴C 연대 측정과 OSL 연대 측정을 통해 얻었다. T1에서 T6는 층서 준위에 해당하는 탄성파 경계면이다. Tcwd는 MIS 5의 냉수 퇴적물 기저 경계를, BOYRSD는 구황하 해저 삼각주의 기저를 나타낸다. DU 1에서 DU 8은 퇴적 단위이다.  

그림 10: 코어 SYS-0702의 지질 주상도. 범례와 기호는 그림 9와 동일하다.  

그림 11: 코어 SYS-0803의 지질 주상도. 범례와 기호는 그림 9와 동일하다.  

3개 코어(SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803)의 깊이별 퇴적물 종류, 퇴적 구조, 화석, 연대측정 결과를 종합한 지질주상도이다. 과거 환경이 어떻게 변해왔는지 시간 순서대로 보여주는 핵심 자료이다.

2) 삼각주를 파고든 고대 강줄기 (해양 동위원소기 2기)

빙하기가 절정에 달하자, 해수면이 120m 이상 급격히 낮아지면서 거대한 삼각주는 완전히 육지가 되었다. 이때 고대 황하(黃河)와 주변 강들은 이 땅 위를 흐르며 깊고 넓은 강줄기를 파냈다.

  • 강줄기 네트워크: 탄성파 자료를 통해 나뭇가지처럼 뻗어 나가는 수지상 패턴의 고대 강줄기 네트워크를 지도에 그릴 수 있었다. 이 강줄기들은 해안가에서 바다 쪽으로 갈수록 점점 깊어진다.
  • 계단식 지형: 큰 강줄기들의 단면은 계단 모양을 하고 있었다. 이는 해수면이 한 번에 쭉 낮아진 것이 아니라, 중간에 몇 차례 오르내림을 반복하면서 강이 단계적으로 땅을 깎아냈음을 의미한다.

그림 7. 서남황해(西黃海) 해저에 묻힌 고대 강줄기 분포도

그림 7: 서남황해 해저 아래에 분포하는 얕게 묻힌 수지상 배수 시스템. 짙은 회색 선은 천부 탄성파 탐사 측선을 나타내고, 등고선은 수심(미터)을 보여준다. 원은 코어의 위치를 나타낸다. 하도의 깊이는 현재 해수면 아래 미터(bpsl)이며, 1550 m/s의 음파 속도를 기준으로 계산했다.  

탄성파 탐사 자료를 바탕으로 복원한 고대 강줄기(paleo-channel)의 모습이다. 마치 나뭇가지처럼 복잡하게 얽힌 강줄기들이 서남황해(西黃海) 전체에 넓게 분포하고 있음을 보여준다. 색깔은 강바닥의 깊이를 나타낸다(붉은색이 얕고 푸른색이 깊음).

3) 다시 바다로 (빙하기 이후)

빙하기가 끝나고 기후가 따뜻해지면서 해수면은 다시 빠르게 상승했다. 이 과정에서 파였던 강줄기들은 퇴적물로 채워졌다.

  • 채워지는 과정: 처음에는 강에서 온 퇴적물이 쌓이다가, 바닷물이 계곡 안으로 밀려 들어오면서 강과 바다가 만나는 하구 환경의 퇴적물이 쌓였다.
  • 흔적 지우기: 해수면이 계속 상승하면서 파도의 힘이 강해져, 하구 퇴적층의 윗부분을 평평하게 깎아내는 해침 침식면을 만들었다. 그리고 그 위를 완전히 바다 환경의 퇴적물이 덮으면서 오늘날과 같은 해저 지형이 완성되었다.

그림 12. 4개 코어의 층서 대비도

그림 12: 코어 SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803, QC 2 간의 층서 대비. 모든 코어의 고도는 현대 평균 해수면(MSL)을 기준으로 한다. T1에서 T6는 층서 준위에 해당하는 탄성파 경계면이며, Tcwd는 MIS 5 냉수 퇴적물의 기저 경계를 나타낸다. 코어 SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803의 연대는 그림 9-11과 표 2를, 코어 위치는 그림 3을 참조. 일부 OSL 연대는 공간 제약으로 표시하지 않았다. 자료 출처: 이 연구의 코어 SYS-0701, SYS-0702, SYS-0803 및 Yang(1993)과 Ye et al.(1996)의 코어 QC 2.  

이 연구의 3개 코어와 기존의 QC 2 코어를 나란히 놓고, 같은 시기에 쌓인 지층(T1-T6 등)을 서로 연결하여 비교한 그림이다. 이를 통해 연구 지역 전체의 지질학적 역사를 종합적으로 파악할 수 있다.

그림 13. 코어의 미화석 분석 결과

그림 13: 코어 SYS-0701에서 깊이에 따른 유공충과 패충류의 풍부도 및 단순 다양성(a-d), 냉수성 패충류 종의 함량(e) 변화. 코어 SYS-0702에서 깊이에 따른 유공충과 패충류의 풍부도 및 단순 다양성(f-i), 냉수성 패충류 종의 함량(j) 변화. 코어 SYS-0803에서 깊이에 따른 유공충의 풍부도(k) 및 단순 다양성(l), 평균 입도(m), A. beccarii 변종의 함량(n), 냉수성 패충류 종의 함량(o) 변화. 냉수성 해양 패충류 종은 Sarsicytheridea bradyi (Norman), Heterocyprideis facis (Brady et Norman), Rabilims cf. septentrionalis (Brady), Acanthocythereis sp.를 포함한다. T1-T6와 Tcwd는 그림 9와 동일하다.  

코어 깊이에 따른 미화석(유공충, 개충류)의 개체 수와 종의 다양성 변화를 보여주는 그래프이다. 화석의 변화를 통해 과거의 수심, 수온, 염분 등 환경 변화를 상세하게 복원할 수 있다.

그림 14. 코어의 점토 광물 성분 변화

그림 14: 코어 SYS-0701(a-d)과 코어 SYS-0803(e-h)의 점토 광물 조성의 깊이에 따른 변화. T1-T6와 Tcwd는 그림 9와 동일하다.  

코어 깊이에 따른 점토 광물(일라이트, 스멕타이트 등)의 비율 변화를 보여준다. 특히 스멕타이트의 비율이 높은 구간은 황하(黃河)의 영향을 강하게 받았음을 의미한다.

4. 결론 및 시사점: 이 연구가 알려주는 것

이 연구는 서남황해(西黃海) 해저 지형의 형성 과정을 시간 순서대로 명확하게 밝혔다.

  • 결론: 서남황해(西黃海)는 해수면의 오르내림이라는 거대한 힘에 의해 지배되었다. 해수면이 비교적 높았던 MIS 3 시기에는 황하(黃河)가 삼각주를 건설했고, 해수면이 극단적으로 낮았던 MIS 2 시기에는 강이 그 삼각주를 파괴하며 깊은 계곡을 만들었다. 그리고 다시 해수면이 오르면서 이 계곡을 채워나갔다.
  • 시사점: 이 연구 결과는 기후 변화에 따른 해수면 변동이 해안과 대륙붕 지형에 얼마나 극적인 영향을 미치는지 잘 보여준다. 또한, 황하(黃河)처럼 거대한 강에서 공급되는 퇴적물의 양이 지형 형성에 얼마나 중요한 역할을 하는지를 알려준다. 이는 미래의 기후 변화와 해수면 상승이 우리 주변의 해안 지형을 어떻게 변화시킬지 예측하는 데 중요한 기초 자료가 될 수 있다.

그림 15. 지난 14만 년간의 해수면 변화와 퇴적 과정

그림 15: 지난 14만 년 동안의 해수면 변화(Chappell et al., 1996)와 서남황해 퇴적 시퀀스와의 상관 관계. 퇴적 단위(DU 1-DU 8)가 상단에 표시되어 있고, 탄성파 경계면 T1-T6와 MIS 5 냉수 퇴적물의 기저 경계(Tcwd)가 다양한 퇴적 단위 사이에 삽입되어 있다. 해양 동위원소 시기 1-6(MIS 1-MIS 6)이 하단에 표시되어 있다.  

과거 해수면 높이 변화 곡선(검은 선)과 이 연구에서 밝혀낸 서남황해(西黃海)의 주요 지질학적 사건(삼각주 형성, 강줄기 침식 등)을 시간 순서에 따라 비교한 그림이다. 해수면이 높을 때는 퇴적이 활발했고(DU 5, 6, 7), 낮을 때는 침식이 주로 일어났음(T3, T5 경계면)을 한눈에 보여준다.

전문용어 풀이

  • 해양 동위원소기 (Marine Isotope Stage, MIS): 과거 지구의 기후를 빙하기와 간빙기로 구분하는 단계. 홀수는 따뜻한 간빙기, 짝수는 추운 빙하기를 나타낸다. 예를 들어 MIS 2는 마지막 빙하기, MIS 1은 현재를 포함한 후빙기이다.
  • 플라이스토세 (Pleistocene): 약 258만 년 전부터 1만 1700년 전까지의 지질시대로, 인류가 출현하고 빙하기와 간빙기가 여러 차례 반복된 시기이다.
  • 최종빙기절정기(Last Glacial Maximum, LGM): 마지막 빙하기 중 가장 추웠던 시기. 약 2만 6500년 전부터 1만 9000년 전까지를 말하며, 이때 해수면이 가장 낮았다.
  • 탄성파 단면 (Seismic Profile): 음파를 이용해 땅속 지층의 구조를 보여주는 단면도. 지질학자들이 땅속을 들여다보는 ‘눈’ 역할을 한다.
  • 클리노폼 (Clinoform): 삼각주가 바다 쪽으로 확장되면서 만들어지는 경사진 퇴적층 구조.
  • 스멕타이트 (Smectite): 점토 광물의 한 종류. 황하(黃河)의 발원지인 황토고원(黃土高原)에 풍부하여, 퇴적물에서 스멕타이트가 많이 나오면 황하(黃河)의 영향을 받았다는 증거가 된다.
  • 수지상 패턴 (Dendritic Pattern): 강줄기가 본류에서 지류로 갈라지는 모습이 마치 나뭇가지처럼 보이는 패턴. 일반적인 하천 침식 지형에서 나타난다.
  • 해침 침식면 (Transgressive Ravinement Surface): 빙하기 이후 해수면이 상승하면서, 파도의 힘이 육지 쪽으로 밀려와 기존의 퇴적층 윗면을 깎아내어 만든 평탄한 침식면.
  • bpsl (below present sea level): ‘현재 해수면 아래’라는 의미로, 깊이를 나타내는 단위이다.

 

초록

Approximately 4100 km of high-resolution seismic profiles recently obtained from the western South Yellow Sea were subdivided into seven seismic units by six major seismic surfaces. Three sediment cores between 60 and 71 m in length, obtained from localities on the seismic profile lines, were analyzed for sedimentary characteristics, clay mineral components, and benthic foraminiferal and ostracod assemblages and were also dated by AMS 14C and optically stimulated luminescence to document the environmental history of the region. Stratigraphic units in the cores were confidently correlated with seismic units in the profiles. Stratigraphic correlation among these three cores and the previous well-studied core QC 2 was facilitated by the cold-water deposits in marine isotope stage (MIS) 5. The three cores document the sedimentary sequence during the period from MIS 6 up to MIS 1. Strata formation and sedimentary environment changes since MIS 5 are strongly controlled by sea-level fluctuations. Most of the successions were formed in MIS 5, MIS 3, and MIS 1 with major erosions in MIS 4 and MIS 2. Particularly our data revealed the presence of a large delta active during MIS 3 (likely from the early stage of MIS 3 to about 40 cal kyr BP) that was subsequently affected by channel incision. The delta succession and incised-channel fills have a high concentration of smectite in their clay mineral components, suggesting that the paleo-Yellow River was the main contributor to the delta development and channel incision. The delta sequence has a coarsening-upward trend and consists of two seismic facies. The upper facies shows lateral alternations of chaotic and oblique or very low-angle reflectors, which correspond to sandy (proximal) delta-front and delta-plain facies, and the lower facies is characterized by seaward-dipping clinoforms, which correspond to muddy (distal) delta-front and prodelta facies. The top surface of the delta inclines very gently seaward, consistent with a deltaic development associated with the sea-level fall in MIS 3. The incised-channel system consists of two main channels with multiple tributaries in a dendritic pattern. The incised-channel fills begin with fluvial and then estuarine sediments, which are truncated by a transgressive ravinement surface and capped by transgressive deposits. The main incision channels have a terraced cross-sectional morphology, which is interpreted to reflect multiple episodes of sea-level fall during incision, presumably from the late MIS 3 to the Last Glacial Maximum.

최근 서남황해(西黃海)에서 얻은 약 4,100km의 고해상도 탄성파 단면을 6개의 주요 탄성파 경계면으로 구분하여 7개의 탄성파 단위로 나누었다. 탄성파 단면상의 위치에서 얻은 60~71m 길이의 퇴적물 코어 3개를 이용했다. 이 코어의 퇴적 특성, 점토 광물 성분, 저서성 유공충 및 개충류 군집을 분석했다. 또한 가속질량분석기 탄소-14(AMS ¹⁴C) 연대측정과 광자극발광(OSL) 연대측정을 통해 이 지역의 환경사를 기록했다. 코어의 층서 단위는 단면의 탄성파 단위와 확실하게 연관되었다. 이 3개 코어와 이전에 잘 연구된 코어 QC 2 사이의 층서적 상호 비교는 해양 동위원소기(MIS) 5기의 냉수 퇴적물을 통해 용이하게 이루어졌다. 3개의 코어는 MIS 6기부터 MIS 1기까지의 퇴적 순서를 기록하고 있다. MIS 5기 이후의 지층 형성과 퇴적 환경 변화는 해수면 변동에 의해 강하게 통제된다. 대부분의 퇴적층은 MIS 5기, MIS 3기, MIS 1기에 형성되었으며, 주요 침식은 MIS 4기와 MIS 2기에 발생했다. 특히 우리의 데이터는 MIS 3기(MIS 3기 초기부터 약 4만 년 전까지로 추정) 동안 활동했던 거대한 삼각주가 존재했음을 밝혔다. 이 삼각주는 이후 하도의 침식 작용에 영향을 받았다. 삼각주 퇴적층과 하도 충전물은 점토 광물 성분 중 스멕타이트(smectite) 농도가 높다. 이는 고황하(古黃河)가 삼각주 발달과 하도 형성에 주된 원인이었음을 시사한다. 삼각주 퇴적층은 위로 갈수록 입자가 커지는 경향을 보이며 두 개의 탄성파상으로 구성된다. 상부 탄성파상은 불규칙하고 경사지거나 매우 낮은 각도의 반사면이 번갈아 나타난다. 이는 모래질의 (근접) 삼각주 전면과 삼각주 평원에 해당한다. 하부 탄성파상은 바다 쪽으로 경사진 클리노폼(clinoform)이 특징이다. 이는 진흙질의 (원격) 삼각주 전면과 전삼각주(prodelta)에 해당한다. 삼각주의 상부 표면은 바다 쪽으로 매우 완만하게 기울어져 있다. 이는 MIS 3기 해수면 하강과 관련된 삼각주 발달과 일치한다. 형성된 하도 시스템은 수지상(dendritic) 패턴을 가진 여러 지류를 동반한 2개의 주요 하도로 구성된다. 하도 충전물은 하천 퇴적물로 시작하여 하구 퇴적물로 이어진다. 이들은 해침에 의한 침식면(ravinement surface)에 의해 잘리고 해침 퇴적물로 덮여 있다. 주요 침식 하도는 계단식 단면 형태를 가진다. 이는 침식 기간 동안 여러 차례의 해수면 하강이 있었음을 반영하는 것으로 해석된다. 시기적으로는 MIS 3기 후기부터 최종빙기절정기(Last Glacial Maximum)까지로 추정된다.

 

결론

Comprehensive analyses of approximately 4100 km of high-resolution seismic profiles and three cores with good dating results reveal the sedimentary sequence of the western SYS in response to sea-level changes since MIS 6, with six characteristic bounding surfaces formed during MIS 5 through MIS 1. Strata formation and sedimentary environment changes since MIS 5 are strongly controlled by sea-level fluctuations, with most of the successions formed in MIS 5, MIS 3, and MIS 1 and major erosions in MIS 4 and MIS 2. Particularly these data demonstrate the presence of a large paleo-delta in the southwestern SYS and a former incised-channel network across the entire western SYS, with the paleo-Yellow River as the main sediment contributor. The paleo-delta was active during MIS 3, likely from early in MIS 3 to about 40 cal kyr BP. The top surface of the paleo-delta generally slopes seaward, with elevations ranging from -20 to-50 m bpsl, which is interpreted to be the result of falling sea level during development of the delta. The incised-channel system consists of two main trunk channels with multiple tributaries in a dendritic pattern. The incised-channel fills are composed of basal fluvial to estuarine sediments and the overlying transgressive shelf deposits, with a transgressive ravinement surface in between. The trunk channels have a terraced cross-sectional morphology that we attribute to multiple episodes of sea-level fall during a longer time of incision, probably from the late MIS 3 (-40 cal kyr BP) to the Last Glacial Maximum. Sea-level fluctuations, climatic changes, sediment supply, and shelf physiography have all been important factors controlling the shelf to coastal sedimentation and its preservation in the western SYS during the Late Pleistocene.

약 4,100km의 고해상도 탄성파 단면과 연대측정 결과가 양호한 3개의 코어를 종합 분석했다. 이를 통해 해양 동위원소기(MIS) 6기 이후 해수면 변화에 따른 서남황해(西黃海)의 퇴적 순서를 밝혔다. 특히 MIS 5기부터 MIS 1기 사이에 형성된 6개의 특징적인 경계면을 확인했다. MIS 5기 이후의 지층 형성과 퇴적 환경 변화는 해수면 변동에 의해 강하게 통제되었다. 대부분의 퇴적층은 MIS 5기, MIS 3기, MIS 1기에 형성되었고, 주요 침식은 MIS 4기와 MIS 2기에 발생했다. 특히 이 데이터는 서남황해(西黃海)에 거대한 고삼각주가 있었고, 서남황해(西黃海) 전역에 과거의 하도망이 존재했음을 보여준다. 고황하(古黃河)가 주요 퇴적물 공급원이었다. 고삼각주는 MIS 3기 동안, 아마도 MIS 3기 초기부터 약 4만 년 전까지 활동했다. 고삼각주의 상부 표면은 일반적으로 바다 쪽으로 경사져 있다. 그 고도는 현재 해수면 아래(bpsl) -20m에서 -50m 범위이다. 이는 삼각주 발달 과정에서 해수면이 하강한 결과로 해석된다. 하도 시스템은 수지상 패턴을 가진 여러 지류를 동반한 2개의 주요 본류 하도로 구성된다. 하도 충전물은 하부의 하천 및 하구 퇴적물과 상부의 해침 대륙붕 퇴적물로 이루어져 있다. 그 사이에는 해침 침식면이 존재한다. 본류 하도는 계단식 단면 형태를 보인다. 이는 더 긴 침식 기간, 아마도 MIS 3기 후기(약 4만 년 전)부터 최종빙기절정기까지 여러 차례의 해수면 하강이 있었기 때문으로 본다. 후기 플라이스토세 동안 서남황해(西黃海)에서 해수면 변동, 기후 변화, 퇴적물 공급, 대륙붕 지형은 모두 대륙붕에서 연안까지의 퇴적 작용과 그 보존을 통제하는 중요한 요인이었다.

 

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