출처:

Liu, Shi-hao, et al. “Evolution of the buried channel systems under the modern Yellow River Delta since the Last Glacial Maximum.” Quaternary International 349 (2014): 327-338.

최종빙기절정기(LGM) 이후 현대 황하 삼각주 하부에 매몰된 하천계통의 발달 과정  

저자, 소속

1. 류사호(劉士豪; Shi-hao Liu)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)
   • 중국해양대학교 환경과학·공정학원, 청도(靑島), 중국
     (College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao, China)
2. 풍애평(馮愛萍; Ai-ping Feng)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)
3. 두군(杜軍; Jun Du)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)
4. 하동흥(夏東興; Dong-xing Xia)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)
5. 리평(李萍; Ping Li)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)
   • 중국해양대학교 환경과학·공정학원, 청도(靑島), 중국
     (College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao, China)
6. 설좌(薛佐; Zuo Xue)
   • 미국 루이지애나주립대학교 해양학 및 연안과학학과, 컴퓨팅·기술센터, 배턴루지, 미국
     (Department of Oceanography and Coastal Sciences, Center for Computing and Technology, Louisiana State University, Baton Rouge, USA)
7. 호유분(胡維芬; Wei-fen Hu)
   • 중국과학원 남해해양연구소, 해양지질학 중점실험실, 광주(廣州), 중국
     (CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, China)
   • 중국과학원대학교, 북경(北京), 중국
     (University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China)
8. 우소소(于瀟瀟; Xiao-xiao Yu)
   • 중국 국가해양국 제1해양연구소, 청도(靑島), 중국
     (First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao, China)

결론: 마지막 빙하기 이후 고대 황하의 진화 과정

마지막 빙하기 이후 해수면 변동과 황하의 경로 변화에 따라 이 지역의 고대 강들이 다음과 같이 변해왔다.

A (최종빙기절정기, LGM): 해수면이 지금보다 130m 이상 낮아 연구 지역은 완전히 육지였다. 이곳이 사막이었는지, 혹은 강이 흘렀는지는 증거가 부족해 불확실하다.

[편집자주] 다음 논문에 최종빙기절정기의 황하 흐름 추정도가 나온다

[논문요약] 후기 플라이스토세 이후 남황해의 지층 순서 및 고수로 발달: 지각 운동, 해수면 변동, 아시아 몬순 변화의 영향: Wang, L. et al.(2019) Strata sequence and paleochannel response to tectonic, sea-level, and Asian monsoon variability since the late Pleistocene in the South Yellow Sea.

B (마지막 해빙기, ~13,000년 전): 빙하가 녹으면서 엄청난 양의 물이 흘렀고, 이때 거대한 1단계 수로(a, b, c)가 형성되었다. 특히 수로 ‘c’는 당시 고대 황하의 본류였을 가능성이 크다. 이후 황하의 흐름이 남쪽으로 바뀌면서 이 수로들은 버려졌다.

C (홀로세 초기, ~8,500년 전): 해수면이 점차 상승하여 연구 지역 근처까지 바닷물이 들어왔다. 이때 강 하구에 삼각주가 형성되면서 나뭇가지 모양의 2단계 수로가 만들어졌고, 이 퇴적물들이 이전에 버려졌던 1단계 수로 위를 완전히 덮었다.

D (홀로세 중기 이후~현재): 해수면이 계속 상승하여 2단계 수로 시스템마저 물에 잠겼다. 이후 해수면이 안정되고, 서기 1855년 황하가 다시 북쪽으로 경로를 틀면서 그 위에 오늘날의 황하 삼각주가 쌓이게 되었다. 그 결과, 과거의 강들은 현재의 삼각주 아래 깊숙이 묻히게 되었다.

논문요약

이 논문은 음파 탐사(탄성파 단면)와 땅속 깊이 채취한 지층 샘플(시추 코어) 분석을 통해, 오늘날 황하(黃河) 삼각주 아래에 묻혀 있는 고대 강(古水路, paleo-channel)의 흔적을 찾아내고, 이들이 마지막 빙하기 이후 어떻게 형성되고 사라졌는지를 연구한 결과다.

연구 지역 및 방법

연구는 중국 발해만에 위치한 현생 황하(黃河) 삼각주 앞바다에서 진행되었다. 연구팀은 배를 이용해 음파로 해저 지층의 단면을 찍는 탄성파 탐사를 총 650km에 걸쳐 수행했고(그림 1의 붉은 선), 한 지점에서 40m 깊이의 원통형 지층 샘플(코어 GYDY)을 채취했다.

그림 1: (a) 연구 지역 지도, (b) 탄성파 탐사 경로선과 코어 GYDY의 위치 (5m와 10m 등심선도 표시됨), 그리고 (c) Chen et al., 2009에 따른 발해 지역의 대표적인 지체 구조. Aj3와 Bj2 경로선의 탄성파 단면은 각각 그림 5와 9에 나타나 있다.

채취한 코어(GYDY)의 지층 연대는 방사성탄소연대측정법(AMS14C)으로 측정했다.

표 1: 코어 GYDY에서 얻은 14C 연대 목록. 모든 샘플은 가속기 질량 분석법(AMS)으로 측정되었다.

코어 퇴적물의 입자 크기, 자성(magnetic susceptibility), 종류 등을 분석하여 과거 어느 시대에 어떤 환경(바다, 강, 육지 등)이었는지를 파악했다.

그림 2: 코어 GYDY의 암석학적, 연대학적, 입도 및 자기적 특성. 왼쪽에서 오른쪽으로 암석학적 설명, 입도 구성(모래, 실트, 점토), 입도 매개변수 곡선(평균 및 중앙 입도, 분급 계수, 왜도, 첨도), 자화율 곡선 및 퇴적 단위가 표시되어 있다. 암석학적 설명에서 x축의 숫자 1~6은 각각 점토, 실트질 점토, 점토질 실트, 실트, 실트질 모래, 모래에 해당한다. 왼쪽에 있는 흑백 막대가 있는 수직선은 코어 회수율을 나타낸다(흰색 막대는 퇴적물 유실, 검은색 막대는 퇴적물 획득). 전체 14C 연대 목록은 표 1을 참조하라.

또한, 이 코어의 정보를 인근 다른 연구에서 채취한 코어(S₃, HB-1)와 비교하여 지층을 더 정확하게 해석했다.

그림 3: 코어 GYDY와 이전에 발표된 인접한 두 코어(코어 S₃, Zhuang et al., (1999) 및 코어 HB-1, Liu et al., (2009a)) 간의 층서 대비. 세 코어의 고도는 평균 해수면(MSL)을 기준으로 한다. 코어 HB-1과 GYDY의 퇴적 단위, 코어 GYDY의 탄성파 단위 및 해당되는 추정 퇴적상이 함께 표시되어 있다.

과거 환경을 더 자세히 알기 위해 인근 코어(HB-1)의 미세화석(유공충, 개형충)과 코어(GYDY)의 식물화석(규소체) 분포도 함께 분석했다.

그림 4: 코어 HB-1의 저서성 유공충과 개형충 군집의 심도별 변화 및 코어 GYDY의 해당 규소체 분포. 코어 HB-1의 퇴적 단위는 Liu et al., 2009a에 의해 구분되었다. “풍도(Abundances)”는 개체 수를, “단순 다양성(simple diversities)”은 종의 수를 의미한다. 코어 HB-1과 코어 GYDY 간의 상관관계는 그림 3을 참조하라.

연구 결과: 두 단계의 고대 강(古水路) 발견

음파 탐사를 통해 얻은 지층 단면 사진에서 5개의 뚜렷한 지층 경계면(T2​−T5​,R1​)을 확인했고, 이를 기준으로 지층을 5개의 탄성파 단위(SU 1~5)로 나누었다. 이 지층 구분은 코어(GYDY)의 퇴적 단위(DU)와 거의 일치했다.

그림 5: 5개의 탄성파 단위(SU 1-SU 5)가 확인된 탄성파 단면 Aj3(북동-남서). 퇴적 단위는 코어 GYDY에 표시되었다. T₁은 해저면이고, T₂-T₅는 각각 SU 2-5의 경계면에 해당한다. R은 SU1 내부의 DU 1과 DU 2 사이의 경계면이다. 단면의 위치는 그림 1을 참조하라.

특히, 과거 육지였던 지층(SU 3, SU 4)에서 강이 흘렀던 흔적인 두 단계(Phase I, Phase II)의 고수로 시스템이 발견되었다.

그림 6: 마지막 해빙기와 홀로세 초기에 형성된 2단계 배수 시스템과 함몰부 단면들이 현생 황하(黃河) 수중 삼각주 아래에 분포하는 지도. 단면 형태(붉은색, 주황색, 초록색 부분)와 그 상관관계를 기반으로, 2단계 수로의 추정 경로를 파란색 선으로 표시했고(밝은 파란색-1단계 수로; 어두운 파란색-2단계 수로), 연녹색 채움은 고함몰부를 나타낸다. (이 그림 범례의 색상 참조에 대한 해석은 이 기사의 웹 버전을 참조하라.)

1단계 수로 중 하나인 ‘c’는 폭이 넓고 구불구불하며, 강 한가운데에 큰 모래톱(central bar)이 있는 복잡한 형태를 띠고 있었다.

그림 7: 고수로 c의 형태와 하류 방향을 설명하는 개략도 (삽입된 그림 1의 사각형이 위치를 보여줌). 수로 c는 내부의 중앙 사주에 의해 두 개의 지류로 나뉘며, 남동쪽 지류가 북서쪽 지류보다 규모가 더 컸다. 파란색, 노란색, 빨간색 화살표는 각각 본류, 북서쪽 분기류, 남동쪽 분기류의 하류 방향을 나타낸다. (이 그림 범례의 색상 참조에 대한 해석은 이 기사의 웹 버전을 참조하라.)

두 단계 수로의 크기를 비교한 결과, 1단계 수로가 2단계 수로보다 폭, 깊이, 단면적 등 모든 면에서 훨씬 컸다. 이는 1단계 수로가 거대한 본류였음을 시사한다.

그림 8: 현생 황하 수중 삼각주 아래에 있는 고수로의 규모에 대한 히스토그램. 상부 SU 4에서 발견된 1단계 수로(I)와 상부 SU 3에서 발견된 2단계 배수 시스템(II)을 대상으로 한다. (탄성파 단위는 그림 5 참조; 두 단계 배수 시스템의 분포는 그림 6 참조). (A) 폭(m), (B) 최대 깊이(m), (C) 폭/깊이 비율, (D) 단면적(m²)을 포함한다.

과거에 흘렀을 물의 양(유량)을 추정한 결과는 더욱 극적인 차이를 보여준다.

표 2: 현생 황하 삼각주에서 확인된 수로들의 고유량 매개변수 평균값과 범위. 수로 d의 유량은 동일한 탐사선에서 확인된 모든 수로의 합계다. 그러나 수로 d는 하구의 수지상 배수 시스템의 일부에 불과할 수 있어, 전체 배수 시스템의 총 유량을 추정하는 데 한계가 있다.

종합 결론: 마지막 빙하기 이후 고대 황하의 진화 과정

이상의 결과를 종합하면, 마지막 빙하기 이후 해수면 변동과 황하의 경로 변화에 따라 이 지역의 고대 강들이 다음과 같이 변해왔다.

그림 9: 현생 황하(黃河) 삼각주에 있는 고수로 시스템의 진화 과정 모델. (A) 최종빙기절정기(MIS2). (B) 해빙기 시작(-13 ka BP)부터 홀로세 초기까지. (C) 홀로세 초기부터 해빙기 끝(-8.5 ka BP)까지. (D) 중기 및 후기 홀로세. 그림 (A)-(D)에서 왼쪽 하단의 곡선은 마지막 빙기-간빙기 순환 이후의 상대적 해수면 변화를 나타내며, Lambeck and Chappell, 2001과 Nordfjord et al., 2005를 고려하여 다시 그린 것이다. 오른쪽 상단의 그림들은 이 연구 결과와 Xia et al., 1993, Alexander et al., 1991, Xue et al., 2004, Liu et al., 2002의 결과를 종합한 것이다. 관련 코어 및 탄성파 단면의 위치는 그림 6에 표시되어 있다.

논문 초록

탄성파 탐사와 시추공 분석을 결합하여 현생 황하 삼각주 아래에 일련의 매립된 수로를 발견했다. 이 데이터는 고수로 시스템의 진화 연구에 대한 증거도 제공한다. 탄성파 단위는 시추공을 따라 퇴적상과 연관되었다. 마지막 해빙기(-13-8.5 ka B.P.)에 걸친 서로 다른 탄성파 단위 내에서 1단계와 2단계, 두 세트의 고수로가 확인되었다. 1단계 수로는 최종빙기절정기(Last Glacial Maximum)와 마지막 해빙기 사이에 형성되었다. 고유량 추정치와 국지적 퇴적 환경 분석은 1단계 수로를 고황하의 본류와 연결시킨다. 이 수로들은 녹는 빙모에 의해 물이 공급되었고 황하의 유로 변경으로 버려졌다. 2단계 수로는 홀로세(Holocene) 초기에 형성되었으며 수지상 패턴을 보였다. 2단계 수로의 기원과 진화를 완전히 이해하기 위해서는 추가 조사가 필요하다.

논문 결론

고해상도 탄성파 단면과 26.2m 길이의 코어(GYDY)를 기반으로 현생 황하 삼각주 아래에 있는 일련의 매립 수로를 밝혀냈다. 이 데이터는 고수로 시스템의 진화 연구를 위한 증거도 제공했다. 코어(GYDY)의 암석학적, 고생물학적, 시간층서학적 분석은 후기 제4기 퇴적물이 발해 지역의 다른 동시대 층서와 연관된 6개의 퇴적 단위로 나뉘는 것을 보여주었다. 탄성파 단면은 총 5개의 탄성파 단위가 시추공의 퇴적상과 잘 연관되어 있음을 나타냈다. SU 5는 헌현( Xianxian) 해침 시기의 천해상(neritic facies)에 해당하고, SU 4는 미화석 부족으로 불분명하며, SU 3은 하구상(estuarine facies), SU 2는 황화(Huanghua) 해침 시기의 천해상, SU 1은 서기 1855년 이후 퇴적된 현생 황하 삼각주 퇴적물이다.

마지막 해빙기(-13-8.5 ka B.P.)에 걸쳐있는 서로 다른 탄성파 단위 내에서 1단계와 2단계, 두 세트의 고수로가 확인되었다. 1단계 수로는 최종빙기절정기와 마지막 해빙기(-13.3 ka B.P.) 사이에 형성되었으며, 3개의 수로(a-c)를 포함한다. 이들은 침식곡(incised valleys)으로 간주되며 비교적 규모가 크다. 2단계 수로는 홀로세(Holocene) 초기(-8.8 ka B.P.)에 형성되었으며 수지상 패턴을 보였다. 2단계 수로의 형태학적 연구는 이들이 상류에서 동일한 본류를 가졌을 수 있으며, 배수 시스템의 일부에 불과할 수 있음을 시사했다.

고유량 매개변수 추정과 퇴적 환경 진화 분석은 고수로 시스템의 진화가 주로 해수면 변동과 하천 시스템의 발달에 의해 영향을 받았음을 시사한다. 고유량 추정치와 관련 하천 시스템에 대한 이전 연구들은 1단계 수로를 고황하의 본류와 연결시킨다. 이 수로들은 녹는 빙모에 의해 물을 공급받았고, 동시대에 일어난 황하의 유로 변경으로 버려졌으며, 2단계 수로를 만든 삼각주 지층 세트에 의해 덮였다. 2단계 수로의 기원과 진화를 완전히 이해하기 위해서는 추가적인 조사가 필요하다.