플라이스토세 후기의 먼지 운반 변동성을 기록한 동시베리아 얼음쐐기

동시베리아 얼음쐐기 내 무기물의 기원지 추적을 위한 미량원소, 방사성 동위원소, 산소동위원소 지화학 연구

[연구필요성]

동시베리아 지역은 우리나라에서 최근 벌어지고 있는 오랜 장마와 겨울철에 영향을 주는 시베리아 고기압과 밀접하게 관련된 지역이다. 현재 벌어지고 있는 기상 및 기후의 변화를 이해하기 위해서는 동시베리아 지역에서의 고기후에 대하여 이해할 필요가 있으며 이와 관련해 이 지역이 어떠한 환경이었는지 이해하는 연구가 필요하다. 또한, 동시베리아 지역에서의 빙하기/간빙기의 주기를 파악하여 앞으로의 기후변화에 대한 과학적인 예측도 필요하다. 본 연구를 통해 동시베리아 지역에서 나타나는 얼음쐐기(ice wedge)를 이용하여 내부에 함유된 미세 석영 등의 무기물을 분석하여 동시베리아 지역에서 빙하기/간빙기에 따른 고환경을 재구성하고 고기후 복원을 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

[연구성과/기대효과]

본 연구결과는 시베리아, 알래스카, 캐나다 북부 등 북반구 고위도 지역을 포함하는 북극권에서의 고기후와 고환경의 장기적인 연구를 위한 기초자료를 제공할 것이다. 또한, 동시베리아 지역의 얼음쐐기 형성과 관련된 고환경 복원의 지화학 분석기술 개발을 통해 지속적인 고기후/고환경/극지과학 분야의 연구프로그램을 개발할 수 있을 것이다.

본 연구를 통해 다수의 극지 과학 분야의 전문 인력을 양성하고 배출하여 국내의 극지 과학 연구의 저변을 확대할 수 있을 것이다. 또한, 앞으로 전 지구적 기후변화 및 극지 연구 분야에서 글로벌 경쟁력을 기를 수 있는 토대를 마련하였다.

[본문]

□ 동시베리아 지역 플라이스토세 후기에 형성된 얼음쐐기 내 무기물질을 이용한 먼지 기원지 추적

그림 1. 동시베리아 얼음쐐기 시료 획득 지역(지도: Google Earth)

그림 2. 동시베리아 Batagay 지역의 얼음쐐기(사진: Alfred-Wegener-Institut / Thomas Opel)

그림 3. 얼음쐐기 내 함유된 입자의 모습(사진: Thomas Opel)

본 연구는 동시베리아의 Batagay와 Cyuie/Churapcha 지역에서(그림 1) 플라이스토세 후기 형성된 얼음쐐기(ice wedge) (그림 2) 내의 무기물질(그림 3)을 분석하여 기원지 추적을 통한 당시의 고기후/고환경 조건을 규명하였다. 이 연구결과는 2025년 11월 10일 Nature Communications지에 게재되었다(제1저자: 김소연 연구원, 교신저자: 이현우 교수).

시베리아 및 알래스카 지역은 통칭 베링기아(Beringia)로 알려져 있다. 이 지역은 예도마 황토(Yedoma deposit/loess/silt)라고 일컬어지는 퇴적물이 광범위하게 산출된다. 예도마 황토는 퇴적물과 함께 얼음이 풍부하여 이 물질의 침적과 함께 베링기아 지역에 광범위하게 얼음쐐기가 형성되었다고 볼 수 있다. 예도마 황토의 기원에 대하여 먼저, 동 베링기아 지역인 알래스카에서는 주로 풍성 기원의 퇴적(aeolian sedimentation)으로 보고되었다. 하지만, 서 베링기아 지역인 시베리아의 경우, 하성, 풍성 등의 다양한 기원에 대한 가설들이 제시되었다. 예도마 황토의 침적 동안에 함께 형성된 얼음쐐기는 형성 당시 퇴적물을 함유했을 것이라 가정하면, 현재까지 얼음 속에 보존되어 그 당시의 정보를 제공할 수 있는 귀중한 시료에 해당한다.

본 연구결과는 예도마 지역의 플라이스토세 후기의 먼지의 기원지 추적을 위하여 미량원소와 방사성 동위원소 분석을 수행하였으며 Batagay 지역은 중국의 풍성퇴적물의 기원이 우세하며 Cyuie/Churapcha 지역은 인접한 레나강을 통한 주위의 퇴적물의 영향이 강했음을 지시한다. 또한, 본 연구에서는 얼음쐐기 내에 함유된 미세석영 입자의 산소동위원소 분석을 수행하여 Batagay와 Cyuie/Churapcha 지역에서 유사한 결과를 획득하였다.

본 연구시료들의 분석에 있어 미량원소는 한국해양과학기술원, 방사성 동위원소는 극지연구소, 미세석영의 산소동위원소 분석은 한국기초과학지원연구원 오창센터에서 수행되었다. 모든 분석결과들이 국내의 연구기관의 협업을 통해 획득되었고 이것이 국제적으로도 퀄리티를 인정받았다는 것에 의의가 크다는 것을 보여준다.

본 연구는 동시베리아 지역의 플라이스토세 후기에 얼음쐐기 형성 동안에 인근의 Yedoma 퇴적물의 기원이 중앙아시아, 중국 등의 지역에서 에어로졸이 활발하게 유입되었음을 제안한다. 이 시기에는 전 지구적으로 아프리카, 중동, 중앙아시아, 중국, 시베리아, 알래스카, 그린란드 지역을 아우르는 에어로졸의 확산이 분포하였다고 여러 모델링으로부터 제시되었으며, 본 연구를 통해 제시된 모델을 지지하는 결과값을 획득하였다고 판단한다.

동시베리아 지역에 분포하는 얼음쐐기 내에 함유된 물질의 지화학, 동위원소 분석을 통해 획득된 결과들은 과거의 기후 및 환경 조건을 이해하는 정보를 제공한다. 이러한 결과를 통해 향후 보다 정밀한 고기후 수치 모델링을 위한 개선된 인자를 제시할 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 연구기법은 향후 에어로졸, 해양퇴적물, 화산재 연구 등에도 활용될 수 있을 것이라 예상한다.

[연구결과]

East Siberian ice wedges recording dust transport variability during the Late Pleistocene


Soyeon Kim, Hyunwoo Lee, Jeongmin Kim, Yuyoung Lee, Jeong-Heon Choi, Mi Jung Lee, Ui-Jin Kwon, GoI wahana, Thomas Opel, Hanno Meyer, Sebastian Wetterich, Alexander Fedorov, and Jinho Ahn

(Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-025-65772-2)

이 연구는 과학기술정보통신부 거대과학연구개발사업 해양극지기초원천기술개발 사업(RS-2020-NR045823)의 지원으로 수행되었습니다.