거대지진의 진원지역에 유래하는 물의 성분 발견

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-12

~ 해저밑 심부의 수환경시스템에 관한 새로운 지견 ~ 독립행정법인 해양연구개발기구 해저자원연구개발센터와 류큐대학 이학부 연구팀은 공동으로 기이반도(紀伊半島)의 동남에 위치하는 쿠마노해붕(熊野海盆)의 해저 이화산(mud volcano, 泥火山)으로부터 굴삭된 퇴적물 샘플에 최대 310도로 추정되는 고온을 경험한 성분이 포함되어 있다는 것을 밝혀내었다. 연구그룹은 이번 조사에서 간극수 중 Li의 동위원소비(7Li/7Li 비)에 착안하였다. Li는 고온에서 암석으로부터 물에 용출되는 성질을 가지고 있기 때문에 고온을 경험한 심부유체는 해수 등과 비교하여 Li를 많이 포함하고 있다는 것이 알려져 있으며 이 성질을 이용함으로써 퇴적물 화산의 형성에 기여한 물의 기원 및 온도이력을 밝혀낼 수 있을 것으로 생각되었다. 동위원소비 분석 결과, 쿠마노해붕 제5 이화산에서 채취한 굴삭 코어시료의 간극수에는 가벼운 Li 동위원소비(낮은 7li/6Li 비)를 가진 Li가 많이 포함되어 있다는 것을 밝혀내었다. 일반적으로 화산부근의 온천수와 같이 고온을 경험한 물일수록 가벼운 Li 동위원소 조성을 가진다. 한편 해수 및 주위의 열원이 존재하지 않는 장소의 지하수는 무거운 Li 동위원소 조성(높은 7Li/6Li 비)을 가지는 것으로 알려져 있다. 그리고 물(액상)과 암석 및 퇴적물(고상)에 포함된 Li의 동위원소비로부터 액상과 고상이 반응하여 Li가 용출된 장소의 온도를 추정할 수 있다. 본 연구에 의해 검출된 쿠마노해붕 제5 이화산의 물에 포함된 Li의 가벼운 동위원소 조성은 쿠마노해붕의 퇴적물과 같은 지반물질과 반응한 경우, 이화산에 포함된 물의 일부가 210도~310도라는 고온, 대심도의 이력을 가진다는 것을 시사한다. 분출 후 시간경과 및 반응한 고상의 종류에 의해 추정온도는 변하지만, 모두 추정온도를 저하시키는 것이기 때문에 실제로는 310도보다 더욱 높은 온도를 경험했을 가능성도 생각할 수 있다. 지금까지 지구물리학 분야에서 이용되는 방법 중 하나인 전기전도도의 조사 결과로부터 난카이 트로프 지역에 특히 전기가 잘 통하는 물덩어리가 적어도 두 개 있을 가능성이 시사되었다. 그중 해저 밑 5km 정도의 물덩어리는 퇴적물을 구성하는 점토광물(녹점토, Smectite)이 지열에 의한 온도상승에 따라 다른 점토광물(일라이트, illite)로 변하는 온도(60~150도)와 분포가 일치하기 때문에 녹점토 광물이 일라이트 광물로 변할 때 배출되는 물이 공급원이라고 추측되었다. 한편 쐐기모양의 맨틀 선단부에 해당하는 지하 20~40km에 별도의 물덩어리가 있다고 시사되었으며, 이것은 고온의 대심도 환경에 있기 때문에 삽입된 해양 플레이트로부터 탈수된 물일 것으로 추측되었다. 이상의 결과로부터 본 연구에서 검출된 210~310도의 온도를 경험한 물의 성분(Li)의 존재는 난카이 트로프에 존재하는 이화산의 물 기원이 해저 밑 5km 이하에서 생성된 점토광물의 탈수작용에 의한 것뿐만 아니라 더욱 깊은 해저 밑 20km 이하에 있는 물덩어리에서 유래한 물이 포함되어 있을 가능성도 생각할 수 있다. 그림 1. 난카이 트로프의 쿠마노해붕 제5 이화산의 위치(좌)와 쿠마노해붕 제5 이화산 주변의 상세한 해저지형도(우) 그림 2. 물과 암석의 Li 동위체비의 차이로부터 온도 추정하는 방법의 개념도 그림 3. 약 300도의 심부 유래의 물의 상승이 난카이 트로프의 해저 이화산에 공급되는 경로를 나타낸 모식도 fig11.jpg fig2.jpg fig3.jpg http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20150210/