Fractionation of Heavy Metals by Early Diagenesis in Deep-sea core Sediments from the Korea Deep-sea Environmental Study (KODES) area, NE Equatorial Pacific

한국심해환경연구(KODES) 지역 표층 퇴적물 중 속성작용에 의한 금속의 분화

To study the vertical variations of major elements, trace elements and rare earth elements(REEs) contents in deep-sea sediments, six cores from Korea Deep-sea Environmental Study area(KODES) were analyzed. Topmost sediment layers of KODES area are divided into two Units; brown-colored and peneliquid Unit I and pale brown-colored and relatively solidified Unit II. Contents of major elements, REEs, Cu, Sr and Rb in each Unit are almost same, while contents of Mn, Ni and Co in Unit I are two or three times higher than those in Unit II. R-mode factor analysis represents that surface sediments are composed of alumino-silicate phase (AI-Ti-K-Mg-Fe-Rb-Ce), apatite phase (Ca-P-Cu-Sr-Trivalent Rare Earth Elements) and Mn-oxide phase(Mn-Ni-Co). Factor scores in silicate and apatite phases in each Unit are nearly same, whereas those in Mn-oxide phase in Unit I is higher than those in Unit II. While NilCu ratio in Unit I is two times higher than that in Unit II. We interprete the geochemical fractionation of Ni and Cu as a result that Ni can be remobilized in oxygen-depleted micro-environment in Units I and II and then easily reprecipitated in Unit I, while most of Cu supplied together with organic material is decomposed mostly in Unit I and sorbed into apatite.

심해저 표층 퇴적물 중 주원소, 미량원소, 희토류 원소의 수직 함량분포 및 변화의 원인을 구명하기 위해 북동 태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Cliperton fracture zone, C-C 지역) 중남부에 위치한 한국심해환경연구(Korea Deep-sea Environmental Study, KODES) 지역에서 다중 주상 및 상자형 퇴적물 채취기를 이용해 주상시료 6개를 채취 분석했다. KODES 지역 주상 시료는 갈색인 Unit I과 연갈색인 Unit II로 구분되며, Unit I은 함수량이 높은 준액상층(peneliquid layer)인 반면 Unit II는 상대적으로 고화가 진행된 층이다. 두 Unit 간 주원소, 희토류 원소 그리고 Cu, Sr, Rb 등 원소는 함량 차이는 적으나 Mn, Ni, Co 등 원소는 Unit II에 비해 Unit I에서 함량이 2~3배 높다. R-형 요인 분석결과 연구지역 퇴적물은 Al-Ti-K-Mg-Fe-Rb-Ce 등으로 구성된 규산염 상, Ca-P-Cu-Sr-3+REEs(Trivalent Rare Earth Elements)로 구성된 인회석 상, 그리고 Mn-Ni-Co로 구성된 망간산화물 상으로 구분되는데, 규산염 상과 인회석 상은 두 Unit 간 요인점수가 큰 차이를 보이지 않는 반면 망간산화물 상은 Unit I에서 요인점수가 높다. 한편, 두 Unit는 Ni/Cu 비에 의해 구분되는데, Unit I의 Ni/Cu 비가 Unit II보다 2배 높다. 이것은 미세환원환경에서 재동된 후 준액상층인 Unit I에 산화물로 재침전된 Ni, 그라고 유기물과 함께 해저면으로 공급된 후 Unit I에서 유기물이 분해되면서 재동되어 인회석에 포함된 Cu 의 지화학적 거동 차이에 기인한 것으로 해석된다.