해양지열탐사

Abstract

캐나다 보퍼트해(Beaufort Sea)는 최후최대 빙하기(Last Glacial Maximum) 동안 대륙붕이 드러나며 차가운 환경을 겪은 이후로 긴 시간 온난화를 겪었기 때문에, 영구동토(permafrost)층 내/주변의 가스하이드레이트(gas hydrate) 관련 지질현상들을 연구하기에 가장 적합한 장소 중 하나이다. 쇄빙연구선 아라온을 이용한 ARA04C와 ARA05C 탐사가 한국-캐나다-미국 국제 공동 연구 프로그램의 일환으로 각각 2013년과 2014년에 캐나다 보퍼트해에서 수행되었다. 해저면 표층부에서 이루어지는 탐침이용 해양지열류량 관측결과는 비록 짧은 시간에 대한 스냅샷일지라도, 퇴적층 내의 유체와 관련된 현상을 확인하기에 아주 유용하다. 두 번의 탐사동안 5 m 길이의 지열탐침과 해양열전도도측정 시스템을 이용하여 해저면 밑 퇴적층의 지온경사도와 퇴적물 열전도도를 측정하기 위한 시도가 총 15지점에서 이루어졌다: 1) 음향측심기에서 유체 유출이 관측된, 편평 상부를 갖는 진흙 화산의 내/외부, 2) 분지 안쪽 방향으로 해저면 밑 영구동토층이 쇠퇴하는 맥켄지 트러프(Mackenzie Trough)의 동쪽 사면, 3) 대륙 사면에 위치한 국제해양발견프로그램(IODP) 예비 시추제안 753 지점 주변의 배경 지점으로 이곳은 해저면 밑 영구동토층이 없을 것으로 예상되는 한편 수직적인 유체 유출 구조도 발견되지 않았다. 진흙 화산의 편평 상부에서 관측된 결과는 따뜻한 메탄 함유 유체가 단속적으로 퇴적물로부터 해양 수층으로 분출되고 있음을 지지하는 증거로 여겨진다. 진흙 화산에서 관측된 결과들은 1) 일반 해저면으로부터 관측된 배경 지온경사도 뿐만 아니라 진흙 화산의 외부에서 관측된 지온경사도보다 매우 높은 지온경사도, 2) 해저면 근처 해수 온도와 비교해 매우 높은 해저면 온도, 3) 해수 시료로부터 관측된 굉장히 높은 메탄 농도 등이다. 다른 한편, 멕켄지 트러프의 동쪽 사면에서는 주변 수층 온도와 평형을 이루는 해저면 온도들과 큰 변화폭을 보이는 지온경사도들이 관측되었는데, 이는 영구동토층에 의한 지온경사도 교란 가능성을 지시한다. 배경 지점의 관측결과를 바탕으로, 연구지역의 해양지열류량은 40~78 mW/m2이며 이는 심부 시추공에서 획득된 결과와 비교할 만하다. 퇴적 코어 분석과 연계하여 자세한 지열 분석 결과 및 심부 측정 지열결과의 심도 있는 비교가 이루어진다면, 북극 대륙붕에서 영구동토층의 쇠퇴와 연관되어 해양 퇴적물로부터 방출되는 메탄 분출 특성을 이해하는 데 큰 도움을 줄 것이다.