해수 내 총 이산화탄소와 알칼리도 개선된 측정방법과 탄산염 화학에 대한 연구

초록

해수의 총 알칼리도(Total alkalinity, Alkt)와 총 이산화탄소(Total carbon dioxide, TCO2)를 비롯한 탄산염화학종(Carbonate species, H2CO3*, HCO3-, CO32-)들의 농도를 측정하기 위하여 탄산염화학 물리화학적인 이론 및 실험에 근거하여 새롭게 개선된 분석방법을 연구하였다. 본 연구에서 도출된 분석방법의 정밀도와 정확도를 확인하기 위해 증류수와 해수에 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 첨가한 후 시료의 증가된 총 알칼리도 및 총 이산화탄소의 수득률(recovery yield)을 계산하였다. 증류수에 대한 첨가실험의 경우 변화시킨 농도 범위 (2.5 – 10mM) 안에서 총 알칼리도의 평균 수득률은 약 102.9%(r2=0.999)이었고, 해수에 대한 첨가실험의 경우 다양한 농도 변화실험 범위(0.5-2mM) 내에서 평균 약 102.3%( r2=0.999)로 나타났다. 또한, 해수의 이산화탄소 부분압(pCO2)을 측정하는 Pro oceanus사의 PSI-ProTM을 사용하여 측정된 이산화탄소 부분압과 본 연구를 통해 측정된 총 이산화탄소 농도를 비교실험을 실시한 결과, 약 2주간의 경지변화 실험을 통하여 측정된 이산화탄소의 자료 값들을 보면, pCO2 는 427-1208μatm의 변화를 보였고, 본 연구 방법의 경우 TCO2는 2.153-5.404mmol/l의 변화를 보였다. 측정된 pCO2 값과 계산된 농도의 상관계수(correlation coefficient, r2) 은 0.959로 나타났다. 시간이 지남에 따라 시료의 이산화탄소의 농도가 증가한 것은 reservoir 중의 해수에 있던 유기물질의 분해 때문으로 사료된다. 본 연구 방법을 이용해 북동태평양 클라리온-클리펴톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone, C-C zone)에서 총 알칼리도와 총 이산화탄소 측정 실험을 현장 선상에서 실시하였다. 이 지역에서 측정된 총 알칼리도와 총 이산화탄소의 분포를 보면 수심이 증가할수록 점차 증가하는 경향을 보였는데, 3개의 정점에서의 표층 알칼리도의 평균은 2.277mmol/l(SD=0.02, N=18), 저층 알칼리도의 평균은 2.341mmol/l(SD=0.05, N=83)이었고, 표층의 이산화탄소와 저층의 이산화탄소 농도는 각각 2.2010mmol/l(SD=0.02, N=18), 2.306mmol/l(SD=0.06, N=83)로 나타났다. 이 현장실험 결과는 부근해역에서의 기존 연구 결과와 유사한 농도범위를 보였다.