제주도 제4기 서귀포층과 신양리층에서 산출되는 연체동물 화석의 탄소 및 산소 안정동위원소에 의한 고수온 해석

Abstract

본 연구는 신생대 후기 해성층인 서귀포층과 신양리층에서 채취한 연체동물 화석의 광물결정구조와 화학특성을 조사하고, 탄소 및 산소 안정동위원소성분 분석을 통해 지층의 퇴적 당시 고환경을 추정하기 위하여 수행되었다. 서귀포층에서 산출된 연체동물 화석 중 Mercenaria stimpsoni, Glycymeris rotunda, Turritella saishiuensis 등을 제외한 대부분의 패류화석은 방해석 각으로 구성되어 있다. 그러나 신양리층에서 산출된 연체동물 화석의 각은 모두 아라고나이트로 구성되어 있다. 서귀포층에서 산출된 연체동물 화석 중 아라고나이트 각은 방해석 각에 비하여 Sr 함량이 높고, Mg과 Mn 함량은 낮다. 그리고 아라고나이트 각은 Sr 함량의 범위가 넓고, 방해석 각은 Mg과 Mn 함량의 범위가 넓다. 이는 서귀포층의 퇴적 후 속성작용시 해수 등에 의한 변질의 영향으로 해석된다. 그리고 신양리층에서 산출되는 아라고나이트 각은 Sr 함량이 높고 변화폭이 크며, Mg과 Mn 함량은 낮고 변화폭이 큰 편이다. 이는 신양리층이 속성작용을 받은 동안 화학적으로 변질되었을 가능성을 암시한다. 서귀포층에서 산출된 연체동물 화석의 탄소 동위원소성분(δ^(13)C)은 -1.9‰∼+2.3‰(평균 +0.8‰), 산소 동위원소성분(δ^(18)O)은 -0.4‰∼+1.8‰(평균 +0.8‰) 범위를 갖는다. Friedman and O'Neil(1977)의 동위원소 분별식을 이용하여 계산한 서귀포층 퇴적 당시 고해수의 온도는 14.4℃∼19.6℃이다. 이는 서귀포층 퇴적 당시 해수의 온도가 현재 서귀포 부근의 해수 표면 온도(14.9℃∼25.5℃)보다 낮은 한류 환경이 지배적이었던 것으로 추정되며, 한류성종 화석들이 다수 산출된 고생태학적 결과가 이를 뒷받침하여 준다. 신양리층에서 산출된 연체동물의 탄소 동위원소성분(δ^(13)C)은 +0.3‰∼12.5‰(평균 +1.7‰), 산소 동위원소성분(δ^(18)O)은 -1.7‰∼-0.2‰(평균 -0.6‰) 범위를 갖는다. Grossman and Ku(1986)의 동위원소 분별식을 이용하여 추정한 신양리층 퇴적 당시 고해수의 온도는 24.6℃∼30.3℃로 현재 신양리 부근의 해수 표면 온도(14.1℃∼23.2℃)보다 높다. 이는 신양리층이 퇴적될 당시 현재보다 수온이 높은 난류성 해류 환경이 지배적이었던 것으로 해석되며 초미화석의 고생태학적 연구에서 얻어진 결과(Yi et al., 1995)와도 일치한다.;Mollusc fossils from the Quaternary Seoguipo and Shinyangri Formations were collected in order to investigate their mineral structures and chemical compositions, and to estimate the depositional paleoenvironment. Most mollusc shells from the Seoguipo Formation except the Mercenaria stimpsoni, Glycymeris rotunda, and Turritella saishiuensis species have calcite structure, whereas all mollusc shells from the Shinyangri Formation have aragonite structure. Strontium content in aragonitic shells from the Seoguipo Formation is higher and more variable than that in calcitic shells. Contents of Mg and Mn in aragonitic shells are low relative to those in calcitic shells, and Mg and Mn contents in calcitic shells are quite variable. These results suggest that the mollusc fossils have been alterd by seawater during post-depositional diagenesis. Aragonitic shells from the Shinyangri Formation show a wide range of Sr and Mg contents due to the post-depositional alteration. Carbon and oxygen isotopic compositions of mollusc fossils from the Seoguipo Formation range from -1.9‰ to +2.3‰(avg. +0.8‰) and from -0.4‰ to +1.8‰(avg. +0.8‰), respectively. The calculated isotopic paleotemperature is in the range of 14.4℃~19.6℃. This indicates that the paleotemperature of seawater during the deposition of Seoguipo Formation was lower than the present-day shallow seawater temperature(14.9℃~25.5℃) near the Seoguipo area owing to the dominant cold-water current. This suggestion agrees with ecologic data of cold-water species from the Seoguipo Formation. The isotopic values of mollusc fossils from the Shinyangri Formation range from +0.3‰ to +2.5‰(avg. +1.7‰) in 6 δ^(13)C and from -1.7‰ to -0.2‰(avg. -0.6‰) in δ^(18)O. Calculated paleotemperature of the fossil shells give a range of 24.6℃~30.3℃, which indicates higher temperature than the present-day shallow seawater temperature(14.1℃ to 23.2℃) near the Shinyangri area. This result coincides with plaeoenvironmental data from nannofossils(Yi et al., 1995).