연체동물의 화석 및 현생 패각의 지화학적 특성

Abstract

신생대 해성층인 서귀포층에서 채취한 연체동물 부족류 패각 화석과 한반도 주변 해안에서 산출한 현생 연체동물 부족류 및 복족류 패각을 대상으로 광물결정구조와 주성분 및 미량성분 원소, 탄소 및 산소 안정동위원소 성분분석을 실시하여 패각의 성장과정에 따른 화학성분 변화특성 등을 조사하였다. 그리고 패각 화석의 성장에 따른 미량원소의 분배특성과 패각성장 환경과 서귀포층의 퇴적 고해양 환경을 해석하였다. 특히, 시료성장시의 화학성분의 계절적 변동, 물질대사과정 중 생명효과(vital effect), 해류의 특성에 따른 변화, 중금속 오염 정도 등을 해석하고 패각 화석의 속성 열수변질 영향을 검토하였다. 한반도 주변 해안인 동해안, 황해안, 남해안 그리고 제주도 서귀포층에서 산출된 현생 연체동물 패각과 서귀포층의 화석 패각은 아라고나이트 각으로 구성되어 있다. 그러나 대부분 아라고나이트 각은 소량 방해석으로 상전이가 진행되고 있다. 그러나 남해안 완도 현생 패각(Isognomon isognomon, Chlamys farreri)은 방해석으로 구성되어 있다. 아라고나이트로 된 패각화석은 Sr 함량이 방해석 현생 패각에서보다 평균 2배 이상 높다. 현생 패각 중 방해석 패각은 Mg gkafiddl shvek(717∼1621ppm). 방해석 각을 이룬 남해안 완도의 패각(Isognomon isognomon) 중 Sr 함량은 낮고 Mg 함량이 높은 것은 생물체 내의 bio-fractionation 의 영향이나 특정 담수의 유입에 기인하는 것으로 추정된다. 패각 성장선에 수직방향의 EPMA 분석을 실시한 결과 동해안 현생 패각(시료번호 E-7-1, E-12-1, E-12-2)과 패각 화석 SPF-5(Glycymeris rotunda)는 성장진행에 따른 Ca, Sr 화학성분 분포가 규칙적으로 변동(fluctuation)하고 있다. 이는 천해성 부족류의 계절변화에 따른 수온변동을 반영하고 있다. 천해성 탄산염 특성(Milliman, 1974)을 나타내는 패각 화석의 탄소 및 산소 안정동위원소비가 이를 뒷받침하여 준다. 패각 화석은 외측, 중간, 내측의 분석위치에 따라 성분변화 경향성이 상이하나, 동해안 현생 패각은 외측, 내측에 관계없이 모두 Sr과 Ca의 변동주기가 유사하게 규칙적인 변동을 나타난다. 이는 패각 화석 성장시 Ca이온자리에 Sr이 치환 분배됨을 알 수 있고 주변 해역이 안정된 환경이었음을 의미한다. 서귀포층에서 산출되는 패각 화석의 탄소 안정동위원소비는 1.4‰(PDB), 산소 안정동위원소비는 31.4‰(SMOW)로 이 지역의 현생 패각(δ^13C=0.3∼1.9‰, δ^18O=29.6∼29.8‰)에 비해 다소 부화되어 있지만 천해성 현생 탄산염 패각의 동위원소비(δ^13C=-2.4∼1.7‰, δ^18O=26.5∼31.6‰)와 유사한 범위를 가진다. 이는 퇴적후 속성작용 과정에서 변질영향이 크지 않은 것으로 해석된다. ; A geochemical and stable isotopic approach for mollusc fossil shells from the Pleistocene Seoguipo Formation, Cheju Island and living mollusc shells from coastal areas in the Korean peninsula, including East Sea, Yellow Sea and South Sea were used to trace the post depositional alteration of molluscs and to investigate the distribution of trace elements in the shells during the shell growth. Most fossil and recent living mollusc shells except Isognomon isognomon and chlamys farreri species from Wando, South Sea were identified as biogenic aragonitic shells which were partly replaced by calcite. Aragonitic shells of fossil molluscs as well as living molluscs have more enriched in Sr than the calcitic ones. EPMA profiles across the growth line and periostracum layer to nacreous layer of fossil and living mollusc shells show regular zig - zag patterns, reflecting the seasonal change and/or cyclic fluctuation of seawater temperature during the shell growth. Precise cyclic fluctuations of Sr and Ca in the shells from East Sea suggest that ambient coastal area of East Sea was chemically and tectonically stable environment during the mollusc shell growth. Considerable amounts of heavy toxic elements including Cr, Ni, Co and Pb were included in living shells from coastal areas of Korean peninsula. However, living and fossil shells from Cheju Island have relatively low concentration of these toxic elements. No Pb is detected in the fossil and living shell in the Island. It indicates that Cheju Island was remained as an anthropogenic non-polluted environment since Quaternary period. Carbon and oxygen isotopic compositions of living mollusc shells belong to a shallow marine carbonates. A similar isotopic compositions between fossil mollusc shell of Seoguipo Formation and living mollusc shells from Cheju Island imply that most fossil shells are in well-preserved state regardless the post-depositional diagenesis.