https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/171249 Sat, 04 Apr 2026 11:27:11 GMT 2026-04-04T11:27:11Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/274415 Title: Applications of Stable Water Isotopes for Diagnosing Hydrological Processes in Mid-Latitude and Antarctic Regions Ewha Authors: 김송이 Abstract: 본 논문은 해양–대기–빙권으로 이어지는 물순환 과정이 물 안정 동위원소 조성에 어떻게 반영되는지를 규명하고, 서로 다른 기후 환경에서 동위원소 신호의 해석 특성을 평가하는 것을 목적으로 한다. 물 안정 동위원소는 수증기 생성, 대기 수송, 응결 및 침적 과정 전반에 걸쳐 다양한 물리적 영향을 받으며, 이러한 영향은 관측 환경과 기후 체계에 따라 상이하게 나타난다. 중위도 환경에서는 강수 동위원소가 몬순 순환, 기단 이동, 습도 변화와 같은 대기 과정의 영향을 복합적으로 반영하는 반면, 극지 환경에서는 기온, 해빙 조건, 대규모 대기 순환 및 빙권 과정의 영향을 함께 기록한다. 이러한 차이로 인해 서로 다른 기후 영역에서 관측된 동위원소 자료는 동일한 해석 틀로 설명되기 어렵다. 이에 본 연구는 해수, 강수, 빙하 및 설빙 자료를 활용하여 물순환의 각 단계에서 형성되는 동위원소 신호를 종합적으로 분석하였다. 이를 통해 중위도와 극지 환경에서 동위원소 변동성을 지배하는 주요 물리 과정을 구분하고, 관측 환경에 따른 해석상의 차이를 비교하였다. 나아가 해양–대기–빙권을 연계한 관측을 바탕으로, 물순환 과정에 대한 동위원소 해석의 일관성을 높이고자 하였다. 본 논문은 총 8장으로 구성되어 있으며, 방법론적 개발과 관측 자료 분석을 단계적으로 결합하여 물 안정 동위원소를 이용한 물순환 해석을 수행한다. 제1장에서는 연구의 배경과 필요성을 제시한다. 물순환 연구에서 안정 동위원소가 갖는 진단적 의미를 정리하고, 중위도와 극지 환경에서 동위원소 신호가 서로 다른 물리 과정의 영향을 받아 형성된다는 점을 기존 연구를 통해 검토한다. 이를 바탕으로 본 논문의 연구 목적을 명확히 하고, 해양–대기–빙권을 연계한 관측과 분석이 왜 필요한지를 설명하며, 전체 논문의 구성과 연구 흐름을 개괄한다. 제2장에서는 본 연구에 사용된 자료와 방법을 종합적으로 설명한다. 해수, 강수, 남극 빙하 코어 및 표층 강설 자료의 특성과 환경을 소개하고, 동위원소 측정 방법, 보정 및 품질 관리 절차를 상세히 기술한다. 또한 서로 다른 관측 환경에서 획득된 자료를 해석하기 위한 공통적인 분석 및 해석 틀을 제시한다. 제3장에서는 CRDS를 이용한 삼중 산소 동위원소(Δ¹⁷O) 분석 전략을 다룬다. 국제 표준물질을 활용한 보정 및 정규화 절차를 정립하고, 주입 횟수와 측정 조건에 따른 불확도 특성을 평가함으로써, 다양한 자연수 시료에서 고정밀 Δ¹⁷O 측정이 가능함을 검증한다. 이를 통해 이후 장들에서 활용되는 Δ¹⁷O 자료의 신뢰성을 확보한다. 제4장에서는 연속 해수 동위원소 측정 시스템을 구축하고 그 성능을 평가한다. 실험실 실험과 선상 관측을 통해 연속 측정 자료의 안정성과 재현성을 검증하며, 증발, 담수 유입, 해양 혼합 과정과 연관된 고주파 동위원소 변동성을 관측할 수 있음을 제시한다. 또한 장시간 관측에서 발생할 수 있는 문제점과 보정 전략을 함께 논의한다. 제5장에서는 남극 Hercules Névé 지역에서 채취된 빙하 코어 자료를 분석하여 극지 동위원소 변동성을 해석한다. δ¹⁸O와 d-excess 자료를 중심으로 기온, 강수, 해빙 조건, 그리고 Amundsen Sea Low와 Zonal Wave-3와 같은 대규모 대기 순환계가 동위원소 신호에 미치는 영향을 평가한다. 이를 통해 극지 환경에서 동위원소가 국지적 요인과 대규모 순환의 영향을 동시에 반영함을 보여준다. 제6장에서는 서울에서 관측된 중위도 강수 동위원소 자료를 분석한다. δ²H, δ¹⁸O, d-excess, Δ¹⁷O의 계절 및 종관 규모 변동성을 검토하고, 이들이 습도 조건, 기단 기원, 동아시아 몬순 순환과 어떻게 연관되는지를 분석한다. 이를 통해 중위도 환경에서 강수 동위원소 신호가 계절에 따른 대기 과정의 영향을 복합적으로 반영함을 제시한다. 제7장에서는 남극 표층 눈 자료를 이용하여 δ¹⁸O의 공간 분포 특성을 분석한다. 관측된 동위원소 분포를 고도, 강수 가중 기온, 남북 방향 바람 성분과 비교함으로써, 남극 표층 눈 동위원소 공간 패턴을 지배하는 주요 기후 인자를 규명하고, 공간적 해석의 중요성을 논의한다. 마지막으로 제8장에서는 각 장의 주요 결과를 종합하여 본 논문의 핵심적인 결론을 도출한다. 해수, 강수, 빙하, 빙설 자료가 물순환의 서로 다른 단계에서 형성되는 동위원소 신호를 어떻게 기록하는지를 통합적으로 정리하고, 해양–대기–빙권을 연계한 관측과 분석이 물순환 해석의 신뢰성을 높이는 데 기여함을 논의한다. 본 학위 논문은 해양–대기–빙권을 아우르는 동위원소 관측과 방법론적 개선을 결합함으로써, 서로 다른 관측 환경에서 물 안정 동위원소 신호가 어떻게 형성되고 해석될 수 있는지를 체계적으로 제시한다. 해수, 강수, 빙하 코어, 빙설 자료를 통해 물순환의 각 단계에서 관측되는 동위원소 변동성을 분석하고, 관측 환경에 따라 해석 시 고려해야 할 요인을 정리하였다. 이러한 연구 결과는 향후 물순환 연구에서 동위원소 자료를 해석하는 데 있어 관측 환경의 특성을 보다 명확히 인식하도록 돕고, 동위원소 관측 자료의 활용 범위를 확장하는 데 기여할 것으로 기대된다.;This dissertation combines methodological innovation with water stable isotope analysis to investigate how hydrological processes are recorded in seawater, precipitation, and Antarctic snow and ice. The work is organized into five studies, each addressing a distinct component of the ocean–atmosphere–cryosphere system and together providing a process-based interpretation of modern hydrological variability. Study 1 develops and optimizes high-precision triple oxygen isotope (Δ¹⁷O) measurements using CRDS. Through improvements in calibration, normalization, and uncertainty evaluation, the study establishes a robust analytical framework applicable to diverse sample types, including Antarctic ice. These methodological advancements form a critical foundation for the multi-parameter isotope analyses conducted in subsequent chapters. Study 2 introduces a continuous seawater isotope monitoring system based on a Continuous Water Sampler (CWS) coupled with CRDS. Laboratory and shipboard experiments evaluate system performance and compare three calibration strategies, demonstrating that water-concentration–based correction provides the most reliable results, particularly under membrane-aging conditions. This study establishes the feasibility of high-frequency seawater isotope observations and provides practical guidelines for long-term deployments in oceanographic and polar environments. Study 3 analyzes isotopic records from the Hercules Névé ice core in coastal East Antarctica. The results show that summer δ¹⁸O and d-excess are jointly influenced by temperature, precipitation regime, surface winds, and broader circulation patterns such as the Amundsen Sea Low and Zonal Wave-3. These findings highlight the combined roles of local and regional atmospheric processes in shaping polar isotope signals. Study 4 examines a five-year isotope record of precipitation from Seoul, South Korea. Seasonal variations in δ²H, δ¹⁸O, d-excess, and Δ¹⁷O reflect changes in humidity, moisture-source transitions, monsoonal influence, and synoptic meteorology. The study suggests that midlatitude precipitation isotopes respond to multiple atmospheric processes rather than temperature alone, underscoring the value of multi-parameter isotope approaches in complex climate regimes. Study 5 investigates the spatial distribution of δ¹⁸O in surface snow across inland East Antarctica. Using reanalysis predictors and Ridge regression, the study identifies elevation, precipitation-weighted temperature, and meridional winds as dominant controls on spatial isotope variability. The resulting isoscape provides essential spatial context for interpreting ice-core records and for evaluating regional climate–isotope relationships. Together, these five studies create a unified analytical and interpretive framework that spans oceanic boundary conditions, atmospheric transformations, and cryospheric storage. By integrating isotope observations from seawater, precipitation, and snow/ice with methodological advancements in Δ¹⁷O analysis and continuous monitoring, the dissertation offers a comprehensive, process-based understanding of hydrological variability across midlatitude and polar environments. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/274415 2026-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/272446 Title: Empowering Indonesian Preservice Science Teachers for Socioscientific Issues Instruction through the ENACT Program Ewha Authors: Masnaini Abstract: Socioscientific issues (SSI) have emerged as a critical educational context for fostering students’ scientific literacy. Despite this growing importance, pre-service science teachers (PSTs) in Indonesia often exhibit limited understanding and experience regarding SSI-based instruction. In response, this study aimed to enhance Indonesian PSTs’ instructional competence in SSI through the implementation of the ENACT program a pedagogical model grounded in Vision III scientific literacy, which emphasizes critical reflection, civic responsibility, and transformative action. A total of 90 Indonesian PSTs participated in the study. Through the ENACT program, they engaged with locally relevant SSI, investigated both scientific and societal dimensions, and developed actionable solutions. This study adopted a mixed-methods design utilizing a one-group pretest-posttest approach to examine the effects of the ENACT program across four domains: Understanding of the nature of science and technology, development of character and values as citizens, views of social responsibility of scientists and engineers, and perceptions of SSI teaching. Data were collected through questionnaires and semi-structured interviews. To enhance internal validity, descriptive statistics, paired-sample t-tests, and analysis of covariance (ANCOVA) were employed. Qualitative interview data were analyzed using both deductive and inductive coding, with emerging themes interpreted in alignment with the five stages of the ENACT program. Representative cases of SSI-based instruction and student engagement were documented to illustrate the depth of participation and learning outcomes. The findings revealed statistically significant improvements across the four key domains. PSTs developed a deeper understanding of the dual societal roles of technology, heightened ecological and moral awareness, increased recognition of scientists’ and engineers’ social responsibilities, and improved readiness to implement SSI-based instruction. Qualitative interview data further revealed participants’ growing ethical reflection on SSI and their heightened interest in promoting student engagement through SSI-oriented teaching. These findings suggest that structured SSI-based instructional programs such as ENACT can effectively enhance pre-service teachers’ scientific literacy and pedagogical competence. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/272446 2025-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/270759 Title: 지구계 교육 측면에서 초․중․고등학생들의 재해․재난 소양 평가 Ewha Authors: 김민지 Abstract: 본 연구의 목적은 지구계 교육 측면에서 초·중·고등학생들의 재해·재난 소양을 평가하여 현황을 파악하고, 소양 평가 결과를 바탕으로 재해·재난 소양에 영향을 주는 요인 및 관계를 발견함으로써 재해·재난 소양 함양을 위한 지구과학 교육의 역할에 새로운 시사점을 도출하는 것이다. 먼저, 지구과학계에서 논의되었던 여러 소양과 재해·재난 소양에 관한 국내·외 선행 연구를 고찰하고, 선행 연구에서 제시한 재해·재난 소양의 내용 요소를 추출하여 영역별, 시점별로 분류했다. 이러한 문헌 연구를 바탕으로 예비 연구를 위한 예비 검사 도구를 개발했고, 초등학교 5학년, 중학교 2학년, 고등학교 2학년을 대상으로 예비 검사를 시행했다. 그 후, 예비 연구 결과의 신뢰도, 정답률 및 변별도, 응답 빈도 등을 분석하며 예비 검사 도구를 검증했다. 예비 연구의 분석 결과를 토대로 선행 연구를 다시 고찰하면서 재해·재난 소양 검사 도구의 개발 틀을 인식, 지식, 기능, 태도, 행동의 5개의 영역과 배경 변인으로 정교화했다. 본 검사 도구는 정교화된 개발 틀을 기준으로 예비 검사 도구를 수정 및 보완하여 개발했다. 최종적으로 개발한 재해·재난 소양 검사 도구는 지구계 교육 측면에서 총 17가지의 재해·재난(지진, 화산, 산사태, 싱크홀, 가뭄, 화재/산불, 황사/미세 먼지, 태풍/강풍/풍랑, 해일, 호우/홍수, 폭염, 한파/대설, 우박, 낙뢰, 녹조/적조, 조수, 우주 재난)을 선정했고, 배경 변인 13문항, 인식 5문항, 지식 24문항, 기능 23문항, 태도 9문항, 행동 6문항으로 구성했다. 본 검사는 초등학교 5~6학년, 중학교 2~3학년, 고등학교 2~3학년을 대상으로 시행했으며, 수집한 양적 자료는 기술 통계 분석뿐만 아니라 추리 통계 분석도 진행했다. 추가로 양적 자료만으로는 학생들의 재해․재난 소양을 파악하는 데 한계가 있으므로 본 연구에 참여한 학생 중 일부를 대상으로 반구조화된 개별 면담을 진행했다. 면담의 주된 목적은 본 검사에 답변한 내용과 답변 이유를 확인하는 것이었으며, 면담 내용은 각 학생의 경험, 생각, 의견 등을 중심으로 질적 분석했다. 초·중·고등학생들의 재해·재난 소양 검사 결과, 약 89.9%의 학생들은 학교 교육을 통해, 약 63%의 학생들은 학교 밖 경험을 통해 재해·재난 정보를 얻고 있었으며, 약 37%의 학생들은 재해·재난을 직접 겪은 경험이 있었다. 인식 영역에서는 학생들이 대체로 재해·재난에 대해 잘 알고 있다고 생각했고, 거주 지역에서 과거에 발생한 재해·재난에 대해 알고 있는 학생들은 약 38.6%였으며, 거주 지역의 안전도는 대체로 긍정적으로 평가하고 있었다. 또한, 연구 대상의 모든 학교급에서 17가지의 재해·재난 중 ‘화산’을 가장 위험하다고 인식하고 있었으며, 재해·재난 관리 요소 중 응급조치와 대피 행동을 가장 중요하다고 인식하고 있었다. 본 연구 대상의 검사 결과에 대한 학교급별 차이를 분석해보니, 지식 영역 소양 점수의 평균은 고등학생이 초·중학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. 기능 영역 소양의 선다형 문항의 평균은 초등학생이 중·고등학생보다, 진위형 문항의 평균은 고등학생, 초등학생, 중학생 순으로, 리커트형 문항의 평균은 초·중학생이 고등학생보다 통계적으로 유의하게 높았다. 태도 영역과 행동 영역 소양 점수의 평균은 초·중학생이 고등학생보다 통계적으로 유의하게 높은 것으로 분석되었다. 학교급에 따라 초등학생은 교외 경험, 자기 인식, 지역 안전 인식, 기능(선다형), 기능(리커트형), 태도, 행동 등의 7가지 요인에서, 중학생은 자기 인식, 기능(리커트형), 태도, 행동 등의 4가지 요인에서, 고등학생은 직접 경험, 지역 재난 인식, 지식, 기능(진위형) 등의 4가지 요인에서 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. 성별에 따른 유의한 차이는 기능 영역의 일부에서 중·고등학생만 나타났는데, 중학교 남학생은 여학생보다 리커트형 문항의 평균이, 고등학교 남학생은 여학생보다 선다형 문항의 평균이, 고등학교 여학생은 남학생보다 진위형 문항의 평균이 높은 것으로 분석되었다. 또한, 재해·재난 소양 수준이 높은 학생들은 전체 성적, 과학 성적, 교외 경험, 자기 인식이 유의하게 높았으며, 연구 대상 초·중·고등학생 모두 지식, 기능, 태도, 행동 영역 문항 대부분의 평균이 상, 중, 하 수준 순으로 유의하게 높은 것으로 분석되었다. 영역 및 요소 간 상관관계 분석 결과, 지식 영역과 기능 영역, 기능 영역과 태도, 행동 영역, 태도 영역과 행동 영역 간에 유의한 양의 상관관계가 나타났다. 또한, 전체 성적, 과학 성적과 지식, 기능 영역, 자기 인식과 지식, 기능, 태도, 행동 영역, 재난 정보 소양, 응급조치와 태도, 행동 영역 간에도 유의한 양의 상관관계가 있는 것으로 분석되었다. 그리고 관심, 효능감, 두려움과 기능, 태도, 행동 영역, 노력과 태도, 행동 영역 사이에도 유의한 양의 상관관계가 있었으며, 기능(리커트형) 영역에 대한 효능감과 두려움의 상호작용 효과, 기능(리커트형), 태도, 행동 영역에 대한 관심과 두려움의 상호작용 효과도 유의한 것으로 나타나 재해․재난 소양 함양에 있어 관심, 효능감, 두려움과 같은 정서적 요인이 중요하게 작용할 수 있음을 확인했다. 이러한 정서적 요인과 관련하여 면담 분석을 통해 재해·재난에 대한 무관심은 재난 불감증으로, 재해·재난에 대한 관심은 높은 자기 인식과 위험 인식, 재해·재난을 관리하는 태도 및 행동, 재해·재난에 민감하게 반응하는 재난 감수성으로 이어질 수 있다는 점을 발견했다. 마지막으로 재해·재난 소양 검사 결과를 바탕으로 현재 학교 재해·재난 교육의 문제점과 개선 방안을 제시했으며, 초·중·고등학생들의 재해·재난 소양 함양을 위한 지구과학 교육 기반 재해·재난 교육의 출발점과 방향에 대한 시사점을 도출했다. 재해·재난이 심화되면서 재난에 대해 올바르게 인식하고 미래의 재난을 대처하기 위한 능력을 갖추는 것이 필수가 된 현대 사회에서 이제는 지구과학 교육에서도 재해·재난 소양 교육이 주목받을 차례이다. 본 연구는 지구계 교육 측면에서의 재해·재난 소양 검사 도구를 개발하여 초·중·고등학생들의 재해·재난 소양을 종합적으로 평가한 최초의 연구로서 의의가 있다. 본 연구를 시작으로 학교 현장에 실질적으로 적용하여 초·중·고등학생들의 재해·재난 소양을 함양할 수 있는 재해·재난 교육 프로그램에 관한 후속 연구들이 활발하게 진행되기를 기대한다.;The purpose of this study is to assess the disaster literacy in elementary and secondary school students’ in terms of earth system education, to understand the current situation. Based on the results of the literacy test, the factors and relationships that affect disaster literacy are discovered, thereby deriving new implications for the role of earth science education in enhancing disaster literacy. First, the study reviewed domestic and international previous research on various literacies and disaster-related literacies discussed in the earth science field. The content elements of disaster literacy identified in previous research were extracted and categorized by domain and time. Based on this literature review, a preliminary test tool was developed for the pliot study, and it was administered to 5th grade elementary school students, 2nd grade middle school students, and 2nd grade high school students. The reliability, correct answer rate, discrimination, and response frequency of the preliminary study were analyzed to validate the tool. Based on the analysis of the preliminary study results, the framework for developing the disaster literacy test tool was refined to include five domains—perception, knowledge, skills, attitude, and behavior—as well as background variables by reexamining previous studies. The final disaster literacy test tool was developed by modifying and supplementing the preliminary tool based on the refined framework. The final tool covered 17 types of disasters (earthquakes, volcanoes, landslides, sinkholes, droughts, fires/wildfires, yellow dust/fine dust, typhoons/high winds/sea storms, tsunamis, heavy rain/floods, heat waves, cold waves/heavy snow, hail, lightning, algal blooms/red tides, tides, space disasters), and included 13 questions on background variables, 5 on perception, 24 on knowledge, 23 on skills, 9 on attitude, and 6 on behavior. The test was administered to 5th-6th grade elementary, 2nd-3rd grade middle, and 2nd-3rd grade high school students. Both descriptive and inferential statistical analyses were performed on the quantitative data. Additionally, recognizing the limitations of using quantitative data alone to assess students' disaster literacy, some students were interviewed individually using a semi-structured format. The main purpose of the interviews was to confirm the content of their responses and the reasons for those responses. The interview data were analyzed qualitatively, focusing on the students' experiences, thoughts, and opinions. The results of the disaster literacy test showed that about 89.9% of students obtained disaster information through school education, about 63% through out-of-school experiences, and about 37% had direct experience with disasters. In the perception domain, students generally believed they were well-informed about disasters. Approximately 38.6% of students knew about disasters that had occurred in their area, and the safety of their living area was generally rated positively. Additionally, across all school levels, students perceived volcanoes as the most dangerous among the 17 types of disasters, and recognized emergency first aid and evacuation actions as the most important disaster management elements. An analysis of the differences in test results by school level revealed that high school students scored statistically higher than elementary and middle school students in the knowledge domain. In the skills domain, elementary students scored higher than middle and high school students on multiple-choice questions. The mean of true-false questions was in the order of high school students, elementary school students, and middle school students, and the mean of Likert-type questions was statistically significantly higher for elementary and middle school students than for high school students. The average scores in the attitude and behavior domains were significantly higher for elementary and middle school students compared to high school students. Statistically significant differences in various factors were found by school level: elementary students showed higher scores in areas such as out-of-school experience, self-perception, local safety perception, skills(multiple-choice), skills(Likert-type), attitude, and behavior; middle school students showed higher scores in self-perception, skills(Likert-type), attitude, and behavior; and high school students showed higher scores in direct experience, local disaster perception, knowledge, and skills(true/false). Gender differences were statistically significant in some areas of the skills domain, with middle school boys scoring higher than girls on Likert-type questions, high school boys scoring higher than girls on multiple-choice questions, and high school girls scoring higher than boys on true/false questions. Furthermore, students with higher disaster literacy levels had significantly higher overall academic grades, science grades, out-of-school experiences, and self-perception. It was found that most of the students, across all school levels, scored significantly higher in knowledge, skills, attitude, and behavior domains in an ascending order of high, medium, and low. Correlation analysis revealed significant positive correlations between knowledge and skills, skills and attitude, behavior, and between attitude and behavior. In addition, it was analyzed that there was a significant positive correlation between overall grades, science grades and knowledge, skills domains, self-perception and knowledge, skills, attitude, and behavior domains, disaster information literacy, emergency response and attitude and behavior areas. There were also significant positive correlations between interest, efficacy, fear and skills, attitude and behavior domains, and between effort and attitude and behavior domains. The interaction effects of self-efficacy and fear on the skills(Likert-type) domain, and interest and fear on the skills, attitude, and behavior domains, were also significant, confirming that emotional factors play a critical role in enhancing disaster literacy. In relation to these emotional factors, interview analysis found that indifference toward disasters can lead to disaster insensitivity, and interest in disasters can lead to high self-perception and risk perception, attitudes and behaviors toward managing disasters, and disaster sensitivity that responds sensitively to disasters and catastrophes. Based on the disaster literacy test results, this study identified issues with current disaster education in schools and proposed ways to improve it. It also derived implications for the starting point and direction of disaster education based on earth science education. As disasters become more severe, the ability to correctly recognize and respond to future disasters is essential in modern society. Earth science education now needs to focus on disaster literacy education. This study is the first to comprehensively assess disaster literacy in elementary and secondary school students by developing a disaster literacy test tool from the perspective of earth system education, and it is significant in that regard. It is hoped that this study will lead to further research on practical disaster education programs to enhance disaster literacy in schools. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/270759 2025-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/268687 Title: Climate-related signals in coastal Antarctic snow-pit and ice core records Ewha Authors: Nyamgerel, Yalalt Abstract: Antarctic snow-pits and ice cores preserve past climate and environmental conditions, which are essential for understanding current and future changes in global climate. Due to the continent's vastness, complex climate system, and limited spatial coverage of records, substantial variations and climatic disparities persist. Particularly in coastal regions exhibit significant variability and pose challenges. Therefore, expanding coastal ice core records and site-based studies is essential to interpret long-term climate signals from Antarctic ice cores. This thesis primarily investigates climate-related signals in short-term (snow-pits) and long-term (ice core) records (water isotopic composition, major ions, trace metals) from coastal (Victoria Land and Lambert Glacier Basin) East Antarctica (Chapters 2, 3, 4, and 5). In the coastal regions, surface melting of snow occurs during warmer summer season, percolating through snow layers and ultimately forming melt layers in ice core records. This climate-related melt layer pose challenges in interpreting ice core records. Predicting the variations in the isotopic composition of melt is thus important. Therefore the thesis also examines the isotopic evolution of meltwater during melting of isotopically heterogeneous ice layers, which can be further extended to studies interpreting melt layers signals in Antarctic ice cores as well as the release of meltwater from snow, glaciers, and permafrost (Chapters 6 and 7). This thesis comprises eight chapters. Chapter 1 provides background information and introduces the research topics addressed in this thesis. Chapter 2 and 3 evaluate the snow-pit and ice core at the Styx-Glacier located in northern Victoria Land, focusing on records water isotopes, ions, and snow accumulation rate. The results indicate the climate condition in nearby oceanic regions (sea surface temperature and sea ice cover) were detectable in these records. The proximity to oceanic moisture and the consistent wind pattern transporting it makes snow accumulation rate a more direct proxy. The relationship between δ18O and air temperature at deposition site (nearby) was not clear at annual scale, during 1979–2014. Since the oceanic conditions in this sector are sensitive to regional- and large-scale atmospheric circulation patterns (e.g., SAM, ASL, and ENSO), the longer part of the Styx-M ice core record may be linkable to these patterns. Additionally, the trace metals indicate a dominant origin from the local ice-free areas. In another ice core (GV7-C) from northern Victoria Land, which covers longer period, climate-related signals at two temporal resolutions (1957–2013 and 1872–2013) were discussed (Chapter 4). During 1957–2013, δ18O and d-excess suggest that snow at the GV7-C site originates from the Southern Ocean, possibly via the western Pacific and southeastern Indian Ocean. For 1872–2013, d-excess and SST correlations indicate the Southern Ocean origin, likely through the Indian Ocean sector. Snow accumulation data were not strongly correlated with climate variables. Overall, this study is providing preliminary insights into teleconnections with low-latitude climate, possibly over the Indian Ocean sector of the Southern Ocean, which is important in the context of global warming. Expanding to trace metals in multiple snow-pits collected different distance to coast and different elevations from geographically distinct the Lambert Glacier Basin (Chapter 5), unlike the δ18O and ions, trace metals, showed site- and metal-dependent patterns. This indicates the dependence of the accessibility to the emission sources and the atmospheric transport pattern. Inland sites show generally higher concentrations of metals with a weak tendency to increase during austral winter season. Potential sources are identified as crustal dust, potential anthropogenic emissions, and some marine influence. The sources were somehow consistent in inland sites (Pits 2 and 3), while Pit 4 shows mixed contributions. Pit 1 is mainly influenced by marine sources, posing challenges in source quantification. These findings offer valuable background data on multiple metals, providing insights for paleoclimate research using longer ice cores. Secondly the isotopic exchange processes during melting of heterogeneous ice layers and were studied through modeling (Chapter 6) and melting experiments (Chapter 7). The results highlight the initial layer sequence and differences in isotopic compositions significantly influence the isotopic evolution of the meltwater. The more varied patterns were simulated with increasing the effectiveness of isotopic exchange and fraction of ice involved in the exchange. This emphasizes that isotopic heterogeneity plays a crucial role in the evolution of snowmelt isotopes, even though various factors are considerable in nature conditions. Melting experiments results involving isotopically different two-layered ice well captured in the model simulation. The isotopic exchange rate constant was similar for oxygen and hydrogen isotopes. Moreover, the isotopic exchange was consistent with previous studies conducted on homogeneous ice layer and snowpack and show a tendency to increase with percolation velocity. The study suggests the importance of flow conditions in the isotopic variation of meltwater. These findings have implications for understanding snowmelt processes and the first step to interpreting melt layers in polar ice cores. The results of all chapters of this thesis work are summarized in Chapter 8. The thesis contributes new findings on climate variabilities derived from snow-pits and ice cores in the relatively unexplored and highly diverse coastal Antarctic regions. This would offer valuable insights for Antarctic climate studies and serve as essential background study for reconstructing longer paleoclimate data from these regions. Secondly, the modeling and experimental results on the isotopic variation of meltwater from isotopically heterogeneous ice layers or snowpacks have broader application in interpreting melt layer signals in ice cores and contribute to wider hydro-climatological studies, particularly in the context of ongoing climate change.;남극의 스노우핏(snow-pit)과 빙하코어는 과거 지구의 기후 및 환경 변화의 이해하는데 필수적인 정보를 가지고 있기에 고기후 복원 프록시(proxy)로 활용된다. 남극대륙의 광대함, 복잡한 기후 시스템 및 관련 관측 자료 부족으로 인해 과거 기후를 복원하는데 상당한 어려움이 있다. 특히 해안 지역은 남극 내륙보다 변동성이 상당하여 추가적인 빙하코어 자료를 확보하는 연구가 필요하다. 따라서 남극 빙하코어에 기록된 장기적인 기후 환경변화를 해석하기 위해서는 해안 빙하코어 기록과 현장 기반 연구를 확장하는 것이 중요하다. 본 논문은 주로 해안(Victoria Land 및 Lambert Glacier Basin)의 스노우핏 및 빙하코어 기록(물안정동위원소, 주요 이온, 미량 원소)에서 기후 관련 정보를 조사고자 하였다. 또한 따뜻한 여름 시즌에 해안 지역에서는 눈의 표면에 용융이 발생하고 그 물이 눈 층을 침투하여 궁극적으로 빙하코어 기록에서 용융 층이 형성된다. 이러한 기후 관련 용융 층은 빙하코어 기록을 해석하는 데 어려움을 초래하므로 용융수의 동위원소 변화를 예측하는 것이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 동위원소적으로 이질적인(heterogeneous) 얼음 층이 용융되는 동안 용융수의 동위원소 진화도 조사하였다. 이는 눈, 빙하 및 영구 동토층의 용융수 방출 뿐만 아니라 남극 빙하코어의 용융수 신호를 해석하는 연구로 더 확장될 수 있다. 본 논문은 8 개의 장으로 구성되어 있다. 1 장에서는 배경 정보를 제공하고 이 논문에서 다루는 연구 주제를 소개하였다. 2 장과 3 장에서는 Victoria Land 에 위치한 Styx-Glacier 스노우핏과 빙하코어에서 기록된 물 안정동위원소, 이온 및 적설량을 이용하여 해양 지역의 기후요소(해수면 온도 및 해빙면적) 감지가 가능하였다. 1979-2014 년 동안 연간규모에서 스노우의 δ18O 와 대기침적 지점의 대기 온도 사이에는 뚜렷한 상관관계가 관찰되지 않았다. 이 지역의 해양 조건은 지역 및 대규모 대기 순환 패턴(예: SAM, ASL 및 ENSO)에 민감하기 때문에 Styx-M 빙하코어의 장기 기록이 이러한 패턴과 연결될 수 있다. 또한 미량 원소는 주변 얼음이 없는 지역에서 주 공급원을 나타난다. 보다 장기(1957–2013, 1872–2013) 기록을 다루는 Victoria Land의 빙하코어(GV7-C)에서는 에서 기후 관련 신호를 논의하였다(4장). 1957–2013 년 동안 δ18O 와 d-excess 는 GV7-C 지점의 눈이 서태평양과 인도양 남동부를 거쳐 남대양에서 시작되었음을 시사하였다. 1872–2013 년의 경우 dexcess 와 해수면 온도 상관관계는 인도양 을 통해 남대양에서 시작되었음을 나타난다. 적설량 데이터는 기후 인자와 강한 상관관계가 관찰되지 않았다. 전반적으로 본 연구는 지구 온난화의 맥락에서 중요한 남대양의 인도양에 대한 저위도 기후와의 원격 연결에 대한 선행적 통찰력을 제공하고 있다. 여러 개의 스노우핏에서 수집된 다양한 거리와 지리적으로 구별되는 Lambert Glacier Basin(5 장)에서 수집된 미량 원소는 δ18O 및 이온과 달리 사이트 및 원소 의존적 패턴을 보였다. 이는 배출원에 대한 접근성과 대기 수송 패턴의 의존성을 나타난다. 내륙 지역은 일반적으로 겨울철에 증가하는 경향이 약한 미량 원소 농도가 더 높았다. 잠재적인 소스는 지각 먼지, 잠재적인 인위적 배출 및 일부 해양 영향으로 확인됐다. 이러한 발견은 여러 미량 원소에 대한 귀중한 배경 데이터를 제공하여 더 긴 빙하코어를 사용하는 고기후 연구에 대한 통찰력을 제공한다. 제 6 장과 7 장에서는 이질적인 얼음 층이 녹는 동안의 동위원소 교환 과정을 모델링과 용융 실험을 통해 조사하였다. 초기 레이어 순서와 동위원소 조성의 차이가 용융수의 동위원소 진화에 상당한 영향을 미쳤다. 동위원소 교환 및 이에 관여하는 얼음의 비율(fraction of ice)을 증가시키면서 더 다양한 패턴이 나타난다. 이는 다양한 요인이 자연 조건에서 상당한 역할을 하지만 동위원소 이질성이 용융수 동위원소의 진화에 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다. 산소와 수소의 동위원소 교환 속도 상수는 유사하였다. 또한 동위원소 교환 속도 상수는 균질한 얼음 층과 스노우팩(snowpack)에 대해 수행된 이전 연구와 일치했으며 여과(percolation) 속도에 따라 증가하는 경향을 보여주었다. 이 연구는 용융수의 동위원소 변화에서 유동 조건의 중요성을 시사한다. 이러한 발견은 용융에 따른 동위원소 진화 과정을 이해하고 극지지역 빙하코어의 용융층을 해석하는데 도움이 될 것이다. 본 학위논문은 남극 해안 지역의 스노우핏과 빙하코어에서 파생된 기후 변동성에 대한 새로운 통찰력을 제공하며 보다 장기간의 고기후 데이터를 재구성하는 데 필수적인 배경 연구가 될 것이다. 또한 동위원소적으로 이질적인 얼음 층 또는 스노우팩에서 용융수의 동위원소 진화과정에 대한 모델링 및 실험 결과는 얼음 코어의 용융수 층 신호를 해석하는 데 광범위하게 적용되며 특히 기후 변화 측면에서 더 광범위한 수문학적 연구에 기여할 것이다. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/268687 2024-01-01T00:00:00Z