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[사진1. (왼쪽부터) 지구시스템과학과 김원석 교수, 금두환 연구원]

 

지구시스템과학과 김원석 교수팀이 서서히 침강하는 해저 화산섬인 독도의 해저단구(Submarine Terrace)*가 형성되고 보존되는 과정을 규명했다. 연구팀은 지난 약 60만 년 동안 약 35차례의 해수면 정지기가 있었지만, 현재 독도 해저에는 6개의 주요 단구만 남아 있는 원인을 밝히고, 해저단구가 여러 차례의 해수면 변동과 침강, 파랑 침식을 거쳐 형성된 지형임을 제시했다.

 

해안가에 계단 모양으로 발달하는 해안단구(Marine Terrace)는 과거의 해수면 변화와 지각 운동을 보여주는 지형이다. 기존에는 각각의 단구가 특정 고해수면기(Highstand)에 형성되고, 지반이 융기하는 지역에서는 높은 곳에 위치한 단구일수록 오래전에 형성된 것으로 해석해 왔다. 그러나 실제로는 이후의 침식으로 단구가 사라지거나 여러 차례의 해수면 변동을 거치며 하나의 단구가 형성될 수 있다. 특히 기존 연구는 주로 지반이 융기하는 육상 단구를 대상으로 진행돼, 지반이 서서히 가라앉는 침강 환경의 해저단구가 어떻게 형성되고 보존되는지는 충분히 밝혀지지 않았다.

 

이에 김원석 교수 연구팀(제1저자 금두환 연구원)은 한국해양과학기술원(KIOST)이 다중빔 음향측심(MBES)과 라이다(LiDAR) 조사로 구축한 1m급 고해상도 해저 지형 자료를 분석했다. 이어 파랑에 의한 침식과 지형 변화를 계산하는 수치 모델을 개발해 독도 북측 해저 지형이 변화해 온 과정을 시뮬레이션했다.

 

독도는 화산활동과 융기가 약 100만~50만 년 전까지 이어진 뒤 침강 단계에 들어선 화산섬이다. 연구팀은 선행연구에서 제시된 1,000년당 약 0.13m의 침강률을 적용하고, 현재 독도 화산체의 수심과 과거 해수면 변동을 고려해 약 60만 년 전부터의 지형 변화를 모델링했다.

[사진2. 독도 화산체의 해저 지형 및 단구 분포]

 

분석 결과, 지반이 침강하는 환경에서는 저해수면기(Lowstand)에 형성된 단구가 이후 지반과 함께 계속 가라앉아 파랑의 침식이 미치는 수심보다 깊어지면서 보존될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 빙하기와 간빙기에 따른 해수면 하강과 상승이 반복되는 동안 기존 단구가 다시 깎이거나 서로 합쳐지고 나뉘는 등 지속적으로 재가공되는 것으로 확인됐다. 이에 따라 현재 단구의 수심과 형성 시기가 반드시 순서대로 대응하지 않으며, 하나의 단구가 특정 해수면 시기 하나를 그대로 기록한다고 보기 어렵다는 사실도 밝혀졌다.

 

제1저자인 금두환 연구원은 “독도 해저에 남겨진 단구들은 60만 년 동안 이어진 침강과 해수면 변동 과정에서 반복적으로 침식되고 재가공되며 보존된 결과”라며 “과거 해수면의 변화를 정확하게 복원하기 위해서는 지형이 형성되고 변화해 온 과정을 함께 분석해야 한다”고 설명했다.

 

김원석 교수는 “독도 해저단구에는 과거 수십만 년 동안의 동해 환경 변화에 대한 정보가 남아 있다”며 “이번 연구를 통해 침강하는 해저 화산섬에서 단구가 형성되고 보존되는 과정을 제시한 만큼, 향후 해저 지형 연구와 과거 해수면 변화 복원에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이번 연구는 해양수산부 ‘독도의 지속가능한 이용연구사업’과 교육부·한국연구재단의 G-램프(LAMP) 사업의 지원을 받아 진행됐다. 한국해양과학기술원(KIOST)과 독일 포츠담 지구과학연구센터(GFZ) 등이 공동으로 참여했으며, 연구 결과는 지구과학 분야 국제 학술지 ‘지오피지컬 리서치 레터스(Geophysical Research Letters)’에 게재됐다.