Geochemical characteristics and zinc isotope geochemistry in the Suyeong River, South Korea

Abstract

강은 중요한 수자원의 하나로서 생태계와 인간에게 필수적인 자원이다. 그러나 사회 발달로 인해 전 지구적으로 발생하고 있는 방대한 오염물질이 대부분 수계 내로 배출되어 전 세계적으로 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 특히, 중금속은 생태계에 쉽게 축적되고 적은 양으로도 인체에 매우 유해하여 수계 내 중금속 오염을 사전에 방지하고 오염원인자에 대한 기원을 추적할 필요가 있다. 그러나 기존의 대부분의 연구는 오염물질에 대한 농도 분석만으로 오염도를 평가하고 동위원소를 이용한 오염원 기원 추적 연구는 상당히 미비한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 계절별 수영강 시료에 대한 지구화학적 특성을 살펴보고, 아연 동위원소를 이용한 용존 아연의 기원 추적 가능성을 살펴보고자 하였다. 2020년 8월과 2021년 1월에 수영강의 5km 하류 횡단면을 따라 총 16개의 물 시료를 채취한 후 주 원소, 중금속 및 아연 동위원소를 분석하였다. 분석된 시료의 주 원소는 여름철 상류 4개 시료를 제외한 모든 시료에서 해수 유입의 영향이 크게 나타났지만 중금속은 해수 유입보다는 인위적 오염 특성을 보였다. 특히 여름철에 채취한 시료에서 중금속 농도가 연안 및 대양 인증표준물질에 비해 크롬은 최대 2.2배, 망간은 최대 99배 높게 나타났다. 또한, 여름철 거리에 따른 급격한 중금속 농도 증가는 지류 및 하수처리장 배출수 유입 등에 의한 영향으로 판단된다.중금속 중 아연 농도는 자연배경치보다 높았으며 여름철에 5.66~23.1μg/L, 겨울철에 1.54~13.0μg/L의 범위를 갖고 하수처리장(WWTP) 유입수 및 유출수의 아연 농도는 각각 21.1μg/L와 33.6μg/L이었다. 아연동위원소조성（δ66ZnIRMM3702）은 여름철에 –0.25 ~ +0.04‰, 겨울철에 –0.39 ~ –0.04‰이었고 하수처리장 유입수 및 유출수의 아연 동위원소 조성은 각각 –10‰과 –0.14‰이었다. 거리별 아연 농도 및 동위원소 조성 변화를 통하여1) 상류 시료에서의 높은아연의농도와상대적으로낮은아연 동위원소조성, 2) 중류 시료에서의 아연농도 및 동위원소조성증가, 3) 하류 시료에서의 아연 농도 감소와 동위원소 조성 증가의 세 가지 특성으로 구분할 수 있다. 이러한 특성은 1)상류 지역에 존재하는 공장단지와주거단지의 영향, 2) 중류 지역은 하수처리장의 영향, 3) 하류 지역은 해수의 영향에 기인된 것으로 판단된다. 이번 연구는아연 동위원소가수계 내 아연의기원을추적하는 유용한 지시자로 활용될 수 있으며, 유역 내 생태계와 인간에 대한 수질오염의 영향을 최소화하기 위한 적절한 해결책이 필요함을 제시한다. 또한, 다양한 중금속 기원을 평가하기 위해서는 각원소별동위원소프록시 활용의 필요성을 제시한다.