표층해수 내 용존 메탄 탄소동위원소 실시간 측정을 위한 광학기기의 개발 및 활용 전망 (Recent Technological Advances in Optical Instruments and Future Applications for in Situ Stable Isotope Analysis of CH4 in the Surface Ocean and Marine Atmosphere)

서지정보

· 발행기관 : 한국해양학회
· 수록지 정보 : 바다 / 23권 / 1호 / 32 ~ 48페이지
· 저자명 : 박미경, 박선영

초록

대기 중 메탄의 해양 흡수와 방출 메커니즘은 생지화학 순환이 갖는 복잡성과 해양-대기 경계면에서 지역 규모 혹은 기작 단위에서의 관측 연구 부족으로 잘 알려져 있지 못하다. 그러나 다양한 시 ‧ 공간적 규모에서 탄소 수지와 순환을 조절하는 해양 메커니즘에대한 완전한 이해 없이는, 해양의 탄소 변동과 전 지구적 ‧ 지역적 기후 변화에 미치는 영향을 예측하기란 불가능하다. 표층해양 및해양대기에서 용존 메탄의 탄소동위원소 조성에 대한 정밀한 연속 관측은 해양-대기 경계면에서의 유 ‧ 출입 및 생산 ‧ 소모 과정에대한 추가적인 정보를 제공한다. 본 연구는 최근 급격히 발전한 광학기반 동위원소 분석 기기들을 개괄적으로 소개하고, 표층 양 내용존 메탄과 해양대기 메탄의 탄소동위원소 실시간 연속 측정으로의 적용을 위해, 현재 이들 기기들의 기술 및 활용 현황을 논의한다. 이어 레이저 광원의 흡수분광기 중 하나로, 사용이 최근 급증하고 있는 광공동 링다운분광기(CRDS, Cavity Ring Down Spectroscopy)기반 동위원소 분석기기를 예시로 하여 연속 관측 시스템의 운용, 최적화 조건, 보정법을 제안하며, 기체 시료로부터실시간 관측된 메탄 농도 및 메탄 탄소동위원소의 관측 예를 소개하고자 한다. 이러한 가능성 검토를 통해 향후 해양 환경에서의 실시간 메탄 탄소동위원소 분석 연구의 방향을 제안하고자 한다.

영어초록

The mechanisms of CH4 uptake into and release from the ocean are not well understood due mainly to complexity of the biogeochemical cycle and to lack of regional-scale and/or process-scale observations in the marine boundary layers. Without complete understanding of oceanic mechanisms to control the carbon balance and cycles on a various spatial and temporal scales, however, it is difficult to predict future perturbation of oceanic carbon levels and its influence on the global and regional climates. High frequency, high precision continuous measurements for carbon isotopic compositions from dissolved CH4 in the surface ocean and marine atmosphere can provide additional information about the flux pathways and production/consumption processes occurring in the boundary of two large reservoirs. This paper introduces recent advances on optical instruments for real time CH4 isotope analysis to diagnose potential applications for in situ, continuous measurements of carbon isotopic composition of dissolved CH4. Commercially available, three laser absorption spectrometers - quantum cascade laser spectroscopy (QCLAS), off-axis integrated cavity output spectrometer (OA-ICOS), and cavity ring-down spectrometer (CRDS) are discussed in comparison with the conventional isotope ratio mass spectrometry (IRMS). Details of functioning and performance of a CRDS isotope instrument for atmospheric δ13C-CH4 are also given, showing its capability to detect localized methane emission sources.

참고자료

· 없음