해수중의 총이산화탄소와 총알칼리도 분석을 위한 탄산염 화학 이론 및 측정방법

본 연구에서 새롭게 도출된 총알칼리도(Alk T )와 총이산화탄소(TCO₂) 분석방법의 정밀도와 정확도를 확인하기 위해 스크립스 해양 연구소에서 제조된 이산화탄소 표준물질(Batch 132; Alk T =2229.24±0.39 μmol/kg, TCO₂=2032.65±0.45μmol/kg)을 분석하였다. 분석 결과, 총알칼리도와 총이산화탄소의 평균 농도는 각각 2354.09 μmol/kg과 2089.60 μmol/kg으로 제시된 농도 값과 총알칼리도는 약 5.6%, 총이산화탄소는 약 2.3%의 차이를 보였다. 기존의 알칼리도 측정방법(Gran Titration)과 본 연구 분석 방법을 중탄산나트륨(NaHCO₃) 0.340 g(AlkT 2023.33 μmol/kg) 용액에 적용하여 비교 실험을 진행한 결과, 기존의 방법으로 측정된 중탄산나트륨의 평균 알칼리도 농도는 2193.39 μmol/kg(sd=57.15, n=7)이었고, 본 연구방법의 경우 2017.02 μmol/kg(sd=10.98, n=7)의 알칼리도 평균 농도를 보였다. 또한, 초순수와 해수에 중탄산나트륨을 첨가해 총알칼리도의 수득률(recovery yield)을 측정한 실험에서 초순수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위(0~4952.39 μmol/kg) 내에서 평균 약 100.8%(R²=0.999), 해수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위(0~2041.32μmol/kg)내에서 평균 약 102.3%(R2=0.999)로 나타났다. 해수의 이산화탄소 분압(pCO₂)을 측정하는 Pro Oceanus사의 PSI-Pro TM 을 사용하여 측정된 이산화탄소 분압과 본 연구를 통해 측정된 H₂CO₃* 농도와의 비교 실험을 시행한 결과, 약 2주간의 경시변화 실험을 통하여 측정된 이산화탄소 분압은 427~705 μatm의 변화를 보였고, 본 연구방법으로 측정된 H₂CO₃*의 농도는 9.15~15.24 μmol/kg의 변화를 보였다. 측정된 분압과 계산된 H₂CO₃* 농도의 결정계수(R²)는 0.977로 나타났다. 본 연구방법을 적용해 동해 강릉 사천항의 표층 해수 중의 총알칼리도와 총이산화탄소의 일 변화 측정실험 결과, 두 항목의 농도는 일몰 이후 증가하고 일출 이후부터는 감소하는 경향을 보였다. 총이산화탄소와 용존산소의 농도는 상반되는 경향을 나타냈는데 이는 식물플랑크톤의 광합성과 호흡의 영향으로 생각된다. 현장 선상에서 시행된 북동태평양의 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone)에서 총알칼리도와 총이산화탄소의 측정실험 결과, 표층(0~60 m)과 저층(200~2000 m)에서 총알칼리도의 평균 농도는 각각 2422.38 μmol/kg(sd=78.73, n=20)과 2465.87 μmol/kg(sd=57.68, n=103)로 측정되었고, 표층과 저층저층의 총이산화탄소 평균 농도는 각각 2134.47 μmol/kg(sd=65.40, n=20)과 2431.87 μmol/kg(sd=65.02, n=103)으로 측정되었다. 총알칼리도와 총이산화탄소의 수직 분포는 수심이 증가할수록 점차 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 측정된 농도 결과는 부근해역에서의 기존 연구결과보다 약간 높은 경향을 보였다.