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연세대 김원석 교수팀, 독도 해저단구에 새겨진 60만 년 지형 진화의 비밀 밝혀

- 기존 해수면-단구 ‘1대1 대응’ 통념 깨고, 침강 환경의 해저 지형 보존 및 재가공 메커니즘 규명 -

- 지구과학 분야 세계적 권위지 ‘지오피지컬 리서치 레터스’ 게재 -

연세대학교(총장 윤동섭) 지구시스템과학과 김원석 교수팀이 서서히 침강하는 해저 화산섬인 독도의 해저단구(Submarine Terrace)가 형성되고 보존되는 과정을 규명했다. 연구팀은 지난 60만 년 동안 약 35차례의 해수면 정지기가 있었지만, 이 가운데 6개의 단구만 해저에 보존된 원인을 밝혀냈다.

해안가에 계단 모양으로 발달하는 파식단구(Marine Terrace)는 과거의 해수면 변화와 지각 운동을 보여주는 지형이다. 기존 연구는 주로 지반이 융기하는 해안을 대상으로 진행됐으며, 높은 곳에 위치한 단구일수록 오래전에 형성됐고 각각의 단구가 특정 고해수면기(Highstand)에 형성됐다고 해석해 왔다. 그러나 지반이 서서히 가라앉는 침강 환경의 해저단구는 형성 과정과 보존 방식에 대한 연구가 상대적으로 부족했다.

이에 김원석 교수 연구팀(제1저자 금두환 연구원)은 한국해양과학기술원이 정밀 관측한 독도의 1m급 초고해상도 다중빔 음향측심(MBES)과 라이다(LiDAR) 지형 자료를 분석했다. 이어 파랑에 의한 침식과 지형 변화를 계산하는 수치 모델을 개발해 독도 북측 해저 지형이 변화해 온 과정을 시뮬레이션했다.

독도는 약 100만~50만 년 전 화산 활동이 멈춘 이후에도 1,000년에 약 0.13m씩 서서히 침강해 온 고립 화산섬으로, 침강 환경에서 해저단구가 형성되고 보존되는 과정을 살펴보기에 적합한 연구 대상이다.

시뮬레이션 분석 결과, 지반이 침강하는 환경에서는 저해수면기(Lowstand)에 형성된 단구가 이후 지반이 계속 가라앉으면서 파랑의 침식이 미치는 한계 수심 아래로 내려가 보존될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 또한 수차례 빙하기와 간빙기의 해수면 하강과 상승 주기 동안 복잡한 재가공 과정을 거쳐 해저단구 지형이 형성되기 때문에, 더 깊은 수심의 단구가 얕은 깊이의 단구보다 나중에 완성되는 역전 현상도 일어날 수 있음을 밝혔다.

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 연세대 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(PG55570)’과 교육부·한국연구재단의 G-램프(LAMP) 사업(RS-2024-00442483)의 지원을 받아 진행됐다. 한국해양과학기술원(KIOST)과 독일 포츠담 지구과학연구센터(GFZ) 등 국내외 연구기관이 공동으로 참여했으며, 연구 결과는 지구과학 분야 국제 학술지 ‘지오피지컬 리서치 레터스(Geophysical Research Letters)’에 게재됐다.

붙임  연구진 사진 1장.

연구 그림 1장.  끝.

(사진 설명)

1. (왼쪽부터) 연세대 지구시스템과학과 김원석 교수(교신저자), 금두환 연구원(제1저자)

2. 독도 화산체의 해저 지형 및 단구 분포.
한국해양과학기술원의 고해상도 수치표고모델(DEM)과 경사도 분석을 통해 규명한 독도 해저 정상부(수심 0~-175m)의 6개 주요 해저단구 분포 및 해수면 위로 드러난 동도·서도의 모습.

(논문 정보)

1. 논문 제목: Generation and Preservation of Submarine Terraces: Insights From Records Imprinted on the Topography of Dokdo Volcano

2. 저널명: Geophysical Research Letters

3. 저자: 금두환(제1저자/연세대·GFZ), 김창환(KIOST), Luca C. Malatesta(GFZ·토호쿠대), 김원석(교신저자/연세대)

4. URL: https://doi.org/10.1029/2026GL123771

(용어 설명)

해저단구 (Submarine Terrace): 과거 파도의 침식 작용으로 평평하게 깎인 파식대(Wave-cut platform)와 급경사의 해식애가 해수면 변동 및 지각 변동에 의해 현재는 수중으로 침수되어 계단 모양으로 존재하는 해저 지형.

파랑 침식 기저면 (Wave Base): 해수면 표면에서 일어나는 파도의 궤도 운동 에너지가 해저 바닥에 도달해 암석을 침식하거나 퇴적물을 이동시킬 수 있는 최대 수심 한계. 침강 환경에서는 단구가 이 수심 이하로 가라앉아야 후속 침식을 피해 보존될 수 있다.

저해수면기 (Lowstand) 및 고해수면기 (Highstand): 빙하기와 간빙기 등의 기후 주기에 따라 전 지구적 빙하 확장으로 해수면이 가장 낮아진 시기(저해수면기)와 얼음이 녹아 해수면이 상대적으로 높아진 시기(고해수면기)를 뜻함.

연구자 소개

<김원석, 교신저자>

1. 인적사항

○ 소 속 : 연세대학교 이과대학 지구시스템과학과

○ 전 화 : 02-2123-2666

○ 이메일 : delta@yonsei.ac.kr

2. 학력

○ 1998 연세대학교 지구시스템과학과 학사

○ 2000 연세대학교 지구시스템과학과 석사

○ 2007 미국 미네소타주립대학교 미니아폴리스 퇴적학 박사 (Ph.D.)

3. 경력사항

○ 2009 ~ 2019 미국 텍사스주립대학교 오스틴 지질과학과 조교수, 부교수

○ 2019 ~ 2024 연세대학교 지구시스템과학과 부교수

○ 2024 ~ 현재 연세대학교 지구시스템과학과 교수

4. 전문분야 정보

○ 퇴적학, 층서역학, 퇴적형태학