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1 ISSN 극지연구소 2010년 연보 Korea Polar Research Institute ANNUAL REPORT 2010

2 Contents 발 간 사 Director s Message 연혁 기능 조직 History Functions Organization 연구개관 Conspectus of Research Programs 예산현황 Financial Statements 화 보 Pictorial Timeline 연구활동 Research Activities 극지기후연구 Research on Polar Climate Sciences 극지지구시스템연구 Research on Polar Earth-System Sciences 극지생명과학연구 Research on Polar Life Sciences 극지연구 인프라 공동활용을 통한 글로벌 이슈 대응 국제 공동연구(K-POLAR) International Collaborative Research on Global Issue sharing Polar Research Infrastructure (K-POLAR) 국내 학 연 극지연구진흥 프로그램(PAP) Polar Academic Program (PAP) 극지연구 인프라 강화 Strengthen Research Infrastructure 68 남극장보고과학기지 건설 Construction of the Jang Bogo Antarctic Research Station 연구지원활동 Research Supporting Activities 극지지원 Polar Logistics & Operation 정책개발 Policy Development 국제협력 International Cooperation 80 홍 보 Public Relations 쇄빙연구선 아라온 운영 Operation of the Korean Research Icebreaker ARAON 부 록 Appendix 수행연구과제 Project List 논문발표실적 Published Articles 포 상 Awards 주요인력현황 Staffs 2010년도 연표 Chronological Table

3 Korea Polar Research Institute Annual Report 2010

4 발간사 발간사 Director s Message 극지연구소는 2010년 한 해 동안 극지 인프라 확충, 연구 성과 도출, 신규 거대연구사업 추진 및 협력 네트워크 구축 등 극지연구 역량을 강화하기 위한 노력을 기울였습니다. 먼저, 인프라 운영 부분에서는 아라온의 첫 남 북극 연구항해와 남극세종과학기지 첫 보급 물품 운송 등 아라온의 성능과 위상을 확고히 하며, 본연의 임무를 성공적으로 수행하였 습니다. 또한, 남극연구 활동의 전초기지인 세종기지가 세계기상기구 기후변화감시소로 지정되는 쾌거가 있었습니다. 2014년 목표인 남극대륙 제 2기지 건설 계획은 구체적으로 가시화 되어, 정밀답사를 통하여 테라노바베이로 건설지가 최종 확정되었고, 진취적 기상과 선구자적 정신을 담은 장보고 라는 기지의 새로운 명칭이 선정되기도 하였습니다. 연구 성과 측면에서는 우리나라 순수기술로 제작한 빙하코어 시추기를 이용하여 최초의 빙하코어 시추를 성공하였으며, 최대 500년까지의 아시아 고기후 고환경 복원 연구가 가능하게 되었습니다. 또한, 북반구 한파 원인에 대한 논문 발표 등 한반도 및 전지구적 기후변화 원인을 조명하여 각종 언론 및 국민적 관심을 받기도 하였습니다. 또한, 2010년도부터 극지연구 인프라 공동활용을 통한 글로벌 이슈대응 국제공동연구 (K-POLAR Program) 를 추진하여 해외 선진 극지연구 전문기관들과의 협력네트워크를 강화하였으며, 국내 학 연 극지연구진흥 프로그램(Polar Academic Program, PAP) 을 기획 공모하여 13개 과제에 대한 독자적 연구 수행을 지원하였습니다. 한편, 2010년 도부터 추진 중인 극지연구기반구축 사업 의 일환으로 청사 현상설계 계획안이 선정되 어 이용자 중심의 최적화 설계를 진행하고 있습니다. 2011년도에도 극지연구소는 남 북극 기지 중심에서 더 나아가 아라온을 활용한 극지연구 영역 확대 및 성과 도출을 비롯하여, 남극장보고과학기지 건설, 극지연구소 청사 건립, 2011 북극과학최고회의(ASSW)의 성공적 개최, 국내외 협동연구사업 수행, 대국민 홍보 등에 지속적인 노력을 기울일 것입니다. 감사합니다 극지연구소 소장 이 홍 금 극지연구소 연보

5 Director s Message For 2010, Korea Polar Research Institute has exerted efforts to reinforce the polar research capacity by securing the polar infrastructure, deriving research achievements, promoting new large-scale businesses, and constructing cooperative network. First of all, regarding the operation of the infrastructure, we successfully executed its very purpose by conducting the first research cruise of ARAON to the Antarctic and Arctic and securing the performance and status of ARAON including the logistics to the polar stations. In addition, the Antarctic King Sejong Station was registered as the laboratory for Global Atmosphere Watch of the World Meteorological Organization. Meanwhile, construction site of the 2nd Antarctic station was finally decided on Terra Nova Bay and Jang Bogo was selected as a new name of this station to reflect the adventurous and pioneering spirit. In terms of research achievements, we successfully managed the ice-core drilling for the first time using an ice-core drill that was genuinely manufactured with Korean technology while enabling the research for the restoration of the paleoclimate and paleoenvironment in Asia up to 500 years. On the other hand, we attracted interest from various media and press while receiving the national interest by highlighting the causes of climate change in Korean Peninsula and the world through an article on the reasons of the cold wave in the northern hemisphere. Extending our promotion that has been conducted on The international collaborative research on global issue sharing polar research infrastructure (K-POLAR Program) since 2010, we reinforced the cooperative network with the overseas advanced organization in polar research. We also supported the independent research execution on 13 projects by designing and encouraging public participation by Polar Academic Program(PAP). Meanwhile, the plan of KOPRI s new building design was decided as a part of the business for the construction of the polar research infrastructure, which has been promoted since In 2011 as well, KOPRI will exert its utmost efforts for expanding the scope of polar research by utilizing ARAON and the polar stations. Also, we will effectively manage the construction of the Jang Bogo Antarctic Research Station and the building for KOPRI. We will do our best for the successful hosting of the Arctic Science Summit Week 2011 (ASSW), while executing domestic and international cooperative research projects and carrying out the national promotion. Thank you very much. Director-General of Korea Polar Research Institute Hong Kum Lee Korea Polar Research Institute 5

6 연혁 기능 조직 연혁 History 1900년대 2000년대 남극해양생물자원보존협약(CCAMAR) 가입 Acceded to the Convention on the Conservation of Antarctic Marine Living Resources (CCAMLR) 남극조약 가입 (세계 33번째) Acceded to the Antarctic Treaty as the 33rd signatory 한국해양연구소에 극지연구실 신설 Polar Research Laboratory was established at the Korea Ocean Research and Development Institute(KORDI) 대한민국 제1차 남극과학연구단 파견 The first Korea Antarctic Research Program(KARP) team conducted a survey in the vicinity of King Sejong Station 남극세종과학기지 준공 The Antarctic King Sejong Station was inaugurated 남극조약협의당사국(ATCP) 지위 획득(세계 23번째) Korea joined the Antarctic Treaty as a consultative party 한국해양연구소 극지연구실을 극지연구센터로 확대 개편 남극연구과학위원회(SCAR) 정회원국 가입(세계 22번째) The Polar Research Laboratory was expanded and renamed the Polar Research Center Korea acceded to SCAR as a regular member 국제북극과학위원회(IASC) 가입 Korea joined the International Arctic Science Committee (IASC) 북극 다산과학기지 개설 The Arctic Dasan Station was inaugurated 한국해양연구원 부설 극지연구소 설립 The Polar Sciences Laboratory was expanded to the Korea Polar Research Institute, KORDI 연구소 이전(인천경제자유구역) KOPRI moved into the Incheon Free Economic Zone 쇄빙연구선 아라온 건조 완료 Research icebreaker ARAON was constructed and delivered 쇄빙연구선 아라온 남극 첫 출항 Research icebreaker ARAON departed for the Antarctic 남극장보고과학기지 건설지 확정 (테라노바베이) The Jang Bogo Antarctic Research Station was planed to build near Terra Nova Bay 쇄빙연구선 아라온 북극 첫 출항 Research icebreaker ARAON departed for the Arctic 남극세종과학기지 제24차 월동연구대 파견 The 24th overwintering party was dispatched to King Sejong Station 극지연구소 연보

7 기능 Functions 극지와 관련지역에서의 기초 및 첨단 응용과학 연구 국내 외 관련기관과의 대외협력 및 전문인력 양성 극지활동에 관한 대국민 홍보 남 북극 과학기지 운영과 연구활동 지원 국내 학 연 산 극지연구 프로그램의 개발 및 시행 To undertake a world-class programme of scientific research, survey and long term observations addressing key issues of global or fundamental importance that require access to the Arctic/Antarctic or related regions. To sustain for the Korea an active and influential regional presence and a leadership role in the polar affairs. To maintain an integrated, well-managed national capability to support the overall national science strategy, to exploit research outcomes, and to raise public awareness worldwide. To assist in the discharge of the Korean international responsibilities under the Antarctic Treaty System and with the administration of the KOPRI. To provide reliable and independent advice to the Korean government and other stakeholders, contributing to the effectiveness of Korean public services and policy. To provide a focus for national and international cooperation, and for coordination of major research programs, especially those addressing complex scientific problems or requiring significant technology or infrastructure. History Functions Organization 조직 Organization 남극세종과학기지 The Antarctic King Sejong Station 북극다산과학기지 The Arctic Dasan Station 쇄빙연구선 아라온 Korean Research Icebreaker ARAON 소 장 President 검사역 Auditor 미래전략실 Department of Strategy & Policy 선임연구부장 Vice President 극지기후연구부 Division of Polar Climate Research 극지지구시스템연구부 Division of Polar Earth-System Sciences 극지생명과학연구부 Division of Polar Life Sciences 지식정보실 Department of Knowledge & Information 대륙기지건설단 Unit of New Antarctic Station 사 업 관 리 실 Department of New Antarctic Station 인프라운영부 Division of Polar Infrastructure & Logistics 기지지원팀 Station Operation Team 쇄빙선운영팀 Ship Operation Team 기 획 부 Division of Management & Planning 기획예산팀 Planning & Budget Team 연구관리팀 Project Development & Management Team 홍 홍 보 보 팀Planning 팀 Public & Budget Relations Team Team 행 정 부 Division of Administration 인사재무팀 Personnel & Financial Management Team 총무자재팀 General Affairs & Purchasing Team 시설안전팀 Infrastructure & Safety Team Korea Polar Research Institute 7

8 연구개관 예산현황 연구개관 Conspectus of Research Programs 극지연구소는 2010년도에 극지 기후변화, 환경 생태계 변화, 운석 및 빙하 연구 등 11개 기관고유사업 수행과 극지연구 인프라 공동 활용을 통한 글로벌 이슈대응 국제공동연구(K-POLAR Program) 를 추진하여 해외 선진 극지연구 전문기관들과의 협력네트워크를 강 화하였다. 또한, 극지연구소는 국내 학 연 극지연구진흥 프로그램 (Polar Academic Program, PAP) 을 기획하여 국내 대학 연구진에게 극지연구에 대한 창의적인 아이디어 및 사업계획을 공모하여 13개 과 제에 대한 독자적 연구수행을 지원하였다. Korea Polar Research Institute conducted the projects of 11 organizations with the study on climate change, change of environment and ecosystem in polar region, meteorites and glaciology. Also KOPRI successfully reinforced the cooperative network with the overseas advanced organization in polar research by The international collaborative research on global issue sharing polar research infrastructure(k- POLAR Program). Meanwhile KOPRI encouraged the participation of domestic research groups in universities to suggest a creative idea and business plan by Polar Academic Program(PAP) and ultimately conducted independent research on 13 projects. 극지연구소는 남극 제2기지 건설사업 과 남 북극해 조사 등의 국가 R&D사업을 수행 중이며, 기상청, 환경부 발주 사업의 규모를 확 대하였고, 국가적 현안(National Agenda)에 대한 해결형 사업으로 극지 결빙방지물질의 얼음제어능을 활용한 고부가 생물자원의 동결 보존 후보물질 발굴 연구를 산 학과 연계하여 착수하였다. 주요 성과로는 국내 외 학술지에 88편의 연구논문을 발표하였으며, 이중 SCI급 65편, SCI(E)급 9편을 발표하였다. 또한, 극지연구가 순수 기초과학 연구 분야임에도 불구하고 10건의 산업재산권을 출원하는 성과도 거두었다. 이로써, 극지연구소는 2010년 동안에 총 430억원 규모의 연구사업을 수행하였으며, 연구원 1인당 7억원 규모의 연구를 수행하였다. Currently, KOPRI is executing the national R&D business including Construction of the 2nd Antarctic station and Polar Oceans research. It also expanded the business requested by Korea Meteorological Administration and the Ministry of Environment while initiating the study on Developing a cryoprotectant candidate derived from antifreeze protein for the cryopreservation of valuable bioresources as an issue-solving business for the national agenda through the industry-university cooperation. As for the major achievements, 88 research theses were published in the domestic and international academic journals and among these, 65 articles were SCI level and 9 articles were SCI (E) level. Although polar research is an area of basic science, KOPRI realized splendid achievements by applying for 10 cases of industrial right. Thus, KOPRI executed research business in the scale of 43 billion won in total for 2010 while carrying out research in the scale of 700 million won per researcher. 2010년도 연구수행 실적 (단위: 백만원, Unit: millions of won) 구분 Division 재원 Financial Suppor 연구비 Research Grants 기관고유사업 In-house Projects 10,634 K-POLAR사업 K-POLAR Projects 6,595 주요사업 PAP사업 PAP Projects Main Projects 극지연구소 Korea Polar Research Institute 1,000 기타사업 Other Projects 3,048 계 Total 21,277 국토해양부 Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs 19,104 교육과학기술부 Ministry of Education & Science Technology 40 국가연구개발사업 National R&D Projects 환 경 부 Ministry of Environment 213 기 상 청 Korea Meteorological Administration) 714 농촌진흥청 Rural Development Administration 50 공공기관 Public Institution 1,311 수탁연구사업 Research on Consignment 대 학 교 College 40 기업(민간수탁) Enterprise 100 계 Total 42, 극지연구소 연보

9 예산 현황 Financial Statements 수입 Income 전년도이월금 전년도이월금 The balance brought over from The balance brought the last over account from the last account 정부출연금 4% 정부출연금 Government Funds 4% Government Funds 64% 자체수입 64% 자체수입 Institute Revenues Institute Revenues 32% 32% 지출 Expenditure 시설비 Facility Costs 경상운영비 Operating Costs 시설비 Facility Costs 경상운영비 Operating Costs 3% 5% 3% 5% 인건비 Personal Payments 인건비 Personal Payments 12% 12% 연구직접비 Direct Expenses 연구직접비 Direct Expenses 80% 80% Conspectus of Research Financial Statements Programs 수입 Income 지출 Expenditure (단위: 백만원, Unit: millions of won) (단위: 백만원, Unit: millions of won) 항목 Item 예산 Budget 항목 Item 예산 Budget Ⅰ. 정부출연금 Government Funds 42,277 Ⅰ. 인건비 Personal Payments 8,039 Ⅱ. 연구직접비 Direct Expenses 52,369 Ⅱ. 자체수입 Institute Revenues 21,300 Ⅲ. 경상운영비 Operating Costs 3,376 Ⅲ. 전년도이월금 The balance brought over from the last account 2,389 Ⅳ. 시설비 Facility Costs 2,182 Ⅴ. 기 타 etc. - 계 Total 65,966 계 Total 65,966 Korea Polar Research Institute 9

10 화 보 회의 및 세미나 Seminars, Conferences, Meetings 남극대륙기지 건설후보지 정밀조사 보고회 Report on precise investigation for the potential construction site of the 2nd Antarctic station 정기 직원 간담회 Regular employees meeting ~28 국내 학 연 극지연구진흥 프로그램(PAP) 2차 평가회 The 2nd appraisal of Polar Academic Program(PAP) 제 17차 국제극지과학 심포지엄 개최 The 17th International Polar Science Symposium 과학기술계 저명인사 초청강연회 (고려대 최영락 교수) Invited lecture by an renowned figures in the field of science and technology (Professor Choi, Yeong-rak from Korea University) 한미 남극 빙붕 국제 공동 워크샵 개최 International Joint Workshop of Korea-the U.S. for Shelf Ice in the Antarctic 극지연구소 연보

11 내방 및 견학 Visitors Pictorial Timeline 미국해양대기관리처(NOAA) 아라온 방문 Visit of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), the U.S. to ARAON 문화관광부 정책기자단 아라온 방문 Visit of policy reporter group of the ministry of Culture and Tourism to ARAON ~ ~30 영국 남극조사소(BAS) 소장 연구소 방소 Visit of the director in British Antarctic Survey (BAS) 국토해양 랜드마크 체험행사 ARAON experience event 국토해양부 현장체험스터디 아라온 방문 Visit of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs to ARAON as field experience program 출연연 선임본부장협의회 아라온 방문 Visit of Senior Directors Association of Government-funded Research Institutes to ARAON Korea Polar Research Institute 11

12 화 보 행사 국내외 협력 Events Domestic & Foreign Cooperation 과학기술인공제회와의 과학기술인연금 가입 협약 체결 Conclusion of an agreement with Korea Scientists & Engineers Mutualaid Association (SEMA) 캐나다 천연자원부(NRCan)와의 협약 체결 Conclusion of an agreement with Natural Resources Canada (NRCan) 남극세종과학기지 제 22차 월동연구대 해단식 Ceremony of disbanding the 22nd overwintering party of the Antarctic King Sejong Station 극지연구소 개소 6주년 기념식 The 6th establishment anniversary of KOPRI 극지연구소 3대 소장 취임식 Inauguration ceremony of the 3rd Director-General of KOPRI 남극 대륙기지 명칭 공모 시상식 Award ceremony for the naming of the 2nd Antarctic station 극지연구소 연보

13 Pictorial Timeline 2010 Pole to Pole Korea 북극연구체험단 운영 Operation of Civilian Field-trip to Korea Arctic Station (2010 Pole to Pole Korea) ~ 대한민국과학축전 참가 Participation in 2010 Korea Science Festival ~ ~10 남극세종과학기지 제24차 월동연구대 극지적응훈련 Polar adaptation training for the 24th overwintering party in the King Sejong Station 연구기반 구축사업 건축 설계공모 시상식 Award ceremony for the Design of KOPRI s new building 남극세종과학기지 제24차 월동연구대 발대식 Ceremony of initiating the 24th overwintering party of the King Sejong Station 해양경찰청과 협약 체결 Conclusion of an agreement with Korea Coast Guard Korea Polar Research Institute 13

14 화 보 2010 아라온 남 북극 항해 The Cruise of ARAON to the Antarctic and Arctic in 2010 아라온 전경 The whole view of ARAON 남극 로스해(Ross sea)를 항해하는 아라온 ARAON Cruise the Ross Sea of the Antarctic 북극 척치해(Chukchi sea)를 항해하는 아라온 ARAON Cruise the Chukchi Sea of the Arctic 아라온을 맞이하는 아델리 펭귄 Adelie Penguins that welcome ARAON 북극 해빙연구를 수행하는 과학자들과 아라온 The ARAON and scientists conducting thawing research in the Arctic 극지에서 더욱 빛나는 아라온의 위용 The splendor of ARAON that is more shining in the polar region 남극세종과학기지에 첫 보급을 수행하는 아라온 ARAON that executes the first logistics mission to the Antarctic King Sejong Station 극지연구소 연보

15 아라온을 활용한 연구활동 Research activities utilizing ARAON Pictorial Timeline CTD를 이용한 해빙해역의 염분, 수온 및 영양염의 수직 수평 분포 특성연구 Study on the characteristics of salinity, temperature and vertical horizontal distribution of nutritive salt in the thawing sea by using CTD 드릴을 이용한 해빙의 두께조사 및 아이스코어샘플 채취 Investigation of the thawing thickness and collection of the ice-core sample using a drill NET을 이용한 플랑크톤의 종다양성, 생산력 및 생리적 특성연구 Study on the characteristics of plankton in terms of species diversification, productivity, and physiological features by using NET 멀티코어를 이용한 해양퇴적물 내 중형 저서동물 군집구조 관측 Observation of the colony structure for the medium-sized zoobenthos within the marine sediment by using multi-core 드릴을 이용한 아이스코어 샘플 온도측정 Temperature measurement of the ice-core sample by using a drill 해빙 분포와 해빙연구용 부이 설치 Installation of a buoy for distribution and research for thawing Korea Polar Research Institute 15

16 화보 남극장보고과학기지 건설지 조사활동 Investigation activity on the construction site of the Jang Bogo Antarctic Research Station 지도제작을 위한 LIDAR 탐사 건설지 환경(온도, 풍향) 조사 탄성파 탐지기를 이용한 지층구조 탐사 지하투과레이다를 이용한 지층구조 탐사 ATV 바이크 측량장비 탑재 지하투과레이다를 이용한 빙하의 구조 및 두께 측정 LIDAR Survey for map production Survey of the stratum structure by using a seismic wave detector ATV bike loaded with the measuring instruments 극지연구소 연보 Investigation on the construction site environment (Temperature, direction of the wind) Survey of the stratum structure by using Ground Penetrating Radar (GPR) Measurement of the structure and thickness for glacier by using Ground Penetrating Radar (GPR)

17 극지의 자연환경 Natural environment in the polar region Pictorial Timeline 북극곰 Polar bear 아델리 펭귄과 스쿠아 Adelie penguin & Brown Skua 검은이마 알바트로스 Black-browed albatross 젠투펭귄 Gentoo penguin 빙산 Ice berg 크레바스 Crevasse Korea Polar Research Institute 17

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19 연구활동 Research Activities 극지기후연구 Research on Polar Climate Sciences 극지지구시스템연구 Research on Polar Earth-System Sciences 극지생명과학연구 Research on Polar Life Sciences 극지연구 인프라 공동활용을 통한 글로벌 이슈 대응 국제 공동연구(K-POLAR) International Collaborative Research on Global Issue sharing Polar Research Infrastructure (K-POLAR) 국내 학 연 극지연구진흥 프로그램(PAP) Polar Academic Program(PAP)

20 극지기후연구 연구활동 지구온난화 대응책 마련을 위한 극지역 고기후 및 고해양 변화 복원기술 개발 연구책임자 : 이재일 Tel : / leeji@kopri.re.kr 이 연구의 목적은 지난 수십만 년 간 극지역의 과거 기후와 해양 환경의 변화를 재구성하는 것이다. 극지역 중에서도 남극반도는 세계적으로 가장 빠르게 온난화 가 진행되고 있는 지역이므로 남극반도 지역의 기후 시스템은 특히 관심의 대상 이 되고 있다. 이 과제에서는 주로 남극반도 북부 지역과 주변 해역의 과거 기후 변화를 지질학적 시료들을 이용하여 복원하였다. 2010년에는 드레이크 해협의 후기 제4기 퇴적물의 지화학 조성을 분석하여 빙하 기와 간빙기 퇴적물의 기원지를 밝히고 빙하주기에 따른 해류의 변화 양상을 제시 하였다. 최근의 급격한 온난화에 따른 환경 변화를 연구하기 위하여 퇴적율이 높 은 브랜스필드 동부 분지의 퇴적물에 대한 연구도 진행하였다. 또한 남극 이매패 류인 남극큰띠조개의 패각에 대한 안정동위원소 성분을 분석하고 이 값을 해수 온 도와 강수 자료와 종합, 분석하여 동위원소 값이 융빙수의 유입량을 지시하는 고 환경 지시자로 사용할 수 있음을 밝혔다. 그 외에 남쉐틀랜드 군도와 남스코시아 해의 과거 퇴적물 내에서 발견되는 화산재에 대한 주원소 및 미량원소 조성을 분 석하여 남극반도 지역 퇴적물의 대비에 사용할 수 있는 기초 자료를 마련하였다. 그림1. 중력시추기를 이용하여 남극해 퇴적물의 주상시료를 채취하는 모습 Fig 1. Sampling of marine sediment core using gravity corer 그림2. 박스 코어러를 이용하여 해저 표층 퇴적물을 채취하는 모습 Fig 2. Sampling of marine surface sediment using box corer 그림3. 남극 킹조지섬의 구조토 Fig 3. Patterned ground, King George Island, Antarctica 극지연구소 연보

21 Research on Polar Climate Sciences Paleocimatology and Paleoceangraphy of Polar Regions to Understand the Response to Future Global Warming Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Jae Il Lee Research Activities The purpose of this project is to reconstruct the paleoclimate and paleoceanography of polar regions during the last hundreds of thousand years. The climate system of the Antarctic Peninsula region is of special interest because the peninsula region is one of the most rapidly warming areas in the world. We use geological materials to reconstruct past climate changes in the northern Antarctic Peninsula and surrounding seas. 그림 년 사이의 큰띠조개의 안정동위원소 조성과 기온, 수온, 염도의 변화 Fig 4. Variations in stable isotopic composition of Antarctic bivalve compared with air temperature, water temperature and salinity during 1997 and 2002 In 2010, we analyzed sediment geochemistry of the Late Quaternary sediments in the Drake Passage to trace sediment provenance of glacial and interglacial sediments and changes in ocean currents. We investigated the environmental changes caused by rapid warming using diatomaceous sediments from the Eastern Bransfield Basin, which exhibit very high sedimentation rate. We analyzed the stable isotopic composition of Antarctic bivalve Laternula Eliptica and compare them with the observed temperature and precipitation record to develop a new proxy for meltwater input. We analyzed major and trace element compositions of tephra in the South Shetland Islands and South Scotia Sea for the correlation of marine and lake sediments in the Antarctic Peninsula region. 그림5. 지난 60만년간 남부 드레이크해 퇴적물의 빙하 주기에 따른 대자율 및 입도 변화 Fig 5. Downcore variations in magnetic susceptibility and grain size of sediment from the southern Drake Passage for the last ~600,000 years Korea Polar Research Institute 21

22 극지기후연구 연구활동 극지 대기 및 기후변화 연구 (COMPAC) 연구책임자 : 이방용 Tel : / bylee@kopri.re.kr 목 적 남 북극 과학기지에서의 기후환경을 정확하게 측정하는 시스템 구축과 자료 수집 (모니터링) 구성하는 요소들의 변화와 대기 구성물질의 거동 특성 파악과 상호작용 이해 (자료해석) 극지의 역할 및 미래 기후 예측과 우리나라 기후변화에 대한 영향 규명(모델 개발/DB) 대표적 수행 내용 남극 세종기지 정상기상관측시스템 지속 가동과 기상변화 특성 분석 및 연보 발간 남극 세종기지 기상관측소의 세계기상기구/지구대기감시(WMO/GAW, Global Atmosphere Watch)의 지역급 기후변화감시소 등재 남극 세종기지의 대기입자계수기 (Condensation Particle Counter, CPC)를 활용 그림1. 세종기지 WMO GAW 지역급 기후변화 감시소의 이산화탄소 농도 측정시스템 Fig 1. Aerosol measurement intruments of WMO GAW station at the King Sejong station 한 에어로졸의 특성 규명 북극 노르웨이의 Zeppelin 기지 및 독일-프랑스의 Corbel 기지와 국제공동연구 를 수행하여, 북극 환경에서 에어로졸 생성의 연직 구조와 공간 분포 관측, 에어 로졸 생성 현상에 의한 수농도의 변화 입증 북극 다산기지에서의 하계 챔버 방법과 미기상학적 플럭스 방법을 이용한 토양 호흡(Rs)과 NEE(net ecosystem exchanges) 동시 측정, 특성 분석 남극 세종기지의 대기광 분광계(SATI) 및 유성레이다의 정상 운영, 정확도 검증, 비교 분석 극지기후변화 이해를 위한 모델 대기-해빙-해양 접합모델 실험으로 LGM과 현재의 남극주변에서 남극순환류의 변화 분석 모델 검증을 위한 현재 및 과거기후재현 실험 실시 극지연구소 연보

23 Research on Polar Climate Sciences Integrated Research on the Composition of Polar Atmosphere and Climate Change(COMPAC) Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Bang Yong Lee Research Activities Objectives Measurements and data analyses of meteorological phenomena at the Antarctic and the Arctic regions (Monitoring) Observations of atmospheric elements related to polar climate change and study on relationship with elements in polar climate system (Understanding characteristics) Study on the Arctic Climate Variability in the Last Glacial Maximum Compared 그림2. 다산과학기지의 미기상 플럭스 측정 시스템 Fig 2. The eddy covariance flux system at the Dasan staion to Current Climate (Modelling/DB) Major Research Contents Understanding characteristics for meteorological phenomena at the King Sejong and it s annual reporting Inclusion of the King Sejong Antarctic station as a Regional station in the Global Atmosphere Watch (GAW) Program Evaluation each component of aerosol measured by Condensation Particle Counter at the King Sejong station and international joint research with Norway-Germany-France for studying aerosol at the Dasan station Characteristic analysis of soil respiration (Rs) and NEE simultaneously measured at the Dasan station in Ny-Ålesund using the chamber and eddy covariance methods Study on the characteristics of the mesosphere in the southern high latitude 그림3. 유성레이더에서 관측된 고도별/시간별 중간권 바람 Fig 3. Mesospheric wind profile for each height and time acquired from meteor radar system at the King Sejong station region using a VHF meteor radar and Spectral Airglow Temperature Imager (SATI) at the King Sejong Station Characteristics of Arctic climate over the last glacial maximum period are examined by using relatively high-resolution global- scale climate model and compared with the observations reported. Korea Polar Research Institute 23

24 극지기후연구 연구활동 남극해 온실기체 처리능력 평가와 제거장 활용 가능성 연구 연구책임자 : 신형철 Tel : / hcshin@kopri.re.kr 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 주요 온실기체의 증감과 흐름이 지구 기후 변화를 조절하는 가장 큰 요인 중의 하나임은 잘 알려진 사실이다. 특히, 남극해는 인간이 배출하는 주요 온실기체인 이산화탄소의 중요한 흡수원이며 남극해의 작 은 변화가 지구 규모 탄소순환과 기후변화에 큰 영향을 미칠 수 있다. 온실기체가 남극해에서 물리적인 변화에 의해 혹은 생물 작용에 의해 어떻게 처리되는지 이 해하고 남극해의 온실기체 처리 용량이 전지구적인 환경변화와 더불어 어떻게 달 라질지 예측하는 것은 중요한 숙제이며 이 과제의 중요한 내용이다. 본 과제를 시작한 2009년에는 해수 중에 녹아있는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 의 양과 행방을 정밀하게 측정할 수 있는 관측 시스템을 구축하였으며, 독일 쇄빙 연구소 Polarstern호에 승선하여 태평양측 남극해에서 주요 온실기체의 분포와 흐 름, 해양 표층에서 온실기체의 거동에 큰 영향을 미치는 플랑크톤의 조성을 조사 하였다. 2010년에는 아라온에 승선하여 세종기지에서 아문젠해를 거쳐 뉴질랜드 까지 한 달간 항적을 따라 주요 온실기체 분포를 관측하였으며, 특히 해빙해역과 폴리냐(Polynya), 해빙 아래 온실기체의 수직 분포 비교를 수행하여 본격적인 남 극해 온실기체 분포 연구를 시작하였다. 그림1. 아문젠해 해빙에서 이산화탄소, 아산환 질소, 메탄 분석위한 시료 채집 Fig 1. Collection of seawater sample for analyses of dissolved CO2, N2O, and CH4 under the sea ice in the Amundsen Sea 그림2. 독일 쇄빙연구선 폴라스턴에서 해수 시료 채집 Fig 2. Seawater sampling from CTD/Rosette sample bottles in R/V Polarstern 그림3. 아문젠해 폴리냐에서 단기 부 유 부이의 투하. 사진은 부이 아래쪽에 있는 입자 채집용 그물을 보여준다. Fig 3. Deploy of short-term drift buoy in the polynya of the Amundsen Sea. Photo shows corn-type net collecting particles in the euphotic zone 극지연구소 연보

25 Research on Polar Climate Sciences Dynamics of Southern ocean ecosystem and its buffering capacity of climate gases Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Hyeong-Cheol Shin Research Activities 그림4. 중력시추기를 이용하여 남극해 퇴적물의 주상시료를 채취하는 모습 Fig 4. Sampling of marine sediment core using gravity corer It is well understood that change in the content of CO2, CH4, and N2O, the important greenhouse gases in the atmosphere links directly to the current and future global climate. The Southern Ocean plays a significant role in global carbon cycle as a strong sink area of anthropogenic CO2. Primary production and ecological processes in the euphotic zone (from surface down to ~ 100 m) are critical in determining the magnitude of carbon removal from the surface, and could involve in control over the fate of other non-co2 climate gases. This research focuses on assessing the capacity of the Southern Ocean on how much anthropogenic CO2 and other non-co2 greenhouse gases can be taken up or emitted and on what physical and biological processes control their fate interior of the water column. We expect that these assessments should help to predict the future change in global climate due to dynamic variation of greenhouse gases in the Southern Ocean. 그림5. 중력시추기를 이용하여 남극해 퇴적물의 주상시료를 채취하는 모습 Fig 5. Sampling of marine sediment core using gravity corer A combined analytical system for dissolved inorganic carbon and total alkalinity in the water column, and two automated gas chromatographic systems for measurement of atmospheric and dissolved CO2, N2O, CH4, and CO have been constructed and tested in the East Sea in These systems were on board R/V Polarstern for two months to measure these items. We took part in a campaign ANTXXVI/2 (a part of BIPOMAC (Bipolar Climate Machinary)) conducted in in the Pacific sector of the Southern Ocean to study fluxes of important greenhouse gases and the ecosystem in the euphotic zone. In we pursued the same goals on board, ARAON, the Korean Research Icebreaker, in various ecosystem of the Amundsen Sea; open ocean, heavy sea ice area, under sea-ice, Polynya, and the water close to ice glacier. This is the first step of our own expedition conducted on our own ocean platform, ARAON. Korea Polar Research Institute 25

26 극지기후연구 연구활동 북극해 해양조사 연구책임자 : 정경호 Tel : / khchung@kopri.re.kr 본 연구는 국토해양부 연구개발사업으로 추진되고 있는 국내 유일의 북극해 해양 조사로서, 주 연구 목적은 현재 북극해에서 진행 중인 기후변화에 대한 해양생태계 의 변화 감지와 지속적인 모니터링이다. 2000년에 사업이 시작된 이후 러시아, 일 본, 중국, 캐나다 등과 국제협력을 통해 북극해의 다양한 지역(카라해, 바렌츠해, 베 링해, 척치해 등)에서 연구가 수행되어 왔다. 이들 지역에서의 물리, 화학, 생물학적 자료 축적과 분석은 최근 북극해의 변화를 이해하는 동시에 향후 북극해 환경 변화 를 예측하는데 중요한 열쇠가 될 수 있어 본 연구의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 2010년에는 북극 척치해와 캐나다 분지해에서 아라온을 활용한 우리나라 최초의 역사적인 단독 북극해 조사가 수행되었다. 총 38개 해양조사 정점과 4개의 해빙 조사 정점에서 환경조사와 미생물 및 동식물플랑크톤의 생리, 생태학적 연구가 이 루어졌다. 더불어 본 조사에는 국제공동연구의 일환으로 영국 SAMS, 중국 CAA, PRIC의 연구원들이 참여하였다. 그림 년 북극해 조사해역 Fig 1. Location map of Arctic Ocean expedition 2010, 본 연구의 두 번째 목적은 2007년부터 수행해오고 있는 오호츠크해 천연가스수 화물에 대한 한국-러시아-일본 국제공동탐사(SSGH)이다. 오호츠크해 가스수화물 은 수심이 낮은 해역에 존재하기 때문에 에너지 자원과 더불어 지구온난화의 기폭 제로의 역할 때문에 최근 과학자들의 집중 관심 대상으로 부각되고 있다. 2010년 에는 사할린 북동사면 지역의 가스수화물 부존 특성, 해저면 가스분출구조 정밀탐 사 등이 이루어졌다. 그림2. 북극해 CTD, 해수, 플랑크톤 및 퇴적물 시료 채취 Fig 2. CTD casting, sea water sampling, plankton net towing and bottom sediment collecting in the Arctic Ocean 그림3. 북극해 해빙위 얼음시추코어(왼쪽) 및 해빙 연못(오른쪽) Fig 3. Ice core sampling(left) and melting pond(right) on the sea ice in the Arctic Ocean 극지연구소 연보

27 Research on Polar Climate Sciences Arctic Ocean Research Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Chung, Kyung Ho Research Activities 그림 년 아라온의 북극해 최초 단독 항해에 참여한 연구원 Fig 4. Participants of the first Arctic Ocean Expedition of ARAON The Arctic Ocean Research is one of national R&D and a unique national Arctic Research project, which is sponsored by the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. The main goal of project is to detect and continuous monitoring on marine ecosystem responses to ongoing climate and environmental changes in the Arctic Ocean. Since this project started in 2000, we have been studied on various regions (Kara Sea, Barents Sea, Bering Sea, Chukchi Sea) of the Arctic Ocean through many international cooperations with Russia, Japan, China and Canada. Accumulation and analysis of physical, chemical, and biological data from these areas can serve the role as a key that is necessary in understanding the current changes in the Arctic Ocean and predicting the future environmental changes. For such reason, more emphasis being given on the importance of this project. In 2010, the first historical independent Arctic cruise was conducted by using our research ice breaker ARAON in the Chukchi Sea and Canada Basin of Arctic Ocean. During cruise we conducted research on the environmental, physiological and ecological structure of microbes and plankton in thirty eight marine stations and four sea-ice stations. Furthermore, some scientists, came from SAMS (UK) and CAA and PRIC (China), were intended in this cruise as a part of international cooperation. 그림5. SSGH-10 탐사지역(좌측) 및 가스수화물 퇴적물(우측) Fig 5. Study areas of SSGH-10 expedition (left) and bottom sediment containing gas hydrate(right) The second goal of project is a Korea-Russian-Japanese international research project on natural gas hydrate in the Okhotsk Sea entitled SSGH project since Gas hydrates in Okhotsk Sea have attracted many scientists with their roles as energy source and global warming amplifier because of their occurrence in shallow water. In 2010, we carried out research on characteristics of massive gas hydrate system and detailed survey at seepage in NE continental slope of Sakhalin island. Korea Polar Research Institute 27

28 극지기후연구 연구활동 고산빙하, 육상퇴적물 및 기후모델을 이용한 아시아 고기후복원 연구책임자 : 허순도 Tel : / sdhur@kopri.re.kr 몽골 고산빙하 시추 (알타이 산맥 뭉흐하이릉항 산, 해발고도 3,804m) 극지연구소와 (주) 에코션이 공동 개발한 200 미터 급의 빙하 시추기를 이용하여 2010년 6월 12일부터 27일까지 몽골 알타이 산맥 뭉흐하이르항 산 빙원에서 빙하 코어 (길이; 69m 92cm)를 시추하는데 처음으로 성공했다. 이번에 시추된 천부빙하 의 연구를 통해서 우리나라의 기후에 직접적인 영향을 미치는 시베리아 고기압의 세 기 변화와 황사의 빈도에 대한 기록을 최대 과거 500년 동안 복원할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 풍성기원 퇴적물이 우세한 건조 환경 (몽골)에서 OSL 연대 측정법의 우수성 규명 몽골의 남부에 위치한 울란 호수에서 시추한 5.88 m의 퇴적물코어를 이용하여 a ridzone lacustrine 퇴적물의 연대를 규명하기 위해 방사성 탄소 연대측정법과 광자극 여 기 연대측정법을 동시에 적용하였다. 본 연구는 풍성기원 퇴적물이 우세한 건조 환경 의 호수의 경우, old-carbon error 문제를 극복할 수 있는 광자극 여기 연대측정법이 방사성탄소 연대측정법보다 우수한 연대 측정법임을 규명하였다. 고기후 모델을 이용한 산업화 이후부터 현재까지의 동아시아 몬순 재현 기후모델 (CAM3, Community Atmospheric Model Ver. 3)을 이용하여 산업화 이후부터 현재까지의 동아시아 몬순을 재현하였다. 관측과의 차이는 존재하지만 동아시아 여름 철과 겨울철 몬순의 순환장 특징 (상하층 동아시아 영역 주풍변화, 강수변동, 상층 기 압패턴)을 대체적으로 잘 모의하였다. 또한 기후모델 결과와 복원된 프록시 자료 (기온 : 베이징, 강수: 중국 북부)를 비교한 결과, 기후모델이 두 지역에서 약 100년간 기온 의 증가 경향과 강수의 감소 경향을 모의하였다. 하지만 동아시아 지역의 더 많은 프 록시 자료와 기후모델과의 정량적인 비교가 필요하다. 그림1. 몽골 알타이산맥에서의 빙하시추. 70m 빙하코어 획득 Fig 1. A shallow ice core drilling (70m) from Mt Monhyran glacier (elevation 3080m a.s.l.) in Altai Mountains of Mongolia 그림2. (a) 입자크기 분석, (b) OSL과 방사성 탄소 연대 측정법의 결과 (C) OSL과 방사성 탄소 연대 측정법의 차이 Fig 2. Diagram comprising three panels, (a) grain-size analysis, (b) OSL and radiocarbon ages and (c) difference between radiocarbon and regressed OSL ages (Dt) 극지연구소 연보

29 Research on Polar Climate Sciences Paleoclimate reconstruction of Asia using alpine ice core, land sediment and climate model Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Hur, Soon Do Research Activities Alpine ice coring of Mongolia (Mt. Monhyran of Altai Mountains, 3,804m a.s.l.) A shallow ice core (69m 92cm) was first extracted successfully from Mt. Monhyran glacier (elevation 3080m a.s.l.) in Altai Mountains of Mongolia in June 12-17th, The research team used a shallow ice corer developed through a co-research of KOPRI and Ecocean Co. Ltd. It is expected that the changes in the strength of the Siberian High and frequency of Asian dust to directly affect the climate of Korean peninsula can be reconstructed for the past 500 years. The superiority of OSL dating method to date an eolian derived sediment deposited at arid environment (Mongolia) Both radiocarbon and optically stimulated luminescence (OSL) dating methods were applied to test their suitability for establishing a chronology of a rid-zone lacustrine sediments using a 5.88-m-long core drilled from Lake Ulaan, southern Mongolia. When an eolian sediment transport is suspected, especially in lakes of arid environments, the OSL dating method was superior to the radiocarbon dating method because it could eliminate a common old-carbon error problem. 그림3. CAM3 모델에서 생산된 여름철과 겨울 철의 동아시아 지역의 강수, 500 hpa에 서의 지위고도장과 해면기압, 300 hpa 에서의 동서방향 바람, 850 hpa에서의 바람장 Fig 3. Sea-level pressure, geopotential height in 500 hpa, zonal wind in 300 hpa, wind field in 850 hpa and precipitation over the East Asia area for summer (a~e) and winter (f~j) seasons from CAM3 output. Reconstruction of east asia monsoon circulation since industralization using CAM3 East Asian monsoon circulation since industrialization was reproduced by model integration using CAM3 (Community Atmospheric Model Ver. 3). The Characteristics of East Asian monsoon circulation for summer and winter seasons (the change of main wind direction, precipitation, and upper-level geopotential height) were generally well simulated by CAM3 though there exists the discrepancy with observations. The trend of surface temperature and precipitation reconstructed by cave-stalagmite in Beijing and combination of treering over north China and dry/wetness indices from historical documents also agreed with CAM3 output for the past about 100 years. However, more proxy data should be compared with model results in East Asian monsoon area. Korea Polar Research Institute 29

30 극지기후연구 연구활동 극한지 빙하시추와 Ice Core Bank 운영을 위한 핵심기술개발 연구책임자 : 허순도 TEL : / sdhur@kopri.re.kr 그림 년 7월에 미터 깊이의 빙하 시추 성공 (그린란드 NEEM) Fig 1. Drilled up to the bottom at a depth of m in July 2010 (NEEM, Greenland) 국제 극지의 해(IPY) 사업의 일환인 그린란드 심부빙하시추 NEEM 프로젝트 ( )의 3차년도 빙하코어 시추가 2010년 4월부터 8월까지 진행되었다. 극지연구소는 2010년 6월부터 7월까지 NEEM 빙하코어 시추전문가 1인과 연구 원 1인을 파견하여 빙하시추기술과 시료 전처리 기술을 습득하였다. 빙하코어 시 추는 예상보다 빠르게 진행되어 2010년 7월 27일에 암반 위 2, 미터 깊 이까지 도달하였다. 이로써 마지막 간빙기(Eemian)의 빙하코어를 시추하는데 성 공하였다. 빙하시추 원천기술을 독자적으로 확보하기 위하여 자체 개발한 200 미터 급의 천부빙하코어시추기로 2010년 6월에 몽골 고산빙하시추를 시행하였다. 몽골 호 브드주 뭉흐하이르항산(해발고도 3,804 미터)에서 미터 깊이의 빙하코어 시추에 성공하였다. 이는 국내 기술로 제작한 시추기로 시추한 첫 번째 빙하코 어이다. 극미량 무기원소 분석기술의 확보를 위해 도입한 고해상도질량분석기[HR-ICP- MS]를 이용하여 빙하시료에서 초극미량 원소[sub-ppt(10-12 g g -1 )]를 분석할 수 있는 빙하 프록시 분석 기술을 개발하였다. 이는 향후 남극 대륙의 빙하를 이용한 고기후 고환경 복원을 위한 핵심 기술로 활용될 것이다 극지연구소 연보

31 Research on Polar Climate Sciences Development of Core Technology for Ice Core Drilling and Ice Core Bank Research on Polar Climate Sciences Principal Investigator / Hur, Soon Do Research Activities The third field season to drill a deep ice core at NEEM camp [The North Greenland Eemian Ice Drilling Project, ] was carried out between April and August NEEM is an IPY [International Polar Year] project. The Korea Polar Research Institute [KOPRI] dispatched a scientist and an engineer to obtain experience and know-how in deep ice core drilling technology, and to conduct various research studies on ice core samples. On July 26, 2010, drilling reached bedrock at m. The NEEM project has been successfully completed. 그림 년 자체 제작한 빙하시추기로 몽골 고산빙하 시추 Fig 2. The first ice core drilling using Korean ice corer at Mongolian Altai Mts, in 2010 In order to develop our own pivotal ice core drilling technology, we have developed a shallow ice corer. The first ice core was successfully drilled at Mt Monhyran glacier (elevation 3080 m a.s.l.) in Mongolia in June 2010 using our own ice corer. The core was 8cm in diameter to a depth of m. Analysis technology of proxies in ice core has been developed for the measurement of elements at sub-ppt (10-12 g g -1 ) levels by high resolution inductively coupled plasma-mass spectrometry [HR-ICP-MS]. The technology can be used to reconstruct the paleo-climate and paleo-environments in the ice core samples from alpine and polar regions. 그림3. 남극 빙하 시료 내에 함유된 초극미량 원소의 분석기술 개발 Fig 3. Development of analysis technology of traceable proxies in ice core Korea Polar Research Institute 31

32 극지지구시스템연구 연구활동 남극의 형성, 진화와 신기지각 활동 연구책임자 : 최문영 Tel : / mychoe@kopri.re.kr 남극대륙과 주변 대륙의 땅덩이는 지난 수 억 년 동안 서로 붙었다 떨어졌다를 반 복하며 지금의 모습을 갖추게 되었다. 이런 지질현상은 현재도 진행되고 있어 남 극에서 나타나는 지형발달, 화산활동, 빙하의 움직임 등에 영향을 주고 있다. 본 과제는 지질학, 지구물리학, 해양지질학의 방법을 이용해 남극과 주변 대륙의 과 거와 현재 지질현상을 이해하고자 한다. 2010년에는 세종기지가 위치한 킹조지섬의 구조지질학적 연구를 수행하여 바튼 반도와 위버반도의 화산암과 퇴적암에 발달한 단층들의 특성과 이들이 남극반도 아래로 전피닉스판이 섭입하면서 발생한 힘에 의해 형성되었음을 밝혔다. 기지주 변에 발달한 빙하에 대한 연구에서는 빙하의 두께와 기반암 형태를 규명했고 내 부에 발달한 층의 특성과 함유된 수분의 양도 예측했다. 그림1. 구조지질연구를 통해 수정된 바톤반도와 위버반도의 지질도 Fig 1. Geologic map of the Barton and Weaver peninsulas modified after mapping of structural features 또한 남극반도의 진화와 밀접한 관련이 있는 남미 남단 파타고니아의 심해저 대 륙전면부 분지의 심해저 퇴적체의 퇴적환경과 퇴적작용에 대한 연구를 수행했다. 연구결과 이 심해저 퇴적체는 해양지각이 남극반도와 남미남단에 섭입하면서 만 들어낸 조산대 뒤편에 길게 발달한 분지를 따라 형성된 심해저 하도를 채운 것으 로 나타났다. 동지역에 분포하는 화산암의 지구화학분석으로 이들이 분출된 조구 조적 환경을 연구했다. 퇴적환경과 화산암에 대한 다각적인 연구로 향후 남극반 도 형성과 발달 연구에 길잡이가 될 것이다. 그림2. 킹조지섬 빙하의 GPR 탐사단면(위)과 속도분석을 통해 얻은 수분함량 추정치 (아래) Fig 2. GPR crossection of glacier in the King George Island (upper) and water content estimation using calculated velocity (lower) 극지연구소 연보

33 Research on Polar Earth-System Sciences Formation, Evolution and Neotectonics of Antarctica Research on Polar Earth System Sciences Principal Investigator / Moon Young Choe Research Activities The Antarctic and the adjacent continents have been gathering together and separating away to form current configuration. These processes influence evolution of geomorphology, types of volcanism, development of glacier, and other geologic features. Formation, evolution, and neotectonics of Antarctic aims to understand past and present geological issues of the Antarctic and adjacent regions by geology, geophysics, and marine geology. 그림3. 전피닉스판의 섭입에 의해 형성된 대륙 전면부 분지의 심해저 하도를 채운 퇴적체 Fig 3. Channel-fill deposit of deep-sea channel in the foreland basin formed by subduction of Proto-Phoenix plateer In the year 2010, structural geology of the King George Island has carried out focusing on the characteristics of faults in Barton and Weaver peninsulas. The results suggests that they were formed by compressional stress related to the subduction of Proto-Pheonix plate underneath the Antarctic peninsula. GPR survey results on the glaciers in the King George Island revealed the stratigraphy and basement morphology of the glaciers and water content was calculated. Southernmost part of the South America, which is geologically related closely to the Antarctic peninsula, exposes huge outcrop of deep-sea deposits formed in a foreland basin. Detailed field work outlined the geometry of the distributary system which was formed along the long foredeep of foreland basin related to the subduction of oceanic crusts. Geochemistry of the volcanics in the same area suggested the tectonic setting of their eruption. These results will integratedly guide for the research about evolution of the Antarctic peninsula. Korea Polar Research Institute 33

34 극지지구시스템연구 연구활동 남극운석 탐사와 운석연구센터 설치 운영 연구책임자 : 이종익 Tel : / jilee@kopri.re.kr 현재까지 인류가 소유한 운석의 약 80% 정도(40,000여개)가 1970년대 중반부터 자국 정부의 지원을 받는 운석탐사대에 의해 남극에서 회수되었다. 남극에서 운석 탐사를 지속적으로 수행하는 나라는 미국, 일본, 이태리, 중국 등 4개국이고, 우리나 라는 2006/07년부터 시작하였다. 2006/07년부터 2008/09년까지 3 차례의 탐사 를 통해 티엘산맥의 청빙지대에서 총 8종류, 29개의 남극운석을 확보했다. 가장 흔한 운석인 O-콘드라이트가 20개, C-콘드라이트 4개, E-콘드라이트 1개가 발견되어 콘드라이트는 총 25개이다. 분화운석인 유크라이트 1개와 팔라사이트 2 개가 발견되었으며, 분화된 시원운석인 아카풀코아이트가 1개 발견되었다. O-콘드 라이트는 11개의 H그룹과 9개의 L그룹으로 분류되며 모두 암석학적 유형-4이상 의 열변성작용을 경험하였다. C-콘드라이트는 CV3와 CM2가 각각 두 개씩 발견되 었으며 각 그룹의 운석은 발견 위치와 암석학적 특징의 유사성으로 미루어 같은 운 석의 서로 다른 파편으로 생각된다. E-콘드라이트는 알라반다이트가 산출되며, 콘 드률 조직이 거의 남아있지 않고 광물들이 재결정화되어 EL6로 분류하였다. 유크 라이트는 현무암질 유크라이트와 반려암질 유크라이트가 소행성 간의 충돌에 의해 섞인 각력암이다. 팔라사이트 TIL 07016과 08004는 티엘 산맥에서 발견된 또 다 른 팔라사이트인 티엘 마운틴 팔라사이트와 암석학적 특징, 친철원소 함량이 거의 유사하므로 같은 운석의 다른 파편으로 생각된다. 그림1. 제3차 남극운석탐사대 베이스캠프 (티엘산맥, 남위 85도 서경90도) Fig 1. A base camp for the 3rd KOREAMET (Thiel Mountains, S85o, W90o) 회수된 29개의 운석은 모두 국제운석학회에 등록 완료되었으며, 2011년부터 연구 용 시료를 공개적으로 분배할 예정이다. 운석연구 역량 확보를 위한 핵심원천기술을 개발하기 위해 2006년부터 설치 운 영 중인 레이저불화방식 산소동위원소 분석시스템을 개량하여, 세계 유일의 최소 형 C-콘드라이트 분석 장치를 개발하였다. 지구 및 행성물질의 지각-맨틀-핵의 진 화과정을 추적하기 위하여 방사성 동위원소 전처리 청정실험실을 설치하고, 통제 가능한 실험과정을 정량화하여 Sr-Nd-Pb 동위원소 분석시스템을 구축하였다. 현 재 개발된 분석기술을 활용하여 극지연구소가 보유한 운석 중 유크라이트를 이용 한 소행성 진화과정과 CM 콘드라이트를 이용한 모천체의 수성변질작용에 대한 연 구를 수행 중에 있다. 그림2. 남극 운석 수집 장면 (오명을 방지하기 위해 절대 손을 대지 않는다.) Fig 2. Sampling of meteorites on the blue ice 극지연구소 연보

35 Research on Polar Earth-System Sciences Korea Expedition for Antarctic Meteorites (KOREAMET) and Operation of the Meteorite Research Center Research on Polar Earth System Sciences Principal Investigator / Jong Ik Lee Research Activities About 40,000 meteorite specimens have been recovered from Antarctica since the mid 1970 s by the government-supported expedition parties. USA, Japan, Italy and China are continuously operating expedition parties, and Korea has operated since 2006/07 Antarctic summer season. During 2006/ /09 Antarctic summer seasons, three Korea Expedition for Antarctic Meteorites (KOREAMET) recovered 29 meteorites at blue ice fields of Thiel Mountains. 그림3. CM-콘드라이트(TIL 08007) 박편의 후방산란전자영상 Fig 3. Back scattered image of CM chondrite, TIL 그림4. CM-콘드라이트 (TIL 08007) 내에 발달 하는 감람석 콘드률 Fig 4. Olivine-rich chondrule in CM chondrite (TIL 08007) Among them 20 meteorites are ordinary chondrites, 11 H-group and 9 L-group without LL and all of them are equilibrated having petrological type more than 4. Two CV3 and two CM2 chondrites were found: both CV and CM chondrites are possibly pairs since two meteorites in each group were not only found at very close locations but also have very similar petrological characteristics. Two CV3 chondrites, TIL07003 and TIL 07007, have elongated chondrules, CAIs and AOIs. The CM2 chondrites, TIL and TIL 08007, experienced heavy aqueous alteration that changed most of primary phases into low temperature secondary minerals. One enstatite chondrites, TIL is heavily altered by terrestrial weathering. No clear chondrule texture survived by thermal metamorphism: it contains ferroan alabandite, thus classfied as EL6. TIL has petrological and oxygen isotopic characteristics of acapulcoite-lodranite clan. The meteorite is heterogeneous in mineralogy but contain abundant plagioclase, thus assigned as acapulcoite. TIL is monomict breccia of basaltic and gabbroic eucrites. Two pallasites, TIL and TIL are similar with Thiel Mountains pallasite in texture and siderophile element compositions, thus likely they are pairs. All the meteorites recovered by KOREAMET were registered to the Meteoritical Society and will be distributed to worldwide researchers from For development of core technology for Antarctic meteorite research, a laser fluorination oxygen isotope analysis system was modified and upgraded to the smallest system for analysis of bulk C-chondrites. Analytical techniques of Sr, Nd and Pb isotopes of TIMS (TRITON ) have achieved for the research subject of radiogenic isotope study to investigate formation and differentiation processes of the planets Korea Polar Research Institute 35

36 극지지구시스템연구 연구활동 극지역 광역 관측망 시스템 구축 : 해저활성지각운동과 해양환경변화 관측 및 특성 연구 연구책임자 : 박민규 Tel : / minkyu@kopri.re.kr 본 과제의 목적은 자율수중음향관측장비(AUH) 및 지진관측망(seismic network)을 기반으로 극지 광역 관측망을 운영하여 해저 지각활동 및 해저환경변화를 지속 적으로 조사, 관측함으로써 극 지역에서 발생하는 다양한 지구환경변화 특성 규 명 및 지구시스템의 진화과정을 밝히는 데 있다. 극지연구소와 미국해양대기청(NOAA)은 극지용 수중음향관측장비(AUH)를 공 동 개발하여 극지역에서의 테스트를 성공리에 마친 후, 2005년부터 2007년까 지는 남극반도 주변 브랜스필드해협에 수중음향관측망을 설치하여 운용하였다 , 2년간 수천건 이상의 군집지진(earthquake swarm)이 관측되었고, 군집지진 중 남서 브랜스필드 해협에서 발생한 3 건은 마그마의 이동에 기인한 해저지각활동으로 분석되었다. 2008년에는 남조지아 부근에 위치한 지각경계면 주변의 활발한 지각활동을 관측하기 위해 동스코티아해에 관측망을 설치하여 운 용하였다. 2009년에는 브랜스필드 해협 확장축을 따라 발생한 해저 화산/열수 활 동을 정밀 관측하기 위해 다시 이 곳에 관측망을 설치하였고, 열수 분출 특성을 탐 지하기 위해 열광학센서(MAPR)를 이용하여 수층탐사를 수행하였다. 그림 /2010 하계 탐사시 투입한 수중음 향장비(AUH) 위치도 Fig 1. Mooring location of AUHs deployed during 2009/2010 KOPRI summer Antarctic expedition campaign 2010년 1월에는 영국 극지연구소(BAS)의 연구선 James Clarke Ross를 활용하 여 2008년 12월부터 2009년 12월까지 1년간 계류되었던 5기의 AUH를 회수 후, 재투입하였고 2010년 12월에는 아라온을 이용하여 재투입된 5기의 AUH를 성 공적으로 회수하였다. 회수된 5기의 AUH 중 3기는 sampling rate이 250 Hz 그 리고 2기는 1000 Hz의 고주파 하이드로폰으로서 일명 Whale Phone으로 불린 다. 고주파 하이드로폰은 대형고래의 교신음 수신에 적합하도록 제작되었다. 이 들 5기의 AUH로부터 획득된 음향자료는 총 375Gbyte로서, 최저 db 까지 감청 가능하다. 그림2. 남극 브랜스필드해협에서의 아라온을 이용한 수중음향관측장비 회수작업 Fig 2. Recovering AUHs by ARAON in the Bransfield Strait, Antarctic 극지연구소 연보

37 Research on Polar Earth-System Sciences Constructing Polar Monitoring-Network System: Studies on Characteristics of Submarine Active Tectonic Processes and Marine Environmental Changes Research on Polar Earth System Sciences Principal Investigator / Minkyu Park Research Activities The goal of the project is (1) to construct and maintain a polar wide-range monitoring network using Autonomous Underwater Hydrophones (AUHs) and seismic network, (2) to monitor submarine tectonic activity and (3) to detect alteration in the submarine environment in order to delineate characteristics of various geodynamics and evolutionary process of regional tectonics. 그림 브랜스필드 해협 일대의 (좌) 해저지각활동도, (우) 빙산 관련음의 공간적 분포도. 청색 삼각형: , 황색 삼각형: 수중음향관측망 위치 Fig Seismicity (left) and Icemicity (right) in the Bransfield Strait, Antarctica. Blue triangles and yellow triangles represent AUH mooring location of and , respectively After scientists at Korea Polar Research Institute (KOPRI) successfully tested Autonomous Underwater Hydrophones (AUHs) newly developed by NOAA engineers for the polar environments in 2005, We had started to operate a hydrophone array in the Bransfield Strait until During this period thousands of swarm events were detected in the Bransfield Strait, and they were categorized into 8 earthquakes swarms occurring along the rifting axis in the Strait. Three swarms among them could be associated with maga migration beneath the seafloor near the ocean spreading center. In 2008, we deployed five AUHs in the Eastern Scotia Sea to detect active submarine tectonic activity along plate boundaries near the South Georgia. In 2009, we deployed AUHs again in the Bransfield Strait to monitor all the details about submarine volcanic and hydrothermal activities in the region and conducted MAPR (Miniature Autonomous Plume Recorder) survey in the water column to discover plume evidence and to locate plumes. 그림4. 8차례 브랜스필드 해협에서 관측된 군집지진 Fig 4. Eight Earthquake Swarms occurred in the Bransfield Strait In January 2010 we have recovered AUHs to abtain the data and re-deployed them using James Clarke Ross supported by British Antartic Survey (BAS). In December 2010, we successfully recovered the 5 AUHs by ARAON, the first Korean Research Icebreaker, and we collected 375 Gbyte acoustic data from the recovered AUHs. Korea Polar Research Institute 37

38 극지지구시스템연구 연구활동 남극 해저지질 조사 연구책임자 : 홍종국 Tel : / jkhong@kopri.re.kr 곤드와나 초대륙에 포함되었던 남극, 남미, 호주, 아프리카 대륙은 중생대 이후 분 리되기 시작하여 2천 5백만 년 전 이후 현재와 같은 형태를 지녔으며, 지질구조 는 과거의 판구조 운동, 빙하와의 상호작용에 의하여 복잡한 형태를 보인다. 남극 과 남극해의 다양한 지체구조 및 지질구조의 진화 및 발달에 대한 연구는 이 지 역의 지질시대의 역사 뿐 만 아니라 최근의 기후온난화와 같은 환경변화를 밝히 는데 주요한 결과를 제공한다. 남극 해저지질 조사 연구는 남극해의 퇴적분지의 지형, 지질, 지층구조 및 지체구 조를 규명하며, 대륙붕과 퇴적분지의 성인과 분포, 발달사를 파악하고 이와 관련 된 해저지질자료를 축적함에 있다. 이러한 목표를 달성하기 위하여 1994년도부 터 광범위한 조사지역을 단계별로 구분하여 중장기계획에 의거하여 계속사업으 로 수행하고 있으며. 지구물리조사와 함께 해저 퇴적물 채취를 통한 퇴적환경조사 를 수행하고 있다. 그동안 축적된 자료는 ArcGIS 시스템을 이용하여 DB로 구축하 여 자료를 효율적으로 활용하고자 하고 있다. 외국과의 교류를 위하여 SCAR 후원 기관의 하나인 SDLS에 지부로 가입하여 탄성파 탐사자료의 교류에 힘쓰고 있다. 2010년도 연구결과 세종기지 인근에는 남셰틀랜드 군도 북부해역에는 약 6x1010m3의 메탄가스가 매장되어있음이 밝혀졌다. 세종기지가 위치한 남셰틀 랜드 군도 북부해역에서 아라온을 이용하여 해양지구물리 및 지질조사를 수행하 여 120채널 탄성파탐사자료, 해저지형자료, 해상자력자료를 획득하고 퇴적환경 시료를 채취하여 분석중이다. 2011년 이후부터는 조사지역을 남극반도 인근에서 로스해로 이동하여 이 지역의 지체구조 및 지질구조를 연구할 예정이다. 그림1. 남극현장에서 탄성파 탐사장비 회수 하는 장면 Fig 1. Recovery of seismic system in the Antarctic sea 그림2. 남셰틀랜드군도 북부해역의 존재하는 가스하이드레이트층의 3차원 구조 Fig 2. 3D structure of gas hydrates off the South Shetland Islands, Antarctic sea 극지연구소 연보

39 Research on Polar Earth-System Sciences Antarctic Marine Geological Survey Research on Polar Earth System Sciences Principal Investigator / Hong, Jong Kuk Research Activities After the breakup of the supercontinent Gondwana Antarctica is separated from surrounded continents, such as South America, South Africa, Australia, and India. Geological structures of Antarctica have experienced various tectonic activities and glacial activities. Therefore, the study on the present tectonic settings and geological structures will provide the knowledge of geological history and climate changes. 그림3. 남극 현장에서 박스코어 시료 채취 하는 장면 Fig 3. Recovering of box core samples in the Antarctic sea The object of the Antarctic Marine Geological Survey is to study geological features and tectonics in the continental shelf and sedimentary basins in the southern ocean. To achieve this goal we have conducted geophysical and geological survey in the southern ocean since Survey methods include multichannel seismic exploration, marine magnetics, high resolution seismic survey, and sediment coring. Acquired data are stored in a GIS system, ArcGIS, to make comprehensive interpretation. KOPRI became a branch of Antarctic Seismic Data Library System(SDLS), which works under the auspices of SCAR. Off the South Shetland Islands, gas hydrates are known to be deposited in great amount and we estimated about 6x1010m3 of methane in the area. In late 2010, marine geological and geophysical surveys have been conducted using 120-channel seismic survey, multibeam survey, marine magnetics and geological sampling for geoenvironments on the sea floor. According to the long-term plan, the survey area will be chosen as Ross sea to survey its tectonic structure and geological environments. Korea Polar Research Institute 39