1.서 론

자연적 혹은 인위적인 활동으로 인해 환경으로 유출된 미 량금속은 강이나 하천을 통하여 해양으로 유입되며(Ra et al., 2013), 유입된 미량금속 중 소량만이 용존 상태로 존재하고 대부분은 물리·화학적인 과정을 통해 수층으로부터 침강하 여 해저 퇴적물에 저장된다(Cho et al., 2000; Fang and Hong, 1999; Ra et al., 2013). 해양환경에서 퇴적물 중 미량금속은 수층에 비해 축적된 농도가 매우 높을 뿐만 아니라 쉽게 분 해되지 않기 때문에 그 해역의 미량금속 거동 및 오염도를 대표 할 수 있으며, 저서생물에게 영향을 미칠 수 있기 때문 에 저서생태계 오염의 지시자로서 활용된다(Lim et al., 2013).

우리나라 남해 동부에 위치한 진해만은 마산만, 진동만, 창포만, 원문만, 고현만 등의 소규모 만으로 구성되어 있고, 동쪽의 좁은 가덕수도를 통해 제한적인 해수교환이 일어나 는 반폐쇄적인 해역이다(Cho and Lee, 2012). 진해만의 북쪽 으로 대도시와 임해공업단지가 조성되어 있고, 서쪽에 수하 식 굴양식장, 남쪽에는 주거도시와 조선산업 시설이 밀집되 어 있어 각종 오염물질의 부하량이 크다(Son et al., 2011). 만 주변으로부터 배출된 오염물질은 대부분이 외부로 빠져나 가지 못하고 만 내부에 축적되어 오염이 가중되어 왔다 (Hong and Lee, 1983; Cho et al., 1998). 특히, 마산만을 포함한 진해만 북쪽 해역에서는 오염이 심각한 상황으로 해역의 자 체적인 자정능력이 상실되었으며, 부영양화 현상이 빈번히 발생하고 있다(Jin et al., 2000). 또한 만 주변으로부터 미량금 속의 인위적 유입이 매우 활발하여 여건이 비슷한 타 해역 에 비해 퇴적물 중 미량금속 농도가 현저히 높은 농도를 보 인다(Cho and Lee, 2012). 이에 따라 이 해역의 퇴적물은 미량 금속으로 인한 오염이 심하여 퇴적물 내에 서식하는 각종 저서 동물을 포함한 저서생태계에 영향을 미치고 있다(Hong and Lee, 1983; Kim et al., 1986; Cho et al., 1998; Woo et al., 1999, 2003).

이러한 진해만 연안 환경오염이 심각하다는 사실을 인식 하고 마산만을 비롯한 소규모 만들을 중심으로 수질 및 저 질환경 특성과 오염에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔 다(Hwang et al., 2006; Lim et al., 2012, Hyun et al., 2007; Sun et al., 2014). 마산만을 포함한 진해만 전 해역 범위의 미량금속 의 분포에 관한 연구도 진행된 바 있으나(Lee and Lee, 1983; Cho and Lee, 2012), 마산만에 초점을 둔 연구에 비해 미미하 고 시간적으로 꾸준히 진행되지 않는 편이다. 진해만은 해 양자원이 풍부한 천해어장환경일 뿐만 아니라 연중 수산생 물의 성육장 및 산란장으로서 중요한 역할을 하고 있고 (Kang et al., 1996), 굴, 진주담치, 미더덕 등의 양식산업도 활 발히 이루어지고 있으므로(Kim et al., 2012b) 수산 생물에게 악영향을 미칠 수 있는 미량금속의 분포 및 오염에 대한 모 니터링이 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 진해만 내 양 식장 주변 및 어장환경을 대표할 수 있는 정점에서 채취한 퇴적물을 분석하여 미량금속의 분포 및 오염 현황을 살펴보 고자 한다.

2.재료 및 방법

2.1.시료채취 및 분석

2013년 8월에 진해만 29개 정점에서 van Veen grab sampler 로 표층 퇴적물(0~2 cm)을 채취하였다(Fig. 1). 채취한 시료는 미리 산세척한 고밀도 폴리에틸렌병(high density polyethylene bottle)에 담아 분석 시까지 냉동 보관하였고, 이후 퇴적물의 입도, 미량금속 분석을 위한 시료를 개별로 취하여 Hwang et al.(2011)이 제시한 방법에 따라 분석을 시행하였다.

퇴적물 입도 분석을 위해 시료에 과산화수소와 염산을 첨 가하여 유기물과 탄산염을 제거한 후 4ø(63 μm)를 기준으로 습식 체질하여 조립질과 세립질로 구분하였다. 4ø보다 큰 조립질은 건조 후 건식 체질하였고 4ø 이하의 세립질은 자 동입도분석기(Micromeritics, Sedigraph-5100)로 분석하였다. 분 석결과 값은 1ø 간격으로 입자 크기별 무게 백분율을 구하 여 자갈(gravel), 모래(sand), 실트(silt), 점토(clay)의 함량을 나 타냈고, 퇴적물의 평균입도(mean grain size, Mz)와 퇴적상 (sedimentary type)은 각각 Folk and Ward(1957)와 Folk(1968)의 방법에 따라 구하였다.

미량금속 분석에는 -80°C에서 동결건조한 후 플라스틱 재 질의 4ø 체로 체질하여 세립한 퇴적물만을 시료로 사용하였 다. 미량금속 중 Hg은 다른 전처리 없이 자동수은분석기 (Automatic Mercury Analyzer, Milestone, DMA-80)로 분석하였으 며, 이 외의 미량금속(As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn)은 혼합산(HNO₃:HF:HClO₄=2:2:1)을 이용한 완전분해법으로 퇴적 물을 녹인 다음 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Perkin Elmer, ELAN DRC-e)로 측정하였다. 미량금속 분석 결과의 정 확도를 검증하기 위해 인증표준물질(certified reference material) 로서 Hg는 MESS-3(marine sediment, National Research Council Canada)를, 이 외 미량금속은 PACS-2(marine sediment, National Research Council Canada)를 3개씩 분석시료와 함께 처리하여 측정하였고, 각 원소별 회수율은 83 %(Fe)~ 119 %(As)의 범위 로 나타났다(Table 1).

2.2.미량금속 오염도 평가

퇴적물 중 미량금속은 저서생태계에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 물리·화학적 환경변화에 의해 수층으로 이동하 여 수층생태계에 잠재적 오염원으로 작용할 수 있다(Ra et al., 2013). 이 때문에 미국, 캐나다, 중국 등의 나라들은 각 국의 환경특성과 미량금속 농도에 따른 생물의 영향을 고려 한 해양 퇴적물 환경기준(sediment quality guidelines, SQGs) 을 설정해 놓고 있다. 우리나라의 경우, 해양수산부(고시 제 2013-186호)에서 제시한 주의기준(threshold effects level, TEL) 과 관리기준(probable effects level, PEL)이 있으며, TEL 미만의 미량금속 농도는 부정적인 생태영향이 거의 없는 것으로 예 측되는 농도이며, TEL과 PEL 사이의 농도는 부정적인 생태 영향이 발현될 가능성이 있는 범위이고, PEL을 초과하는 농 도는 부정적인 생태영향이 발현될 개연성이 매우 높은 범위 를 나타낸다(MOF, 2013). 기준에 명시된 원소 중 As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb은 퇴적물에서 측정된 농도를 직접 비교하여 평가 가능하지만, Cu와 Zn은 Li 또는 Cs을 이용해 입도의 영향을 보정하여 평가할 것으로 권고하고 있다. 하지만 본 연구에 서는 Li과 Cs이 분석되지 않아 Cu와 Zn의 농도 보정이 불가 능하기 때문에 Cu, Zn을 제외한 As, Cd, Cr, Hg, Pb의 농도를 국내 주의기준과 환경기준(Table 2)과 비교하였다.

또한 미량금속의 인위적인 오염도를 평가하기 위해 농축 계수(enrichment factor, EF)와 농집지수(geoaccumulation index, I_geo)을 이용하였다. 농축계수는 시료의 미량금속 중 보존적 인 성질의 Al, Fe, Li와 같은 표준화 원소 농도에 대한 각 미 량금속 농도비를 자연적인 배경물질에서의 농도비와 비교 하는 방법으로, 본 연구에서는 Fe를 이용하였으며 다음의 방 정식(1)을 이용하여 계산하였다.

여기서 (Me/Fe)_Measured는 연구해역 내 Fe에 대한 각 미량금 속의 농도비이고, (Me/Fe)_Crust는 지각 중의 Fe에 대한 각 미량 금속의 농도비를 나타낸다.

농집지수는 시료의 미량금속의 농도를 오염되지 않은 미 량금속의 농도로 정량화하는 방법으로 방정식(2)에 따라 계 산하였다.

여기서 C_n는 시료의 미량금속 농도, B_n는 각 원소의 배경 농도를 나타내며, 1.5는 서로 다른 지각에 존재하는 미량금 속의 배경농도를 보정하기 위한 지수이다(Ghani et al., 2013). 본 연구에서는 동일 연구 지역에서 수행된 이전 연구결과 (Cho and Lee, 2012)와의 미량금속 오염도 비교를 위하여 As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn의 배경농도는 Cho and Lee(2012)의 연구와 동일하게 지각의 평균 농도 (Martin and Whitfield, 1983)를 이용하였고, Hg은 전세계 연안 대륙붕해역 퇴적물 중 평균농도(Taylor, 1964)를 이용하였다.

3.결과 및 고찰

3.1.퇴적물의 입도조성

진해만 표층 퇴적물은 점토(clay)의 함량이 22.6~86.8 %(평균 72.7 %)로 가장 높았으며 실트(silt)는 5.9~36.2 %(평균 22.5 %)의 함량을 보였고 모래(sand)와 자갈(gravel)은 각각 0~70.1 %(평 균 4.5 %), 0~4.9 %(평균 0.2 %)로 비교적 낮은 함량을 보였다. 진해만 하부 통영 방면 수로에 위치한 정점(st. 22)에서는 모 래가 70 % 이상을 차지하였지만, 대부분의 정점에서 점토의 함량이 가장 큰 비율을 차지하였다(Fig. 2). 진해만 표층 퇴적 물의 퇴적상을 Folk(1968)의 분류법으로 구분하여 살펴보면, 점토질(clay, C), 사니질(sandy mud, sM), 약역사니질(slightly gavelly sandy mud, (g)sM), 약역니사질(slightly gravelly muddy sand, (g)mS) 퇴적상으로 구분되었다. 전체의 83 %에 해당하 는 정점에서 C 퇴적상이 나타났고 진해만 북쪽의 마산만 가 장 안쪽 정점 st. 5에서 sM, 진해만 북서쪽의 창포만 정점 st. 13과 가조도 서측하단 정점 st. 23 그리고 거제도 옥계 하단 정점 st. 29에서는 (g)sM, 진해만 남쪽 통영방면 수로 부근의 정점 st. 22에서는 (g)mS 퇴적상이 나타났다(Fig. 3).

평균 입도는 5.0~9.7ø 범위에 속하였으며, 진해만 남쪽 통 영 방면 수로 정점 st. 22에서 5.0ø로 가장 조립하였고, 대부 분의 정점에서 8ø보다 세립한 입도를 나타냈다. 이러한 입 도 분포는 최근 Cho and Lee(2012)가 본 연구와 같은 해역에 서 측정한 결과와 유사하였다. 진해만은 반폐쇄적인 해역이 기 때문에 외해로부터 조류나 파랑과 같은 물리적인 에너지 의 영향을 적게 받아(Hong et al., 2007) 매우 세립한 퇴적물이 우세한 것으로 판단된다. 일반적으로 퇴적물은 세립한 입자 로 구성될수록 표면적이 커지므로(Horowitz, 1991), 진해만 퇴 적물은 유기물 및 미량금속이 쉽게 축적될 수 있는 환경으 로 파악되었다.

3.2.미량금속의 농도 및 분포

진해만 표층 퇴적물 중 미량금속 농도는 As가 8.8~13.6 mg/kg(평균 11.1±1.2 mg/kg), Cd은 0.11~1.61 mg/kg(평균 0.52 ±0.39 mg/kg), Co는 7.0~17.1 mg/kg(평균 14.1±2.1 mg/kg), Cr 은 37.6~83.2 mg/kg(평균 69.8±11.9 mg/kg), Cu는 28.4~231.1 mg/kg(평균 57.2±33.3 mg/kg), Fe은 2.4~4.3 %(평균 3.7±0.5 %), Hg은 0.021~0.283 mg/kg(평균 0.064±0.051 mg/kg), Mn은 361~1441 mg/kg(평균 600±294 mg/kg), Pb은 20.8~76.8 mg/kg (평균 40.1±11.6 mg/kg), Zn은 95.5~292.1 mg/kg(평균 167.2±44.8 mg/kg)의 범위로 나타났다. 분석된 원소들의 공간적 분포를 살펴보면 Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Zn의 농도가 비교적 확연한 공 간적 차이를 보였다. Cd, Hg, Pb, Zn의 농도는 마산만을 포함 한 진해만의 북쪽 해역에서 확연히 높은 분포를 나타냈고, Cu는 진해만 남동쪽의 고현만에서 200 mg/kg 이상으로 가장 높은 농도를 보였다(Fig. 4). Mn은 거제도 북쪽과 마산만 남 쪽을 잇는 만 동쪽방면의 외해로 열린 해역에서 높은 농도 분포를 나타냈다. 이들 원소에 비해 As, Co, Cr, Fe의 농도는 공간적으로 큰 차이를 보이지 않았으나, As는 마산만 남쪽 와 진해만 북서쪽의 창포만, 남동쪽의 고현만 등지에서 다 소 높은 농도를 보였고, Co, Cr, Fe의 농도는 만 가장자리에 서 낮고 만 중심부 및 만 동쪽의 외해로 열린 해역에서 높은 농도 분포를 나타냈다.

본 연구에서 나타난 퇴적물 중 미량금속의 평균농도를 이 전에 Cho and Lee(2012)가 제시한 1990년대 후반의 동일한 연 구해역 내 미량금속 평균농도와 비교 시(Table 2), 미량금속 중 Cd의 평균농도가 확연한 차이를 보였다. 본 연구에서 나 타난 Cd의 평균 농도는 Cho and Lee(2012)가 조사한 값에 비 해 약 2배 낮게 나타났는데, 이는 시간적인 변화가 반영된 결과라기보다는 본 연구와 비교 연구 간 조사정점 수 및 위 치가 차이를 보이기 때문인 것으로 생각된다. 진해만 전반 적인 미량금속의 공간적 분포를 살펴보면, 만 북쪽의 마산 만 일대와 이를 제외한 해역 간 Cd의 농도 차이는 다른 원 소들의 농도차이에 비해 크게 나타나는 특징을 보인다(Fig. 4). 본 연구에서는 비교 연구(Cho and Lee, 2012)에 비해 마산 만에 해당하는 조사정점 수가 작고, Cd가 매우 높은 농도를 나타내는 마산만 내 북동쪽의 창원공단 적현부두에 가까운 해역이 포함되지 않아 평균농도가 낮게 나타난 것으로 판단 된다. Cd를 제외한 나머지 미량금속의 평균농도의 차이는 대체로 약 10 % 이내로 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만 Cho and Lee(2012)가 밝힌 미량금속의 공간적 분포와 비교 시, Cu 가 고현만에서 매우 증가된 변화를 나타냈다. 이 연구에서 나타난 진해만 퇴적물 중 미량금속의 평균농도가 다른 해역 에 비해 어느 정도의 수준인가를 알아보기 위해 비교적 최 근에 이 연구의 해역과 유사한 지형적 특성을 갖추고 있고 주변에 대규모 공업단지 및 산업시설이 위치해있는 국내 타 해역에서 측정된 퇴적물 중 미량금속의 평균농도와 비교하 였다(Table 2). 본 연구에서 나타난 진해만 퇴적물 중 미량금 속의 평균농도는 가막만에서 측정된 미량금속의 평균농도 (Kim et al., 2012a)에 비해 대체로 높게 나타났고, Cd, Cu, Hg 의 평균농도가 2배 이상의 차이를 나타내며 비교적 확연히 높은 농도를 보였다. 광양만에서 조사된 미량금속의 평균 농도(Hyun et al., 2003)에 비해서도 대부분의 원소가 높은 평 균농도를 보였고, Cd, Cu, Zn의 평균농도차가 뚜렷하였다. 반 면, 시화호에서 측정된 미량금속의 평균농도(Kim et al., 2005)에 비해서는 Cu, Hg, Zn이 낮은 수준을 보이는 것으로 나타났다. 울산만에서 측정된 미량금속 평균농도(Hwang et al., 2014)와의 차이는 다른 만과의 차이에 비해 큰 편은 아니 었으나 다소 Cd는 높은 반면 As, Cu, Hg는 낮게 나타났다. 영일만에서 조사된 미량금속 평균농도(Lee et al., 2008)에 비 해서는 Cr은 높은 반면, Cd는 약 3배 정도 낮은 수준이었다.

3.3.미량금속 분포의 조절 요인

일반적으로 지화학적 특성이나 환경 내에서 거동 방식 등 이 밀접한 관련을 가지는 미량금속은 서로 간에 상관성을 나타낸다(Harman, 1967; Summerhayes, 1972). 따라서 미량금속 간 상관관계를 분석하는 것은 이들의 분포를 조절하는 요인 을 파악하는데 유용하다. 퇴적환경에서 퇴적물 입도조성은 미량금속 농도를 조절하는 매우 중요한 요인이기 때문에 (Salomons and Förstner, 1984; Horowitz, 1991), 평균입도 및 미 량금속 간의 상관관계를 분석하였다(Table 3). 본 연구해역에 서는 분석된 미량금속 중 Co, Cr, Fe 만이 평균입도에 대해 유의한 양의 상관관계를 나타냈다. 나머지 원소(As, Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Zn)는 평균입도와 유의한 상관성을 보이지 않았 다. 일반적으로 연안 환경에서 퇴적물 중 미량금속의 농도 와 분포는 입도조성에 의해 조절되는 것으로 알려져 있지 만, 미량금속이 입자의 크기에 대해 상관성을 보이지 않을 경우 생물교란(bioturbation), 퇴적물 내 산화환원 환경에 따른 속성작용(diagenesis), 석영희석효과(quartz dilution effect), 탄산 칼슘이나 굵은 모래, 그리고 정장석 함량, 인위적인 요인 등 과 같은 여러 가지 요인의 작용으로 인해 그 농도가 결정될 수 있다(Kim et al., 1998; Hwang et al., 2010; Song et al., 2011; Kim et al., 2012a).

진해만 퇴적물 중 미량금속의 분포를 결정하는 요인을 보 다 객관적으로 추정하기 위해 R-mode 요인분석을 실시하였 다. 요인분석에 대한 자료의 적합성을 검증하기 위해 표본적 합도에 대한 KMO(Kaiser-Meyer_Okli) 측도 검증과 Bartlett의 구 형성 검정을 실시하였고, 검정 결과 KMO 측도 값과 Bartlett의 구형성 검정 유의확률이 각각 0.586, p=0.000으로 요인분석에 적합함을 확인하였다. 요인분석 결과 고유값(eigenvalue)이 1 이상인 성분은 4가지로 추출되었고, 미량금속 변동의 약 91 % 를 설명한다(Table 4). Factor 1은 Cd, Hg, Pb, Zn에 높은 적재 값을 보였다. 이 미량금속들은 모두 공간적으로 마산만을 포함한 진해만 북쪽에서 가장 높은 농도를 보이는 특징을 가지며(Fig. 4), 미량금속들 상호 간에 높은 상관관계를 가지 고 평균입도에 대해서는 무관하다(Table 3). 또한 모두 Fe과 상관성을 보이지 않으므로 석영희석효과나 탄산칼슘이나 굵은 모래, 정장석 함량 등의 영향보다는 주로 공단과 산업 시설로부터 강이나 하천을 통한 유입과 같은 인위적인 요인 에 의해 퇴적물 내 미량금속의 농도분포가 영향을 받았을 가능성이 크다. 산업활동의 부산물로 배출된 미량금속은 강 한 흡착 및 공침을 통해 퇴적물에 축적되어 국지적으로 매 우 높은 농도를 보일 수 있다(Cho and Lee, 2012). 이러한 사 항을 고려하면 Factor 1은 마산만 주변의 공단 및 산업시설 로부터 유입되는 오염물질과 밀접한 관련을 가지는 요인인 것으로 판단된다. Factor 2는 평균입도, Co, Cr, Fe에 대해 높 은 적재값을 나타냈다. Fe은 퇴적물 내에서 입도과 관련성이 높은 보존성 원소로 알려져 있으며(Summers et al., 1996), Co, Cr은 친철원소로 Fe와 유사한 거동을 보인다(Hwang et al., 2006). 이 금속들은 상호간에는 물론 평균입도에 대해 높은 상관관계를 갖는 공통된 특징(Table 3)을 보이므로 Factor 2는 입도요인으로 해석된다. Factor 3은 As, Cu에 대해 높은 적재 값을 나타낸다. Cu는 고현만에서 매우 높은 농도를 보이는 미량금속이다. 최근 고현만 주변 해역의 표층해수 중 미량 금속을 측정한 Kim et al.(2015)의 연구는 해수 중 Cu가 고현 만 안쪽에서 주변해역에 비해 매우 높은 농도를 보이는 경 향을 밝혔고, 이에 대해 고현만 주변의 조선소로부터 선박 의 방오도료로 주로 사용되는 Cu가 유입된 결과로 해석하였 다. 이러한 연구결과와 연계하면 고현만 퇴적물 중 Cu의 확 연히 높은 농도는 고현만의 해수 중으로 유입된 Cu 대부분 이 널리 확산되지 못하고 퇴적물로 가라앉아 국지적으로 활 발히 축적된 것으로 추정할 수 있다. 한편 As는 Cu의 분포처 럼 확연한 농도차를 보이진 않으나 마산만 남쪽, 만의 북서 쪽의 창포만, 그리고 남동쪽의 고현만에서 다소 높은 농도 를 보인다. As가 다소 높은 농도를 보이는 해역의 주변부에 는 조선소, 공장 및 산업단지가 위치해 있으며, 이러한 시설 로부터의 공급에 영향을 받았을 것으로 생각된다. 따라서 Factor 3은 마산만을 제외한 진해만 주변의 인위적인 오염활 동과 관련된 요인으로 판단된다. factor 4는 Mn에 대해 높은 적재값을 보이는 요인이다. 입도와 상관성을 나타내지 않는 미량금속들 대부분이 오염활동이 활발할 것으로 의심되는 해역에서 높은 농도를 보이는 경향과 달리 Mn은 거제도 북 쪽과 마산만 남쪽을 잇는 만 내부와 외부 간 해수 교환이 일 어나는 해역에서 높은 농도를 보였다. 이러한 Mn의 분포는 인위적인 활동과 관련된 오염물질 유입에 영향을 받은 것이 아니라 퇴적물 내에서의 산화환원 환경에 따른 속성작용에 의한 결과로 생각된다. 퇴적물 중 망간산화물은 산소가 부 족한 환경에서 유기물 분해의 산화제 역할을 하며, 망간산 화물과 결합되어 있는 산소가 이용되면서 Mn은 퇴적물로부 터 수층으로 용존 상태로 배출 된다(Libes, 1992). 진해만은 하계 빈산소 수괴가 빈번히 발생하는 지역으로(Yang and Hong, 1988; Kim et al., 2012b) 만 내부에서 혐기적 환경이 형 성됨에 따라 퇴적층으로부터 수층으로 유출된 용존 상태의 망간이 만 동쪽 방면의 외해로 열린 해역에서 산소가 비교적 풍부한 해수와 만나 산화되어 산화망간 형태로 퇴적된 것으 로 추정된다. 따라서 Mn에 높은 적재값을 보이는 factor 4는 퇴적물의 산화환원 상태에 지배되는 요인으로 파악되었다.

3.4.미량금속 농축 및 오염도 평가

앞서 언급하였듯이, 진해만 퇴적물에서 일부 미량금속 농 도와 공간적 분포는 인위적인 오염 요인에 지배되는 것으로 파악되었으므로 미량금속의 농축 및 오염 현황에 대해 살펴 볼 필요가 있다. 본 연구에서는 퇴적물 미량금속 오염 평가 에 널리 사용되는 방법인 국내 퇴적물 환경기준과의 비교 및 농축계수(EF)와 농집지수(I_geo)를 이용해 미량금속의 오염 도를 평가하였다. 먼저, 우리나라 해양수산부(고시 제 2013-186호)에서 제시한 해양 퇴적물 환경기준인 주의기준 (threshold effects level, TEL)과 관리기준(probable effects level, PEL)을 이용하여, 입도의 영향을 보정하여 평가할 것으로 권 고하고 있는 Cu와 Zn을 제외하고 직접적인 농도비교가 가능 한 As, Cd, Cr, Hg, Pb의 농도를 비교하였다(Fig. 5). 그 결과, As와 Cr의 농도는 전 해역에서 주의기준을 초과하지 않았 다. 반면 Cd, Hg, Pb의 농도는 모두 만의 북쪽인 마산만 주변 정점 st. 2~5에서 주의기준을 초과하였다. 이들 원소는 나머 지 해역에서는 대부분 주의기준 미만의 농도를 나타내었으 나, Cd가 만 남동쪽의 st. 25에서 주의기준을 약간 초과하는 값을 보였다.

미량금속의 인위적 농축 경향을 파악하기 위해 조사 정점 에 따른 각 미량금속의 농축계수를 Fig. 6에 나타냈다. 퇴적 물 중 미량금속이 농축되었다는 것은 자연적인 농도 이상의 높은 값을 나타내는 것으로, 농축계수가 1.5보다 낮으면 오 염되지 않은 자연적인 농도 상태를 의미하며 1.5보다 큰 값 을 보이는 경우에는 외부의 인위적인 요인에 의한 오염이 있는 것으로 볼 수 있다(Zhang and Liu, 2002; Hyun et al., 2007). Co와 Cr의 농축계수 값은 각각 0.8~1.2 (평균 1.0), 0.7~1.1 (평 균 0.9)범위로 모든 정점에서 1.5 이하의 값을 나타냈다. As 의 농축계수는 1.2~1.9 (평균 1.4)범위로 일부해역(만 북서쪽 의 창포만 정점 st. 13, 만 남서쪽의 통영인근 해역 정점 st. 21, 22, 만 남동쪽의 고현만 정점 st. 26)에서 1.5를 약간 초과 하는 값을 보였으나, 대부분의 정점에서 1.5 이하의 값을 나 타냈다. Mn의 농축계수도 0.5~1.7 (평균 0.9)로 만 동쪽의 거 제도 북쪽과 마산만 남쪽을 잇는 외해로 열린 해역에 속한 정점 st. 10, 11에서 1.5를 초과한 값을 보였지만, 이를 제외한 정점에서 1.5 이하의 값을 보였다. 반면 Pb의 농축계수는 1.8~5.4 (평균 2.5)범위로 모든 정점에서 1.5를 초과하였다. 공 간적으로 만의 북쪽인 마산만 주변 정점 st.2~5에서 3.5~4.7 범위로 가장 높은 농축계수를 보였고, 이를 제외한 해역 중 만 북서쪽의 창포만 및 그 주변 정점 st. 13, 14와 만 서쪽의 당동만에 위치한 정점 st. 18에서도 3에 근접한 비교적 높은 값을 보였다. Cd의 농축계수는 0.6~8.2 (평균 2.6) 범위로, 외 해로 열린 해역에 인접한 정점을 제외하면 대체로 1.5 이상 의 값을 보였다. Pb과 마찬가지로 만 북쪽의 마산만에서 가 장 높은 값을 보였는데, 마산만에서 속한 정점인 st. 2~5에서 나타난 Cd의 농축계수는 6.0~8.2로 조사된 모든 미량금속의 농축계수 중 가장 높은 값이었다. 만 북서쪽의 창포만 정점 st.13, 만 서쪽의 당동만 인근 정점 st. 18, 남동쪽 방면의 일 부인 st. 25, 27 에서 3 이상의 값을 보였으며, 남동쪽의 st. 25 에서는 5에 근접한 값을 보였다. Hg과 Zn의 농축계수는 각 각 0.3~3.9 (평균 0.8), 0.9~2.6 (평균 1.3) 범위로, 공통적으로 마산만에 속한 정점 st. 2~5에서 1.5 이상의 농축계수를 보였 다. 마산만을 제외한 해역에서 Hg의 농축계수는 모두 1 이 하의 값을 보였고, Zn의 농축계수는 고현만 정점 st. 25에서 1.5를 약간 초과한 값을 보였으나 나머지는 모두 1.5 이하의 값을 보였다. 한편 Cu의 농축계수는 0.9~5.9 (평균 1.7) 범위 로, 대체로 외해로 열린 해역에 인접한 정점을 제외하면 1.5 이상의 값을 나타냈다. 특징적으로 만의 남동쪽 방면 가장 안쪽의 고현만 정점 st. 25에서 가장 높았고 약 6에 근접한 농축계수를 보였다.

미량금속의 오염 정도를 세부적으로 평가하기 위해 농집 지수를 계산하여 Müller(1979)의 분류 기준에 따라 총 7단계 로 구분하였고, 각 오염 등급에 해당되는 정점의 개수를 Table 5에 나타냈다. Co, Cr, Fe의 I_geo class는 모든 정점에서 0 으로 오염되지 않은 상태에 해당하였다. As, Mn, Zn의 I_geo class도 대부분의 정점에서 0이었고 일부 지역에서 1로 나타 나 우려할 만한 수준의 오염을 보이지 않았다. Hg과 Pb의 I_geo class는 각각 만 북쪽의 마산만에 속한 정점 st. 5, st. 2~5 에서 2로 나타나 약간 오염된 수준이었고, 나머지 해역에서 는 0~1로 나타났다. Cd의 I_geo class는 만 북쪽의 마산만에 속 한 정점 st. 2~5에서 2~3 범위로 나타나 약간의 오염 또는 강 한 오염 단계에 직면한 수준이었으며, 만의 서쪽과 남동쪽 의 일부 정점 st. 13, 19, 25, 27에서는 2로 약간의 오염 수준 이었다. 이외의 해역에서는 0~1 범위를 나타냈다. Cu의 I_geo class는 고현만 정점 st. 25에서 3으로 강한 오염 단계에 직면 한 것으로 나타났고, 대부분의 해역에서 0~1로 나타났다.

농축계수와 농집지수를 통한 오염도 평가는 이용한 배경 농도(background value)에 따라 농축 및 오염 정도에 대한 해 석이 달라질 수 있음을 감안하여야 한다. 지각 및 전 세계 연안 대륙붕 해역 퇴적물 중 평균농도를 배경농도로 계산된 농축계수 및 농집지수에 근거하여 미량금속의 오염도를 평 가한 결과, Co, Cr, Fe은 자연적인 농도 상태로 오염을 보이 지 않았다. 반면 As, Hg, Mn, Zn은 전체 조사정점 중 7~17 % 에 해당하는 비교적 국지적인 규모로, 이들 원소에 비해 Cd, Cu, Pb은 41~100 %에 해당하는 보다 넓은 범위의 해역에서 인위적 오염의 영향을 받은 것으로 나타났다. 각 원소가 인 위적 오염을 보이는 해역에 국한하여 오염 정도를 살펴보 면, As, Mn, Zn은 비교적 농축정도가 크지 않아 우려할만한 수준의 오염을 보이지 않았다. 하지만 Cd, Hg, Pb은 공통적 으로 마산만을 포함한 만의 북쪽에서, Cu는 만 남동쪽의 고 현만에서 가장 심각한 농축을 보였으며, 해당 원소의 농축 에 대해 염려할 필요가 있을 것으로 파악되었다. 각 원소가 상대적으로 활발히 농축된 해역을 제외한 나머지 해역에서 는 대체로 우려할 만한 수준의 오염을 보이진 않았으나, 만 서쪽과 남동쪽의 일부 해역에서 Cd이 약간의 오염 수준을 보이므로 주의가 필요할 것으로 판단된다.

이 전에 진해만 퇴적물 중 미량금속의 분포와 오염도를 분석한 Cho and Lee(2012)의 연구 결과 중 미량금속 오염도 평가 결과는 주로 마산만 해역에서의 오염에 집중되어 있 어, 본 연구에서 나타난 진해만 전반적인 미량금속 오염 양 상 및 수준과 비교하기에는 무리가 있었다. 다만 Cho and Lee(2012)의 연구와 본 연구의 결과 중 마산만을 제외한 나 머지해역에서 나타난 각 미량금속의 농축계수 범위를 비교 해보았을 때, Cu의 농축계수가 뚜렷한 차이를 보였다. 비교 연구(Cho and Lee, 2012)에서 나타난 Cu의 농축계수의 최대값 은 약 2로, 본 연구의 고현만에서 나타난 Cu의 농축계수인 약 6과 큰 차이를 보였다. Cho and Lee(2012)의 연구와 본 연 구는 농축계수를 계산함에 있어 입도에 의한 영향을 보정하 기 위한 원소로서 각각 Al, Fe을 사용하여 차이를 보이지만, 본 연구해역에서 Al, Fe은 모두 만 주변의 오염원으로부터의 유입에 관계없이 입도와 상관성을 가지며 만 전반적으로 상 호간에 일정한 비율을 보이기 때문에(Cho and Lee, 2012) Al 또는 Fe 중 어느 원소를 사용하던지 간에 농축계수 값은 큰 차이를 보이지 않을 것으로 생각된다. 따라서 이전의 연구 보다 매우 높은 고현만에서의 Cu의 농축계수는 과거에 비해 진해만 내 고현만에서 Cu의 농축이 활발해졌고, 이로 인한 퇴적물 오염이 가중되고 있는 실정을 시사하는 것으로 판단 된다. 진해만 해역 내 마산만은 해양오염방지법에 근거하여 특별관리해역으로 지정된 후, 해역의 환경 개선을 위해 연 안오염총량제와 같은 노력이 꾸준히 시행되고 있다. 그러나 고현만의 경우 특별관리해역의 범위에 포함되지 않으므로 상대적으로 마산만에 비해 수질 및 퇴적 환경의 오염이 더 악화될 가능성이 있다. 그러므로 진해만 내 마산만 뿐만 고 현만 해역에 대해서도 오염원에 대한 적절한 관리 및 규제 가 필요할 것으로 판단된다.

4.결 론

2013년 8월 진해만 표층 퇴적물을 채취하여 미량금속(As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn)의 분포 및 오염도에 대해 분석하였다. 진해만 퇴적물 중 미량금속은 공간적 분포 특 성에 따라 크게 두가지 유형으로 분류되었다. 하나는 만 전 반에 걸쳐 균질한 분포를 나타내는 원소이고, 다른 하나는 국지적으로 높은 농도를 나타내는 원소이다. 전자에 속한 원소는 Co, Cr, Fe로 이들의 분포는 입도에 따라 조절되는 것 으로 파악되었다. 진해만 퇴적물은 대체로 세립하고 입도조 성이 공간적으로 큰 차이를 나타내지 않기 때문에, 이러한 특성이 반영된 분포로 판단된다. 반면, 후자에 속한 원소는 As, Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Zn으로 모두 입도와 상관성을 보이 지 않아 다른 요인의 영향을 받는 것으로 예측되었다. 이중 Mn은 만 내부와 외부 간 해수 교환이 일어나는 해역에서 높 은 농도 분포를 보여 퇴적물의 산화환원환경에 따른 속성작 용의 영향 때문인 것으로 파악되었다. 반면, As, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn은 대체로 마산만을 포함한 만 북쪽, 북쪽의 창포만, 그리고 남동쪽의 고현만 주변과 같은 오염활동이 활발한 해 역에서 높은 농도를 보여, 인위적인 공급에 의해 국지적으 로 축적된 것으로 파악되었다. 미량금속 중 As, Cd, Cr, Hg, Pb의 농도를 국내 해양 퇴적물 환경기준과 비교한 결과, As 와 Cr의 농도는 전 해역에서 주의기준을 초과하지 않은 반 면, Cd, Hg, Pb의 농도는 모두 만의 북쪽인 마산만 주변에서 주의기준을 초과하였다. 농축계수와 농집지수를 이용한 미 량금속 오염평가 결과, As, Mn, Zn은 비교적 농축정도가 크 지 않아 우려할만한 수준의 오염을 보이지 않았다. 하지만 Cd, Hg, Pb은 마산만을 포함한 만의 북쪽, Cu는 만 남동쪽의 고현만에서 가장 활발한 농축을 보였으며, 약간 또는 강한 단계에 직면한 수준의 오염을 나타냈다. 각 원소가 상대적 으로 활발히 농축된 해역을 제외한 나머지 해역에서는 대체 로 우려할 만한 수준의 오염을 보이진 않았으나, 만 서쪽과 남동쪽의 일부 해역에서 Cd이 약간의 오염 수준을 보이므로 주의가 필요할 것으로 판단된다. 진해만 퇴적물 중 미량금 속의 분포 및 오염 수준을 과거(15년 전)와 비교 시, 가장 급 격하고 뚜렷한 변화는 만 남동쪽의 고현만에서 Cu의 농도가 매우 증가하였고 오염 수준이 비교적 강하게 나타난 것이 다. 따라서 진해만 내 마산만과 더불어 고현만에 대해서도 오염원에 대한 적절한 관리 및 규제가 필요할 것으로 판단 된다.