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2017년 11월 22일 수요일

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독도와 동해 인근해저의 광물자원


동해와 독도 인근해저의 광물자원

세계적으로 가까운 장래에 다가올 화석에너지 자원(석유·천연가스 등)의 고갈에 대비해 선진 각국은 자국의 배타적 경제수역(EEZ) 내에서 신자원 개발에 박차를 가하고 있다. 그 중 중요한 비재래식 미래형 에너지자원인 메탄수화물은 메탄이나 에탄 등 저분자가스가 어떤 온도·압력조건하에서 물분자와 결합해 형성되는 결빙상태의 고체물질로, 메탄수화물 1㎥에는 메탄가스가 164ℓ가 농축되어 있으며, 특히 심해환경 같은 고압 하에서는 0℃ 이상의 온도에서도 안정하게 존재하는 것이 특징이다. 또한 메탄수화물층의 투과성은 현저히 낮기 때문에 덮개암의 역할을 하여 그 하부에 유리(游離)가스의 저류층이 존재 가능한 것도 주목할 만한 일이다.

메탄수화물의 기원은 두 가지로 설명될 수 있는데, 첫 번째는 해저 미생물의 발효에 의해 발생되는 생물분해 기원과, 두번째는 가스와 생물의 유해가 지층 속에서 열과 압력을 받아 발생되는 열분해 기원이다. 전세계적으로 메탄수화물이 부존된 지역에서 심해 시추자료에 의해 확인된 천연가스 수화물의 대부분은 생물분해에 의해 형성되는데, 이는 박테리아가 생물의 유해를 분해시키고 메탄가스를 분비해 물분자와 결합하여 수화물을 형성하게 되는 것이다. 따라서 유기물의 유해가 풍부하고 이들 물질이 산화되기 전에 빠른 퇴적작용이 일어나는 환경에서 메탄수화물의 생성이 용이하다.

메탄수화물은 95% 이상이 메탄으로 이루어져 열량이 우수하며 연소시 천연가스와 알코올보다도 적은 이산화탄소의 발생으로 다른 화석연료에 비해 공해를 크게 감소시키는 효과가 있다. 예를 들면 단위칼로리당 발생하는 이산화탄소의 양을 천연가스가1이라할 때 석유는1.4배, 석탄은 2배 발생시킨다.

독도주변 수역의 미래형 광물자원 메탄수화물

메탄수화물의 존재는 이미 100년 전 프랑스에서 실험실적으로 알려졌지만, 자연상태에서 발견된 것은 1930년대에 천연가스 생산파이프가 막히는 원인의 물질이 메탄수화물이란 것을 알았고, 1967년에는 시베리아의 동토대에서 채취 확인했다. 지금까지 밝혀진 세계의 총매장량은 약 1,650조㎥으로, 이는 재래형 천연가스의 확인 매장량 138조㎥의 12배에 해당되는 양이다. 수화물의 분포는 일반적으로 석유나 천연가스와 달리 덮개암 없이도 집적이 가능하므로 매우 다양한 형태로 나타난다. 특히 심해저 메탄수화물의 경우 일반적으로 심해저 천부층에서도 존재하기 때문에 전세계적으로 매우 광범위하게 분포하고 있다.

우리나라 동해에서 메탄수화물의 존재는 1992년 동해에서 실시한 한국�러시아 국제공동지구물리 탐사를 통해 러시아의 오호츠크해와 유사한 지질구조 특성과 함께 그 존재 가능성이 처음으로 확인되었으며, 일본 주변해역에서도 막대한 양의 메탄수화물이 매장돼 있음이 확인되었다. 동해의 울릉분지 주변해역은 해저수온이 0~1℃, 지온구배는 37~39℃/km, 해양퇴적물의 열수치는 2.35HFU(Heat Flow Unit)이고, 코아 퇴적물로부터 측정된 평균 유기탄소 함유량은 2~3%로 충분히 메탄을 함유하고 있으므로 메탄수화물의 부존이 가능한 환경이다. 또한 간접적인 지질학적 증거로 울릉분지의 퇴적물을 불안정하게 하는 해저사태의 원인이 해저지진 이외에 메탄수화물의 방출에 의한 것으로 추정하고 있다.

현재 우리나라의 메탄수화물 자원 탐사능력은 탐사전문가, 탐사장비의 대부분이 확보되어 국내 기술수준에 의한 탐사가 가능하게 됐다. 그러나 현재 실질적이고 체계적인 정밀연구가 미흡한 실정이다. 그러므로 에너지자원이 빈약한 우리나라에서는 시급히 메탄수화물에 대한 각 분야 전문가팀을 구성해 선진국에서 유출을 꺼리는 자료의 확보는 물론, 미국, 러시아, 일본 등과 연계해 체계적인 연구활동을 벌임으로써 우리 자체의 기술수준을 향상시키고 탐사·검층·회수·생산기술을 확보해 21세기 미래형 신자원확보에 총력을 펼쳐야 할 것이다.

독도 주변수역의 인산염 광물자원

인산염 광물은 대부분 인산비료의 제조나 합성세제, 도금표면 처리제, 가축사료 제조 등 다양하게 이용되고 있다. 우리나라는 육상에서 인광석이 산출되지 않아 전량을 해외에 의존하고 있다. 세계적으로 인광석의 산출지는 매우 드물어 상업개발이 가능한 인광의 91%가 모로코, 미국, 러시아, 남아공에 편중돼 있다. 인산염암은 P2O5가 20% 이상 함유된 암석으로, 성인과 산상에 따라서 다양하게 나타난다.

인산염암은 성인에 의해 퇴적기원 및 화성기원 인산염암, 구아노로 구분된다. 퇴적기원의 인산염암은 원양성 퇴적물이 주로 공급되는 용승해역에서 일차적으로 형성된 것과, 다양한 기원의 쇄설성 퇴적물이 퇴적된 이후에 공극수 내에 용존된 인산염에 의해 이차적으로 형성된 것으로 구분된다. 전세계 인산염암 생산의 75%는 해양퇴적 기원의 광상에서 산출되고 있다. 화성기원의 인산염암은 관입암체, 열수암맥, 페그마타이트 내에서 배태된 것이다. 구아노는 해양생물 또는 박쥐 등의 생물체들의 배설물에 의해서 형성된 인산염암으로, 전체 인산염암의 1% 정도를 차지한다.

동해의 인산염암은 대부분 해저화산, 해저산, 해양대지, 대륙붕에 인접한 대륙사면 등에서 발견됐다. 동해에 부존된 인산염암은 그 대부분이 초기 마이오세의 자갈, 사암, 규조암 등의 인회석화 작용에 의해 생성됐고, 그 중 일부는 후기 마이오세의 탄산염 연니와 점토�규조 연니에 의한 것으로 해석됐다.

독도 북쪽의 한국대지 사면에는 초기~후기 마이오세의 퇴적층이 해저면에 노출돼 있으며,이 퇴적층의 일부 구간에서 인회석화 작용을 받은 것으로 추정된다. 이 인산염암의 P2O5함량은 약 30%에 이르러 경제적 가치가 충분히 있는 것으로 평가된다. 이곳에는 층상으로 형성된 인산염암의 두께가 약20m에 이르는 것으로 보고됐다. 인회석을 포함한 인산염암은 이암에 포함된 우라늄 함량보다 약 30배 이상 높은 우라늄(120ppm)과, 비록 채취지역에 따라 함량의 차이가 크지만 바나듐(17~300ppm) 등을 함유하고 있어 개발가치가 큰 암석이다. 그럼에도 불구하고 한국대지에 형성된 인산염암의 부존상태 및 부존량 등에 대한 자세한 정보는 아직까지 미미한 상태이다. 따라서 독도 북부 한국대지는 물론 인근 수역에 존재하는 해저산이나 대륙사면의 노출 퇴적암층에 부존 가능한 해저 유용 광물자원에 대한 정밀연구는 경제적인 측면뿐만 아니라고 해양학적인 학술적 측면에서도 중요하다.



맺으면서

세계는 21세기에 들어와 화석에너지 자원의 고갈과 환경오염 및 지구 기후변화 등 여러 가지 어려움에 직면하고 있지만, 현재 에너지자원 측면에서는 기존 화석에너지 자원을 대체할 만한 획기적인 에너지원을 개발하지 못하고 있는 실정이다. 환경적인 측면에서도 화석에너지 사용에 따른 환경오염과 지구온난화가 날로 심각해지고 있다.

이러한 시점에서 선진 각국들이 메탄수화물에 대한 연구 및 개발을 서두르는 이유는 바로 위에서 언급한 두 가지 측면을 해결할 수 있다는 데 있다. 따라서 우리나라도 시급히 메탄수화물자원은 물론 독도 인근수역에 부존 가능한 유용해저광물자원인 인산염암 등의 개발에 박차를 가해 해저 광물자원의 확보뿐만 아니라 지구환경의 보전 측면에서도 획기적인 전기를 마련해야 할 것이다.

석봉출 / 한국해양연구원 책임연구원


 

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