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미생물이 만드는 해저 광물

전문가 제언: ○ 바닷물에는 극히 적은 농도로 들어 있는 원소들이 해저 광물들에 많이 들어 있다는 사실은 매우 신기한 일이다. 예를 들면, 해수에는 망간이나 철이 극히 낮은 농도(~0.0004?)로 들어 있지만, 망간 단괴나 코발트풍부지각에는 무려 30% 이상 들어 있다. 해저 망간 단괴의 경우 그 양이 3×1011톤 이상이 되는 것으로 추정된다.

○ 해저 광물이 생성되는 과정은 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 생물학적인 단계로서 해양미생물이 자기 세포 표면에 만드는 유기물질 막과 해수의 무기물질과의 반응으로 시작된다. 두 번째 단계는 물리적 또는 화학적인 방식으로 미생물 외피의 유기물질(단백질, 다당류 또는 당단백질)을 따라 해수에 들어 있던 광물질들이 차곡차곡 쌓여서 무기물 ‘폴리머’ 즉, 해저 광물이 만들어진다.

○ 망간 단괴는 철과 망간 층이 번갈아 가면서 쌓이는 방식으로 커진다. 단괴는 산소가 풍부한 바닥(ORZ: Oxygen-Rich bottom Zone)에서 자라는데 철 이온은 주로 산화된 Fe(OH)3로 존재하여 양전하를 띠게 되며, 망간은 MnO2·nH2O로 존재하여 음전하를 띤다. 단괴의 망간 층에서는 미생물이 발견되고, 철 층에서는 미생물이 발견되지 않는다. Mn(II)은 미생물에 의해서 Mn(IV)로 산화되며, Fe(II)은 미생물 아닌 작용으로 Fe(III)로 산화되어 동반 침전이 진행된다.

○ 코발트 광물화는 산소가 부족한 상층부(OMZ: upper Oxygen-Minimum Zone)와 산소가 풍부한 심해(ORZ: lower Oxygen-Rich Zone) 사이의 해산에서 일어난다. 남극으로부터 흘러들어오는 차가운 ORZ에는 OMZ 층보다 더 산화된 형태인 Mn(IV)로 존재하고, OMZ 층에는 덜 산화된 형태인Mn(II)로 존재한다. ORZ와 OMZ이 서로 섞이는 층에서 중간체인 콜로이드 상태를 거쳐 Mn-oxyhydroxides와 Fe-hydroxides가 단단한 바위 표면에 먼저 흡착되고, 그 다음부터는 자동 촉매작용 방식으로 광석화가 진행되어 납, 티타늄, 탈륨(Tl), 세륨(Ce) 등이 섞인 코발트가 풍부하게 들어 있는 해저 지각이 형성된다.

저자: Xiaohong Wang and Werner E.G. Muller
자료유형: 학술정보