1. 서론

남극 북빅토리아랜드는 윌슨 지괴(Wilson Terrane), 바워스 지괴(Bowers Terrane), 로버트슨베이 지괴(Robertson Bay Terrane)로 구성된다(Fig. 1A, B) (Goodge, 2020; Kleinschmidt and Tessensohn, 1987; Tessensohn and Henjes-Kunst, 2005). 이들 지괴는 고생대 로스조산운동(Ross Orogeny) 과정에서 하나로 병치되어 현재에 이르게 된 것이다(Rocchi et al., 2009; 2011; Yi et al., 2020). 윌슨 지괴는 로스조산운동 당시 대륙 연변부에 해당하며 세 지괴 중 가장 오래된 연령을 보여준다. 윌슨 지괴의 기반암은 윌슨 변성암 복합체(Wilson Metamorphic Complex)와 그래닛하버 관입암류(Granite Habour Intrusives)로 구성된다(GANOVEX Team, 1987; Goodge, 2020). 윌슨 변성암 복합체는 로스조산운동 과정에서 형성된 다양한 등급의 변성암류(편암류, 편마암류, 혼성암류)로 구성된다(GANOVEX Team, 1987; Musumeci and Pertusati, 2000; Rocchi et al., 2004). 그래닛하버 관입암류는 로스조산운동의 결과물로써 윌슨 변성암 복합체를 관입하고, 반려암류에서 화강암류에 이르기까지 다양한 종류의 관입암으로 구성된다(Bomparola and Ghezzo, 2007; Rocchi et al., 2009; 2011). 테라노바만(Terra Nova Bay) 지역은 윌슨 지괴의 내륙에 위치하고 윌슨 변성암 복합체와 이를 관입하는 테라노바 관입암 복합체(Terra Nova Intrusive Complex, TNIC)로 구성된다(Fig. 1C) (Kim et al., 2021; Rocchi et al., 2004). TNIC는 그래닛하버 관입암류의 지역 명칭에 해당한다. TNIC에서는 530 Ma에서 470 Ma에 이르기까지 로스조산운동의 다양한 화성연령이 보고되고 있다. 하지만 일부 암체에 대해서는 정밀한 저어콘 U-Pb 연령이 존재하지 않고 TNIC를 구성하는 다양한 암체의 형성 순서에 대해서도 이견이 존재한다(Chen et al., 2019; Kim et al., 2021; Rocchi et al., 2004). 이 연구에서는 TNIC 구성 암석 중 형성 연령이 불분명했던 5개의 암체에 대한 고분해능 이차이온 질량분석기(sensitive high-resolution ion microprobe, SHRIMP) 저어콘 U-Pb 연령과 위치 자료를 제시하였고 테라노바만을 구성하는 TNIC 대표 화성암에 대한 연령 자료를 요약하였으며 각 화성암체의 범위와 형성 순서를 지질도로 제시하였다. 테라노바만에는 대한민국, 이탈리아, 독일, 중국 과학기지가 위치한다(Fig. 1C). 이 연구의 데이터는 4개국 지질학자뿐만 아니라 남극 지질 및 곤드와나 초대륙 형성 및 분리에 관심이 있는 모든 이에게 유용한 자료가 될 것이다.

2. TNIC

TNIC는 윌슨 변성암 복합체를 관입한다. TNIC는 컨퓨젼 관입암 유닛(Confusion Intrusive Unit), 베지테이션 관입암 유닛(Vegetation Intrusive Unit), 브라우닝 관입암 유닛(Browning Intrusive Unit), 애봇 관입암 유닛(Abbott Intrusive Unit), 캠벨 관입암 유닛(Campbell Intrusive Unit)의 다섯 개의 관입암 유닛과 인익스프레서블 정편마암(Inexpressible Orthogneiss), 러셀 반려암(Russell Gabbro), 인익스프레서블 섬장암(Inexpressible Syenite)의 단일 관입체들로 구성된다(Fig. 1C) (Kim et al., 2021; Rocchi et al., 2004). 각 관입암 유닛은 형성 시기가 비슷하고 지리적으로 인접한 반려암류, 섬록암류, 화강암류 등으로 구성된다. 야외에서는 각 관입암 유닛 내 암체들 간의 마그마 균질/불균질 혼합(magma mixing and mingling) 양상이 뚜렷하게 인지된다. TNIC 북부 유닛(브라우닝 관입암 유닛, 캠벨 관입암 유닛)에 대한 연령 자료(약 500-470 Ma)는 최근의 대한민국 극지연구소 자료로 확인되나(Kim et al., 2021) 중남부 유닛(컨퓨젼 관입암 유닛, 베지테이션 관입암 유닛, 애봇 관입암 유닛)에 대한 연령은 불명확한 상태로 남아 있었다. 기존 연구와 이번 연구 결과의 결합은 TNIC 중남부 지역의 관입암 유닛과 개별 관입암체들의 화성연령이 530-485 Ma의 범위를 보이는 것을 확인시켜 준다(Chen et al., 2019; Rocchi et al., 2004). Rocchi et al. (2004)은 컨퓨젼 관입암 유닛이 토날라이트, 몬조나이트, 화강섬록암 및 러셀 반려암으로 구성되는 것으로 규정하였지만 이 연구에서 러셀 반려암은 컨퓨젼 관입암 유닛보다 젊은 별개의 관입암체로 확인되었다.

3. 데이터 개요

암석시료는 대한민국 극지연구소의 2021년 정기 하계 탐사를 통해 획득하였고, TNIC 중남부 지역의 화성암체들로 구성된다. 연구 데이터는 5개 화성암(컨퓨젼 토날라이트, 베지테이션 화강암, 베지테이션 몬조섬록암, 애봇 섬록암, 러셀 반려암) 시료에 대한 저어콘 U-Pb 절대 연령 자료로써 한국기초과학지원연구원의 SHRIMP IIe를 사용하여 획득되었다. 분석 절차는 Williams (1998)와 Ireland and Williams (2003)의 방법을 따랐고, 기타 분석 조건 및 원시 데이터 처리는 Yi et al. (2020)에 언급된 내용과 동일하다. 저어콘 표준 물질로는 SL13 (U=238 ppm)과 FC1 (1,099 Ma)이 사용되었다. 획득된 자료는 대한민국 극지데이터센터(Korea Polar Data Center, KPDC)를 통해 공개되었다.

4. 결과 및 토의

4.1 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 분석

SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 분석은 5개 암석 시료에 대해서 시행되었다. 분석 결과(가중 평균 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대)는 Table 1과 같이 요약되었다. 컨퓨젼 관입암 유닛은 토날라이트, 몬조나이트, 화강섬록암으로 구성된다. 이 중 컨퓨젼 토날라이트(SB211108-4A)의 화성연령은 520.8±3.0 Ma (n=12; MSWD=1.11)로 확인된다(Fig. 2A). 베지테이션 관입암 유닛은 몬조섬록암, 석영 몬조나이트, 화강암으로 구성된다. 이 중 베지테이션 화강암(SB211112-9A)의 화성연령은 505.9±2.7 Ma (n=9; MSWD=0.63)로 확인된다(Fig. 2B). 하지만 동일 위치에서 베지테이션 화강암(SB211112-9A)과 마그마 불균질 혼합의 양상을 보이는 베지테이션 몬조섬록암 (SB211112-9C)에서는 다소 젊은 화성연령 499.0±2.2 Ma (n=16; MSWD=1.00)이 확인된다(Fig. 2C). 애봇 관입암 유닛은 반려암–섬록암, 화강섬록암, 화강암, 포크 몬조화강암(Fork Monzogranite)으로 구성된다(Rocchi et al., 2004). 이 중 애봇 섬록암(SB211115-5)의 화성연령은 483.1±3.3 Ma (n=13; MSWD=0.53)로 확인된다(Fig. 2D). 러셀 반려암은 컨퓨젼 관입암 유닛을 관입한다. 러셀 반려암(SB211108-10)의 화성연령은 501.0±2.5 Ma (n=14; MSWD=0.52)로 확인된다(Fig. 2E).

4.2 TNIC 지질 연대

TNIC는 윌슨 변성암 복합체를 기준으로 북부 암체와 중남부 암체로 나누어 볼 수 있다(Fig. 1C). 북부 암체는 캠벨 관입암 유닛(약 480-470 Ma)과 브라우닝 관입암 유닛(약 500 Ma)으로 구성된다(Kim et al., 2021). 이들의 화성연령은 약 500 Ma에서 470 Ma로 중남부 암체에 비해 다소 젊은 연령을 보여준다.

이 연구의 결과와 기존 연구 결과를 종합하면 TNIC 중남부 암체는 애봇 관입암 유닛(약 485 Ma), 컨퓨젼 관입암 유닛(520-515 Ma), 러셀 반려암(501±3 Ma), 베지테이션 관입암 유닛(약 500 Ma), 인익스프레서블 정편마암(517±22 Ma), 인익스프레서블 섬장암(486±6 Ma)으로 구분된다(Fig. 1C). Rocchi et al. (2004)은 애봇 관입암 유닛의 애봇 화강암으로부터 저어콘 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 연령(495±4 Ma)을 얻었다. 하지만 이들의 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 연령은 Tera-Wasserburg 일치곡선으로부터 일치도가 낮다. 이들의 자료를 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대로 계산하면 483±4 Ma에 해당하고 이 연구가 제시하는 애봇 섬록암(SB211115-5)의 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 연대(483±3 Ma)와 잘 일치한다(Fig. 2D). 따라서 애봇 관입암 유닛의 형성 연대는 약 485 Ma로 추정될 수 있다. 컨퓨젼 관입암 유닛에서는 컨퓨젼 토날라이트의 연령이 526-513 Ma 또는 514±3 Ma로 제시된 바 있다(Rocchi et al., 2004). 이 연구에서 컨퓨젼 토날라이트(SB211108-4A)의 연령은 521±3 Ma로 확인된다(Fig. 2A). 따라서 컨퓨젼 토날라이트를 포함하는 컨퓨젼 관입암 유닛의 형성 연령은 520-515 Ma로 보는 것이 합당하다. 러셀 반려암은 Rocchi et al. (2004)에 의하여 컨퓨젼 관입암 유닛에 포함된 암체로 기재되었다. 하지만 이번 연구의 결과는 러셀 반려암(SB211108-10)의 화성연령이 501±3 Ma에 해당하고 러셀 반려암이 컨퓨젼 관입암 유닛보다 후기에 형성되었음을 확인시켜준다(Fig. 2E). 베지테이션 관입암 유닛에 대한 U-Pb 연대 자료는 존재하지 않았다. Di Vincenzo and Rocchi (1999)는 베지테이션 화강암에 대한 전암-백운모 Rb-Sr 연령으로 475±5 Ma를 제시한 바 있다. 이 연구는 베지테이션 관입암 유닛을 구성하는 화강암-석영몬조나이트-몬조섬록암 마그마 균질/불균질 혼합체로부터 화강암(SB211112-9A)과 몬조섬록암(SB211112-9C)의 저어콘 U-Pb 연령을 획득하였다. 이들의 연령은 각각 506±3 Ma와 499±2 Ma로 확인된다(Fig. 2B, C). 따라서 베지테이션 관입암 유닛의 형성 연령은 약 500 Ma로 해석될 수 있다. Di Vincenzo and Rocchi (1999)가 제시한 Rb-Sr 연대(475±5 Ma)는 베지테이션 화강암의 고화 이후 냉각 과정에서의 연령으로 판단된다. 인익스프레서블 정편마암은 TNIC에서 가장 오래된 암체로 판단된다. 이 암체의 저어콘 U-Pb 화성연령은 517±22 Ma로 제시되었다(Rocchi et al., 2004). TNIC 최남단으로 인익스프레서블 섬정암이 나타난다. 이 암체의 저어콘 U-Pb 화성연령은 486±6 Ma로 제시되었다(Chen et al., 2019). 이로써 TNIC 중남부 암체에 대한 화성연령의 불확실성은 이번 연구를 통해 상당 부분 해소되었다.

5. 결론

남극 북빅토리아랜드 TNIC 중남부 지역의 5개 암체에 대한 SHRIMP 저어콘 U-Pb 연대 분석을 실시하고 그 결과를 데이터베이스화 하였다. 연대 분석 결과와 기존에 발표된 결과를 종합하면 컨퓨젼 관입암 유닛은 520-515 Ma에 형성되었고, 러셀 반려암은 501±3 Ma에 컨퓨젼 관입암 유닛을 관입하였다. 비슷한 시기(약 500 Ma)에 베지테이션 관입암 유닛이 형성되었고 이후 약 485 Ma에 애봇 관입암 유닛이 형성되었다.

Notes

Acknowledgement

The fieldwork for this study was supported by Hankyu Yoo, Young Ho Lee, and Jaemin Jeon (Outward Bound Korea). The authors would like to thank Professor Taehwan Kim for his assistance with the field research, as well as Jong Ik Lee and Seunghee Han of the Korea Polar Research Institute for their help in conducting the Antarctic research program and organizing the data. We also extend our gratitude to Shinae Lee of the Korea Basic Science Institute for her assistance with zircon age dating. Finally, the authors thank Editor-in-Chief Kidong Kim and the reviewers for their valuable suggestions for revising the manuscript and enhancing its content.

Conflict of Interest

On behalf of all authors, the corresponding author states that there is no conflict of interest.

Funding Information

This work was supported by the Korea Polar Research Institute grant (PE25050) funded by the Korea government.

Data Availability Statement

The data that support the findings of this study are openly available in KPDC at https://dx.doi.org/doi:10.22663/KOPRIKPDC-00002171, https://dx.doi.org/doi:10.22663/KOPRIKPDC-00002172, https://dx.doi.org/doi:10.22663/KOPRIKPDC-00002733, and https://dx.doi.org/doi:10.22663/KOPRIKPDC-00002734.

Fig. 1.

Maps showing (A) the location of northern Victoria Land (NVL) in Antarctica and (B) terranes comprising NVL: Wilson Terrane (WT), Bowers Terrane (BT), and Robertson Bay Terrane (RBT) (modified from Pertusati et al., 2012). (C) Geological map of the TNIC intruding the Wilson Metamorphic Complex (modified from Kim et al., 2021; Rocchi et al., 2004). Four spots indicate the sampling locations for age dating in this study. Reference age data are taken from [1] Rocchi et al., 2004, [2] Chen et al., 2019, and [3] Kim et al., 2021. KOR, South Korea; GER, Germany; ITA, Italy; CHN, China.

Fig. 2.

Tera-Wasserburg concordia diagrams and weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of intrusive rocks from the TNIC. (A) Confusion Tonalite (SB211108-4A). (B) Vegetation Granite (SB211112-9A). (C) Vegetation Monzodiorite (SB211112-9C). (D) Abbott Diorite (SB211115-5). (E) Russell Gabbro (SB211108-10). Error ellipses represent 1σ, while the uncertainties of the weighted mean ages are based on 2σ error.

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Appendix

Figure & Data

References

Citations

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