Safety assessments for geological disposal systems extend over tens of thousands of years, taking into account the radiotoxicity decay period of spent nuclear fuel. During this extensive period, the biosphere experiences multiple glacial cycles, and fluctuations in seawater amounts, attributed to the formation and melting of glaciers, lead to global sea level changes known as eustacy. These sea level changes can directly influence the land-sea interface and groundwater flow dynamics, consequently affecting the pathways of radionuclide transport - an essential element of dose assessment. Therefore, this study aims to investigate how glacial cycles and sea level changes impact radionuclide transport within geological disposal systems, especially in the biosphere. To achieve this objective, we obtained climate evolution data including sea level changes for the Korean Peninsula over a 200,000-years, simulated by a General Circulation Model (GCM). These data were then employed to predict site and hydrology evolutions. The study site was conceptualized biosphere of Artificial Disposal System (ADioS), and we utilized the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to simulate hydrological evolution. These datasets, encompassing climate, site, and hydrology evolution, were collectively employed as inputs for the biosphere module of Adaptive Process-Based Total System Performance Assessment Framework (APro). Subsequently, the APro’s biosphere module calculated radionuclide transport in groundwater flow and its release into surface water bodies, considering the influences of glacial cycles and sea level changes. The results show that hydrologic changes due to sea level change are relatively minor, while the impact of sea level change on groundwater flow and discharge is significant. Additionally, we identified that among the water bodies within ADioS, including rivers, lakes, and oceans, the ocean exhibits the most substantial radionuclide outflow throughout the entire period. The spatiotemporal distributions of radionuclides computed within APro will be further processed into a grid format and used as input for the dose assessment module. Through this study, it was possible to determine the impact of long-term glacial cycles and sea level changes on radionuclide transport. Additionally, this module can serve as a valuable tool for providing the spatiotemporal variability of radionuclides required for enhanced dose assessments.

국립해양조사원 39개소 조위관측소의 후빙기조륙운동(Glacial Isostatic Adjustment, GIA)에 의한 지각변동 속도를 ICE-3G와 ICE-5G 모델로 예측하였다. 또한 위도 32˚-38.5˚N, 경도 124˚-132˚E 범위의 한반도 지역을 0.5˚×0.5˚ 격자로 분할하고 각 격자점에서의 GIA 지각변동 속도를 계산하였다. 그 결과 ICE-3G 모델의 경우 한반도 GIA 수직 지각변동은 평균 0.33 mm/yr이고, ICE-5G 모델의 경우 평균 1.21 mm/yr의 속도로 지각변위가 발생하는 것으로 나타났다. 최신 Ice model인 ICE-5G 모델을 사용할 경우 한반도에서도 약 1 mm/yr 이상의 비교적 높은 GIA 수직 지각변동이 발생하므로 절대해수면 변동을 산정하기 위해서 GIA에 의한 수직변위를 보정해야 함을 확인하였다. 따라서 국립해양조사원에서 제공하는 13개 조위관측소의 상대해수면 변동률에서 ICE-5G 모델에 의한 GIA 지각변동 속도를 보정하여 절대해수면 변동률을 결정하였다. 절대해수면 상승속도를 분석한 결과 GIA 지각변동 속도를 보정한 절대해수면 변동률은 한반도 해역에서 평균 5.04 mm/yr의 상승속도를 나타냈으며, 제주 해역은 평균 8.84 mm/yr로 다른 해역보다 높은 이상 상승률을 나타냈다.

한국 남해해역의 최종빙하기 이후 해수면변화 및 시간평균화 현상을 파악하기 위하여 남동대륙붕 19개 정점, 서남해역 5개 정점에서 산출하는 패류유해 중 우점종 및 특징종 42개체에 대해 14C연대측정을 행하였다. 측정결과 동일 정점 내에서 시간평균화(Time-averaging) 현상이 나타나며 최대 11,939년까지 연대차이가 있었다. 그리고 최종빙하기 이후 남해해역에서의 해수면은 약 15,000년 전 최종빙하기시 해수면이 현재 해수면보다 약 150~160 m 하강하였으며, 이후 약 9,000년까지 해수면이 약 60m로 급격히 상승하였다. 그리고 이후 약 4,000~5,000년까지 수심 약 50~60 m에서 안정적이었으며, 3,000~4,000년 사이 또 한번의 급한 해수면 상승으로 수심이 현재 해수면보다10~20 m 낮아졌으며, 이후 현재에 이르는 것으로 생각된다.

During the last glacial–interglacial transition, there were multiple intense climatic events such as the Bølling–Allerød warming and Younger Dryas cooling. These events show abrupt and rapid climatic changes. In this study, the climate events and cycles during this interval are examined through wavelet analysis of Arctic and Antarctic ice-core 18O and tropical marine 14C records. The results show that periods of ~1383–1402, ~1029–1043, ~726–736, ~441–497 and ~202–247 years are dominant in the Arctic region, whereas periods of ~1480, ~765, ~518, ~311, and ~207 years are detected in the Antarctic TALDICE. In addition, cycles of ~1019, ~515, and ~209 years are distinct in the tropical region. Among these variations, the de Vries cycle of ~202–209 years, correlated with variations in solar activity, was detected globally. In particularly, this cycle shows a strong signal in the Antarctic between about 13,000 and 10,500 yr before present (BP). In contrast, the Eddy cycle of ~1019–1043 years was prominent in Greenland and the tropical region, but was not detected in the Antarctic TALDICE records. Instead, these records showed that the Heinrich cycle of ~1480 year was very strong and significant throughout the last glacial–interglacial interval.

Centennial- to millennial-scale climate change since the last glacial needs to be revealed to improve the overall predictability of future environmental change. Special attention has been paid to short-term climate oscillations because they usually occurred rapidly enough to cause noticeable change in the average expected lifespan of human. Recently, short-term climate change during the late last glacial was successfully reconstructed from Hanon maar paleolake in Jeju island. In this study, centennial- to millennial-scale climate signals transferred via atmospheric teleconnection were detected for the first time in South Korea. Possible future presence of abrupt climate shifts such as Younger Dryas or 8.2 ka event would not seriously influence the Korean peninsula, especially not Jeju island, due to the Kuroshio warm currents. The study of climate variabilities in Korea could provide essential paleoclimatic information for the entire East Asian monsoon region since the climate of the Korean peninsula is driven significantly by coupled land-atmosphere-ocean dynamics.

베링해 알류샨 분지의 북부 사면지역에서 채취된 피스톤 코아 PC25A의 퇴적물에서 점토광물의 반정량적 함량 분석을 통해 지난 마지막 빙하기 동안 퇴적물의 기원지와 운송 경로의 변화를 살펴보았다. 코아 PC25A의 연대는 방산충 L. nipponica sakaii의 마지막 출현 시기(48.6±2 ka)와 인근 지역에서 채취한 연대가 잘 정립된 코아 PC23A의 퇴적물 색도(a*, b*) 및 퇴적 엽리층의 대비를 통해 설정되었다. 코아 PC25A의 최하단부가 약 57,600년 전으로 계산되었고, 코아 상부는 손실된 것으로 판단된다. 지난 마지막 빙하기 동안 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트, 녹니석의 평균 함량은 각각 11% (5~24%), 47% (36~58%), 13% (9~19%), 29% (21~40%)이다. 코아 PC25A의 인근 지역에서 채취한 코아 MC24에서 분석된 홀로세의 점토광물 함량에 비하여 마지막 빙하기동안에 특징적으로 일라이트 함량이 증가하였고 스멕타이트 함량은 감소하였다. 따뜻한 기후의 홀로세 전기(Early Holocene) 동안 일라이트 함량이 높은 점토 퇴적물이 알라스카 대륙의 북부 지역(Province 1)으로부터 유입되는 융빙수에 의해 운반된 것으로 판단된다. MIS 2의 후빙기(BΦlling-AllΦrod)동안에도 융빙수에 의해 점토광물이 운반되었으나, 일라이트 함량이 홀로 세 전기에 비해 낮기 때문에 북쪽의 Province 1보다는 남쪽에 위치한 Province 2와 Province 3에서 점토입자들이 기원된 것으로 해석된다. 마지막 최대 빙하기(Last Glacial Maximum)동안 나타나는 높은 스멕타이트 함량은 베링해 남동쪽 알라스카 반도 인근 지역(Province 4)에서 공급되는 점토 퇴적물의 양이 증가하였기 때문으로 보인다. MIS 3 초기에서 중기로 가면서 일라이트와 스멕타이트 함량이 감소하고, 녹니석의 함량은 증가하였다. MIS 3 동안 해수면이 낮아지면서 Province 2와 Province 3에서 점토 퇴적물의 공급이 증가한 것으로 보인다. 베링해 알류산 분지의 북부 사면지역에서 채취된 코아 PC25A에서 분석된 점토광물 조성의 변화는 마지막 빙하기동안 해수면의 하강으로 인하여 점토광물의 이동과 관련된 베링해의 표층 해류 순환이 현재와는 다른 양상으로 변화되었기 때문이다.