강원도 지역 탄산수와 암석간의 반응에 의한 용존 원소들의 유동성에 관한 지구화학적 연구 Geochemical Study on the Mobility of Dissolved Elements by Rocks-$CO_2$-rich waters Interaction in the Kangwon Province원문보기
주요 및 미량원소들의 함량을 조절하는 반응들 동안 용존 원소들의 상대적인 유동성을 알아보기 기존에 발표된 강원도 지역 탄산수와 화강암에 대한 자료로부터 주·부·미량원소의 함량을 다시 살펴보았다. 탄산수내에 용존되어 있는 원소들의 상대적인 유동성은 Na으로 평균화한 탄산수-화강암간의 비로부터 계산하였다 계산결과는 탄산수 대수층내로 마그마에서 기원한 휘발성을 지닌 금속원소들의 가스에 의한 유입은 강원도 지역에서 무시할 만하며, 이런 유입은 상승하는 유체의 냉각에 의해 조절된다 이산화탄소가 유입된 약산성의 물에 의한 화강암의 용해반응이 금속원소들의 주요 공급원이다 유동성이 매우 낮은 원소 (Al)는 고체의 풍화산물 내에 우선적으로 잔류하는 반면, 알칼리 및 알칼리 토금속들과 OHA원소들 중 As과 U은 유동성이 있으며, 따라서 수용액계 내로 방출된다. 전이금속원소들은 중간정도의 유동특성을 보이는데, Fe와 Mn은 산화환원조건 또는 V, Zn과 Cu는 고체표면과 연관된 반응(흡착이나 침전)의해 주로 영향을 받는다.
주요 및 미량원소들의 함량을 조절하는 반응들 동안 용존 원소들의 상대적인 유동성을 알아보기 기존에 발표된 강원도 지역 탄산수와 화강암에 대한 자료로부터 주·부·미량원소의 함량을 다시 살펴보았다. 탄산수내에 용존되어 있는 원소들의 상대적인 유동성은 Na으로 평균화한 탄산수-화강암간의 비로부터 계산하였다 계산결과는 탄산수 대수층내로 마그마에서 기원한 휘발성을 지닌 금속원소들의 가스에 의한 유입은 강원도 지역에서 무시할 만하며, 이런 유입은 상승하는 유체의 냉각에 의해 조절된다 이산화탄소가 유입된 약산성의 물에 의한 화강암의 용해반응이 금속원소들의 주요 공급원이다 유동성이 매우 낮은 원소 (Al)는 고체의 풍화산물 내에 우선적으로 잔류하는 반면, 알칼리 및 알칼리 토금속들과 OHA원소들 중 As과 U은 유동성이 있으며, 따라서 수용액계 내로 방출된다. 전이금속원소들은 중간정도의 유동특성을 보이는데, Fe와 Mn은 산화환원조건 또는 V, Zn과 Cu는 고체표면과 연관된 반응(흡착이나 침전)의해 주로 영향을 받는다.
In order to investigate the relative mobility (RM) of dissolved elements during processes controlling major and trace element content, the concentrations of major, minor and trace elements were reviewed from the previous data of $CO_2$-rich waters and granites from Kangwon Province. The r...
In order to investigate the relative mobility (RM) of dissolved elements during processes controlling major and trace element content, the concentrations of major, minor and trace elements were reviewed from the previous data of $CO_2$-rich waters and granites from Kangwon Province. The relative mobility of elements dissolved in $CO_2$-rich waters is calculated from $CO_2$-rich water/granite ratio with normalizing by sodium. The results show that gaseous input of magmatic volatile metals into the aquifer is negligible in this study area, being limited by cooling of the rising fluids. Granite leaching by weakly acidic, $CO_2$-charged water is the overwhelming source of metals. Poorly mobile element (Al) is preferentially retained in the solid residue of weathering, while alkalis, alkaline earth and oxo-hydroxo anion forming elements (especially As and U) are mobile and released to the aqueous system. Transition metals display an intermediate behavior and are strongly dependent on either the redox conditions (Fe and Mn) or solid surface-related processes (adsorption or precipitation) (V, Zn and Cu).
In order to investigate the relative mobility (RM) of dissolved elements during processes controlling major and trace element content, the concentrations of major, minor and trace elements were reviewed from the previous data of $CO_2$-rich waters and granites from Kangwon Province. The relative mobility of elements dissolved in $CO_2$-rich waters is calculated from $CO_2$-rich water/granite ratio with normalizing by sodium. The results show that gaseous input of magmatic volatile metals into the aquifer is negligible in this study area, being limited by cooling of the rising fluids. Granite leaching by weakly acidic, $CO_2$-charged water is the overwhelming source of metals. Poorly mobile element (Al) is preferentially retained in the solid residue of weathering, while alkalis, alkaline earth and oxo-hydroxo anion forming elements (especially As and U) are mobile and released to the aqueous system. Transition metals display an intermediate behavior and are strongly dependent on either the redox conditions (Fe and Mn) or solid surface-related processes (adsorption or precipitation) (V, Zn and Cu).
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문제 정의
강원도 지역 탄산수 및 암석에 대한 금속 원소들의 상대적인 유동성을 고찰해 본 결과는 천부의 환경에서 금속 원소들의 순환에서 심부유체의 중요성을 제시하였다. 본 연구지역에서 금속원소들이 심부 유체로부터의 직접적인 공급을 배제하더라도 상승하는 심부유체의 가스 성분 특히 CO2 가스는 주변 암석의 심한 용해를 유발할 수 있으며, 이런 작용은 수용액(탄산수)내로 금속 원소들을 방출하게 한다.
탄산수 내 주 . 미량원소들의 상대적인 유동성차이를 알아보고자 본 연구에서는 기존에 발표된 자료들(고용권 등, 2000b; 최현수 등, 2000)을 취합하여 이들 중 대표적인 탄산수 시료들만을 택하여 고려하였으며, 대표적인 시료들의 수리화학자료들만을 Table 1과 2에 제시하였다. 시료채취 및 분석방법은 상기 논문에 자세히 기록되어 있다.
부. 미량원소들의 조성을 제어하는 지구화학적 반응들을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 암석과 탄산수 시료의 각 원소들의 농도비를 Na으로 표준화하여계산한 상대적인 유동성(RM, relative mobility) 개념을적용하여 화강암과 탄산수간의 반응동안 일어난 각 원소들의 유동성 차이를 추정하여 보았다.
본 연구는 한국과학재단 특정기초연구(과제번호: 1999-2-131-002-3)의 일환으로 수행되었으며, 부분적으로 과학기술부의 원자력 중장기 연구개발과제의 지원을 받은 바를 밝히며, 이에 감사한다.
본 연구에서는 물-암석반응동안 탄산수내 각 원소들의 상대적인 유동성차이를 추정하기 위해 상대적인 유동성 (relative mobility; RM)을 살펴보았다. RMe 탄산수와 암석간의 각 원소들의 평균 농도(Table 4)를 이용하여 다음 식처럼 Na으로 평균화시킨 후 탄산 수와 암석 간의 비로 계산하였다:
가설 설정
강원도 지역 탄산수에서 Bae 알칼리 및 알칼리토금속 원소들 중 아주 낮은 유동성을 나타내는데, 이런 특징은 Ba의 큰 이온반경과 Cs처럼 점토광물에 농집되는 경향성으로 설명될 수 있다. 또한 Ba의 1차광물들(witherite, BaCO3; barite, BaSOQ이 탄산수에서 거의 불포화상태를 보여주고 있어 용액 내에서 사장석의 낮은 용해도에 의해 Ba이 풍화된 암석 내에 보유된다고 가정할 수 있다. 더구나 Ca과 비교하였을 때 Ba의 큰 이온반경은 고체상에 대한 더 큰 친화성과 더 높은 잔류특징을 설명해준다.
제안 방법
상대적인 유동성차이를 추정하기 위해 상대적인 유동성 (relative mobility; RM)을 살펴보았다. RMe 탄산수와 암석간의 각 원소들의 평균 농도(Table 4)를 이용하여 다음 식처럼 Na으로 평균화시킨 후 탄산 수와 암석 간의 비로 계산하였다:
있다. 또한 이 자료를 근거로 탄산수 내 각 원소들의 평균함량(Cw)과 암석 내의 평균함량(Cs)간의 상관관계를 도시하여 보았다(Fig. 3). Fig.
Ca을 제외한 대부분의 원소들은 RM 값이 1이하를 보여주는데 (Table 5), 이는 이들 원소들이 풍화동안 Na보다 더 효과적으로 고체의 풍화산물에 의해 탄산수 내에서 제거되거나 일차광물 격자 내에 남아있다는 것을 지시한다. 분석된 모든 원소들의 전체적인 지구화학적 거동특성을 Aiuppa et al. (2000a)가 언급한 원소 그룹별로 살펴보았다.
산수산화 음이온을 형성하는 원소(Oxo・hydn)xo anion forming elements; OHA elements): 일반적으로 이 그룹의 원소들에는 Se, Mo, As, Sb와 U이 포함되며 (Aiuppa et al., 2000a), 본 연구에서는 Se, Mo과 Sb는 대부분의 시료에서 농도가 검출한계이하이거나 극미량이라 이들 원소들은 무시하고 As과 U에 대해서만 살펴보았다. 이들 원소들은 0.
미량원소들의 조성을 제어하는 지구화학적 반응들을 살펴보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 암석과 탄산수 시료의 각 원소들의 농도비를 Na으로 표준화하여계산한 상대적인 유동성(RM, relative mobility) 개념을적용하여 화강암과 탄산수간의 반응동안 일어난 각 원소들의 유동성 차이를 추정하여 보았다. 이와 비슷한연구들이 시도된 바 있으며(Gislason et al.
대상 데이터
2. 지질 및 연구방법
연구지역은 강원도 북동부의 상당히 넓은 지역(상하 55 km, 좌우 42 km)을 점하고 있으며, 지질은 주로 선캠브리아기의 편마암류와 시대미상 혹은 쥬라기의 퇴적암류와 중생대 화강암류들로 구성되어 있다(Fig. 1). 편마암은 반상변정질 편마암과 호상편마암으로 구분되며, 연구지역에서 가장 넓게 분포하고 있다.
성능/효과
, 2000), 심한 환원조건하에서 이들 원소들의 지구화학적 유동성은 불용성 황화물(insoluble sulfides}의 형성에 의해 감소되게 된다(Vink, 1996). 강원도 지역 탄산수는 대부분 적은 SC"-함량을 보이고있으며 (Table 1), 최현수 등(2000)은 용존 황산염에 대한 황동위원소 분석결과가 3。%까지의 높은 값을 보여주어 심부의 환원조건에서 황산염 환원작용이 일어나용존 SO42* 탄산수로부터 제거된 것으로 설명하였으며, 따라서 상기 반응은 무시할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 탄산수로부터 형성된 침전물에서 황화광물이 고체상으로 존재하는지에 대한 광물학적인 분석이 이루어지지 않았으며, 따라서 심부에서 풍화작용동안 친동원소(chalcophile element)에 의한 이들 원소들의 제거 (Jean and Bancroft, 1986; Renders andSeward, 1989)가 일어나지 않았다고 판단할 수는 없다.
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