제주도 북부 지역 오름의 주성분인 스코리아에 대한 화학적 조성, 산화철의 원자가 상태와 자기적 성질을 조사하였다. X-선 형 광분석을 통해서 철 함유량은 $14.08{\sim}20.08\;wt%$ 임을 확인하였고, X-선 회절법을 이용하여 분석한 결과, $SiO_2$와 같은 규산염 외에 소량의 철산화물이 확인되었다. $M{\ddot{o}}ssbauer$분광법을 통해서 시료들 내부의 광물 중, 철 성분들이 어떤 형태를 이루는지 알아보았다. 측정한 결과 olivine인 규산염과 pyroxene, ilmenite와 같은 상자성 철산화물 및 상온에서 반강자성 및 강자성 물질인 hematite와 magnetite 산화철 광물들이 확인되었다. 그리고 철 화합물의 원자가 상태는 $Fe^{2+}$인 olivine, pyroxene 그리고 ilmenite 와 $Fe^{3+}$인 hematite, magnetite 등을 포함하고 있다. 주성분으로 볼 수 있는 hematite의 총 면적비는 평균 57.88 wt%이었고 스코리아 내에 존재하는 철의 주 원자가 상태는 대부분 $Fe^{3+}$임을 알 수 있었으며, 이 결과는 다른 제주 중산간 지역의 스코리아와 동 일한 지구화학적 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
제주도 북부 지역 오름의 주성분인 스코리아에 대한 화학적 조성, 산화철의 원자가 상태와 자기적 성질을 조사하였다. X-선 형 광분석을 통해서 철 함유량은 $14.08{\sim}20.08\;wt%$ 임을 확인하였고, X-선 회절법을 이용하여 분석한 결과, $SiO_2$와 같은 규산염 외에 소량의 철산화물이 확인되었다. $M{\ddot{o}}ssbauer$ 분광법을 통해서 시료들 내부의 광물 중, 철 성분들이 어떤 형태를 이루는지 알아보았다. 측정한 결과 olivine인 규산염과 pyroxene, ilmenite와 같은 상자성 철산화물 및 상온에서 반강자성 및 강자성 물질인 hematite와 magnetite 산화철 광물들이 확인되었다. 그리고 철 화합물의 원자가 상태는 $Fe^{2+}$인 olivine, pyroxene 그리고 ilmenite 와 $Fe^{3+}$인 hematite, magnetite 등을 포함하고 있다. 주성분으로 볼 수 있는 hematite의 총 면적비는 평균 57.88 wt%이었고 스코리아 내에 존재하는 철의 주 원자가 상태는 대부분 $Fe^{3+}$임을 알 수 있었으며, 이 결과는 다른 제주 중산간 지역의 스코리아와 동 일한 지구화학적 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
Fe compounds of scoria distributed in northern area of Jeju island are investigated using X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray diffractometry, and $^{57}Fe$ Mossbauer spectroscopy. The samples were prepared from four parasite volcanos. These samples consist of the typical basalt compris...
Fe compounds of scoria distributed in northern area of Jeju island are investigated using X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray diffractometry, and $^{57}Fe$ Mossbauer spectroscopy. The samples were prepared from four parasite volcanos. These samples consist of the typical basalt comprised of $SiO_2,\;Al_2O_3$, Fe compounds, and silicate minerals. The $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectra showed doublets for olivine, pyroxene, and ilmenite as well as sextets for hematite and magnetite. The valence state of Fe is chiefly a 3+ charge state with a little 2+ charge state. It is expected that this results will add to the body of information related to the information mechanism of Jeju island. The geochemistry for these samples is the same results to mid-mountain's samples in Jeju Island.
Fe compounds of scoria distributed in northern area of Jeju island are investigated using X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray diffractometry, and $^{57}Fe$ Mossbauer spectroscopy. The samples were prepared from four parasite volcanos. These samples consist of the typical basalt comprised of $SiO_2,\;Al_2O_3$, Fe compounds, and silicate minerals. The $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectra showed doublets for olivine, pyroxene, and ilmenite as well as sextets for hematite and magnetite. The valence state of Fe is chiefly a 3+ charge state with a little 2+ charge state. It is expected that this results will add to the body of information related to the information mechanism of Jeju island. The geochemistry for these samples is the same results to mid-mountain's samples in Jeju Island.
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문제 정의
본 실험실에서는 최근에 제주도 다른 지역에 존재하는 스코리아의 철 화합물에 대해 연구를 진행하였으며[15, 16], 본 논문에서는 X-선 회절법, X-선 형광법 및 Mössbauer분광법을 이용하여 아직 조사된 바 없는 북부 지역에 존재하는 스코리아에 포함된 철 화합물에 대해 물리, 화학적 특성을 조사하고 다른 지역과의 특성을 비교 분석하고자 한다.
제안 방법
채취된 시료는 공기 중에서 충분히 건조시켜 60 µm 이하가 되도록 분말로 분쇄한 후, X-선 회절분석 및 X-선 형광분석용 시료로 이용하였고, Mössbauer 흡수체로 사용하기 위한 분말시료는 시료의 양이 10 mg/cm2가 되도록 정밀하게 분쇄한 후, 유압기로 5000 psi의 압력을 가하여 직경 21 mm, 두께 1 mm의 원판모양으로 만들고 Al foil로 양면을 봉하여 사용하였다. X-선 형광 실험을 위해 시료의 함량 0.6 g과 용제(Li2B4O7, lithium tetraborate) 6 g을 혼합하였고 사용된 X-선 형광 분석기는 Shimadzu XRF-1700(서울대학교) 이었으며 40 kV, 30 mA 조건에서 측정하였다.
시료 측정시 흡수체와 검출기 사이와의 거리는 120 mm로 유지하였으며 24시간 이상 공명흡수선을 측정하여 측정계수가 약 4 × 105~5 × 105이 되도록 하였으며 Doppler 속도는 ±12 mm/s가 되도록 조절하였다.
대상 데이터
1. The site of the scoria samples taken from northern area of Jeju.
본 논문의 스코리아 시료는 제주 북부에 위치한 4개 지역인 A(열안지), B(노루손이), C(연동 민오름), D(도두봉)에서 채취하였으며 채취장소는 Fig. 1에 나타내었다. 채취된 시료는 공기 중에서 충분히 건조시켜 60 µm 이하가 되도록 분말로 분쇄한 후, X-선 회절분석 및 X-선 형광분석용 시료로 이용하였고, Mössbauer 흡수체로 사용하기 위한 분말시료는 시료의 양이 10 mg/cm2가 되도록 정밀하게 분쇄한 후, 유압기로 5000 psi의 압력을 가하여 직경 21 mm, 두께 1 mm의 원판모양으로 만들고 Al foil로 양면을 봉하여 사용하였다.
본 실험에 사용된 Mössbauer 분광기는 미국 Austin사의 s-600(제주대학교)이었고, γ 선원은 Dupont사의 10 mCi Co57 단일 선원을 사용하였다.
본 실험에서 사용한 X-선 회절기는 Rigagu사의 D/MAX2200H(제주대학교)이었으며, X-선 회절을 위한 측정은 파장이 1.5425 Å인 CuKα 선을 이용하였고 2θ의 범위는 5~50°, 전류는 30 mA, 가속 전압은 40 kV 그리고 주사 속도는 4°/분으로 하였다.
채취된 시료는 공기 중에서 충분히 건조시켜 60 µm 이하가 되도록 분말로 분쇄한 후, X-선 회절분석 및 X-선 형광분석용 시료로 이용하였고, Mössbauer 흡수체로 사용하기 위한 분말시료는 시료의 양이 10 mg/cm2가 되도록 정밀하게 분쇄한 후, 유압기로 5000 psi의 압력을 가하여 직경 21 mm, 두께 1 mm의 원판모양으로 만들고 Al foil로 양면을 봉하여 사용하였다.
성능/효과
1개의 이중선이 나타난 원인은 일부 hematite가 100 Å 이하의 크기에서는 초상자성 효과로 인해 초미세자기장이 사라진 것으로 해석된다.
08 wt%로 분포되어있는 고철질 광물임을 알 수 있었다. X-선 회절 분석으로부터, 채취된 시료들은 SiO2와 같은 규산염 광물과 olivine, pyroxene, ilmenite, hematite와 magnetite 등의 광물이 분포되어 있음을 확인할 수 있었다.
모든 시료는 6개의 이중선과 3개의 6중선으로 분석되었다. 각각의 시료들에서 얻은 3개의 6중선들 중, 이전 연구 결과로부터 XRD 분석과 비교한 결과 3개의 6중선과 1개의 이중선은 hematite와[22] magnetite에[23] 의한 공명흡수선으로 분석되었다. 이들 중 hematite인 경우, 단일 6중선과 중앙에 나타난 1개의 이중선으로 분석되었다.
09 kOe로 분석되었다. 따라서 A 자리는 Fe3+인 반면, B 자리의 철 원자는 전자의 비국소화가 일어남에 따라 Fe2+와 Fe3+의 두 원자가 상태가 뚜렷이 구분되지 않고 공존하는 전형적인 magnetite에 의한 공명흡수선 임을 알 수 있었다.
또한 제주 지역 토양 시료에서 확인되고 있는 goethite(α-FeOOH) 역시 확인되지 않았으며 이외에 사장석 및 조암광물로 사방휘석, 단사휘석 등이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
XRF 분석을 통해 고알루미나질 화성암과 전형적인 현무암으로 분류할 수 있다. 또한 총 Fe의 함량이 14.08 wt%에서 20.08 wt%로 분포되어있는 고철질 광물임을 알 수 있었다. X-선 회절 분석으로부터, 채취된 시료들은 SiO2와 같은 규산염 광물과 olivine, pyroxene, ilmenite, hematite와 magnetite 등의 광물이 분포되어 있음을 확인할 수 있었다.
시료들에 대한 Mössbauer스펙트럼으로부터 olivine, pyroxene, ilmenite 그리고 다른 Fe3+의 철 화합물에 의한 이중선들과 hematite와 magnetite에 의한 6중선을 볼 수 있었으며, 중앙에 있는 1개의 2중선은 hematite의 입자 크기 효과에 의한 초상자성 2중선으로 추정되었다.
42° 부근의 피크는 magnetite(자철석, M)에 의한 피크들이었다. 이 결과로부터 측정 시료들은 현무암에 포함된 전형적인 광물들로 분포하고 있음을 알 수 있었다. 한편 B 시료에 대한 X-선 회절 스펙트럼에서 스코리아 시료에 포함된 hematite는 약한 피크를 보이고 있으며 이것은 함량이 10 % 이하이므로 피크가 잘 나타나지 않은 것으로 추정된다[19].
Table II에서는 Mössbauer 공명흡수선으로부터 철 화합물의 함량비를 비교한 값을 나타내었다. 이 결과에서 나타났듯이 hematite 함량은 약 57.88 %이었고 magnetite의 함량은 10.10 %이었으며 olivine은 2.33 %, pyroxene은 2.71 %, ilmenite는 4.91 %이었다. 나머지 Fe3+ (F1, F2) 산화철 광물들은 각각 18.
이 시료들에 대해 기존의 XRF 그리고 Mössbauer 연구와 비교 분석한 결과 비교적 인접한 동부 및 다른 중산간 지역시료와 SiO2함량 및 구조에서 유사하였다. 한편 동부지역 일부 시료와는 차이를 보이고 있으나 뚜렷한 지역별 구조의 경계선을 찾기에는 미흡한 면이 있다.
이들 성분들의 Mössbauer 면적비를 비교하여 스코리아에 포함된 철 화합물의 대부분은 적철석 계열의 산화철 성분 형태로 존재함을 알 수 있었다.
이들 성분들의 Mössbauer 면적비를 비교하여 스코리아에 포함된 철 화합물의 대부분은 적철석 계열의 산화철 성분 형태로 존재함을 알 수 있었다. 이들의 I. S. 값으로부터 본 시료들에 함유된 철 화합물들의 산화상태는 대부분 hematite와 magnetite에 의한 Fe3+ 상태임을 확인하였으며 ilmenite, pyroxene, olivine에 의한 Fe2+ 상태도 포함되어 있음을 알 수 있었다.
후속연구
한편 동부지역 일부 시료와는 차이를 보이고 있으나 뚜렷한 지역별 구조의 경계선을 찾기에는 미흡한 면이 있다. 따라서 보다 체계적인 지역별 분석을 위해서는 다른 지역의 시료들에 대해 추가적 실험을 통해 화산쇄설물의 형성 이력을 규명하기위한 정밀한 분석이 필요하다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제주도 전역에 있는 작은 화산체들은 어떻게 만들어진 것인가?
제주도 전역에는 작은 화산체들이 한라산을 중심으로 대체로 동축과 서측에 밀집되어 분포한다. 이들은 소규모의 폭발적 분화에 의해 수백 미터 상공으로 분출된 쇄설물들이 화구주변에 퇴적되어 만들어진 것으로 368여개 분포하고 있다고 알려져 있다. 이들은 지질학적용어로 화쇄구(火碎丘, pyroclastic cone)라 하며 제주어로 오름이라 부른다.
제주도 화산암의 분포 면적은 어느 정도인가?
제주도는 120만 년 전부터 약 100만 년 이상의 기간 동안 여러 분화구에서 분출한 분출물로 형성된 섬이며[1, 2], 장축(74 km)과 단축(32 km)을 갖는 타원형의 순상화산체로, 화산암의 분포 면적은 약 1,825 km2이다. 제주도 전역에는 작은 화산체들이 한라산을 중심으로 대체로 동축과 서측에 밀집되어 분포한다.
응회환이란 무엇인가?
최근 여러 오름 들은 지질학 및 식물생태학적으로 학술적 연구 가치가 높아 다양한 연구가 이루어지고 있다[3]. 이들을 지질학적으로 분류하면 주성분인 화산쇄설성 물질의 종류에 의해 스코리아구, 경석구(輕石丘), 화산회구(火山灰丘)로 세분되며, 화산회구 중에서 퇴적물의 양이 적고 야트막한 환상구(環狀丘)가 화구를 둘러싸고 있는 것을 응회환(tuff ring)이라 하고, 이중에서도 환상구가 매우 낮고 화구만으로 이루어진 것같이 보이는 것을 마르(maar)라고 부른다. 제주도의 화산은 대부분 현무암질 용암분출에 기인된 분화활동이며, 화산활동의 원인은 열적 활동에 의한 것으로 보고 있다.
참고문헌 (27)
The Geological Society of Korean, Korean Geological Features, Sigma Press, Seoul (2002) pp. 293-295
J. S. Koh, S. H. Yun, and S. S. Kang, J. Petrol. Soc. Korea, 12(12), 1 (2003)
D. I. Oh, Ph. D. thesis(in Korean), Cheju National Univ., Jeju (2004) pp. 12-18
S. W. Lee and S. H. Suh, J. Arch. Inst. Korean, 9(1), 403 (1989)
S. Nakamula, The Globe(chikyu), 4, 325 (1925)
S. H. Choi, J. I. Lee, C. H. Park, and J. Moutte, The Island Arc., 11(4), 221 (2002)
J. G. Stevens, A. Khasanov, J. W. Miller, H. Pollak, and Z. Li, Hyperfine Interactions, 117, 71 (1998)
J. M. R. Genin, G. Bourrie, F. Trolard, M. Abdelmoula, A. Jaffrezic, P. Refait, V. Maitre, B. Humbert, and A. Herbillon, Environ. Sci. Technol., 32(8), 1058 (1998)
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