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문제 정의
- 이번 연구의 목적은 황해 남동부와 한국남해 및 제주도 남단 해역의 표층 퇴적물을 구성하는 광물의 종류와 양을 정확히 알아낸 후, 이를 이용하여 특히 점토광물의 분포 양상을 파악하고, 연구해역에 분포하는 세립질 퇴적물의 근원지 해석에의 적용을 연구하는 것이다.
제안 방법
- 이번 연구에서는 정밀한 X선회절분석기로부터 얻어진 회절선 자료를 Siroquant 프로그램을 이용하여 구성광물의 비를 정량적으로 구하였다. Siroquant프로그램은 몇 개의 피크가 아니라 전체 회절선(full pattern)을 사용하여 광물을 정량하는 방법이다(Rietveld, 1969; Taylor, 1991).
- 황해 남동부에서 한국남해 및 제주도 남단에 이르는 이번 연구해역의 표층퇴적물 시료를 건조시킨 후 X선회절분석법에 의하여 그 광물조성을 구하였다.
- 연구해역 표층퇴적물 내 점토광물의 종류를 자세하게 알아보기 위하여 대표적인 시료를 선정하여 2 µm 이하의 점토입자만을 분리한 후, 슬라이드 글라스 위에 방향성시료를 제작하여 상온에서 건조하여 X선회절분석을 실시하였다.
- 연구해역 표층퇴적물 내 점토광물의 종류를 자세하게 알아보기 위하여 대표적인 시료를 선정하여 2 µm 이하의 점토입자만을 분리한 후, 슬라이드 글라스 위에 방향성시료를 제작하여 상온에서 건조하여 X선회절분석을 실시하였다. 방향성시료는 에틸렌글리콜 처리한 후 상온 건조 시료와 비교하여 녹니석과 스멕타이트를 구별하였으며, 550℃로 1시간 동안 열처리한 후 건조 시료와 비교하여 녹니석과 카올리나이트를 구별하였다(그림 3). 에틸렌글리콜 처리 후 14 Å의 피크(peak)의 앞부분의 백그라운드가 상승하였지만 17 Å영역에서 명확한 형태의 피크가 나타나지 않으므로 연구해역에 존재하는 점토광물 중에는 팽창성을 가지는 스멕타이트군의 광물이 존재하지만 그 양이 매우 적을 것으로 판단된다.
- 연구해역에 분포하는 각 니질대 별로 대표적인 시료를 선정하여 전체광물 중의 점토광물조성인 절대조성(absolute composition)과 점토광물들의 조성을 백분율로 계산한 상대조성(relative composition)을 나타내었다(표 2). 표 2에 의하면 한국남해니질대와 흑산니질대에서는 제주니질대에 비해 일라이트의 상대조성이 높게 나타난다.
- 2000년과 2007년 한국해양연구원에서 채취한 황해남동부, 한국남해 및 제주도 남단 해역의 표층퇴적물 시료 131정점에 대하여 X선광물정량분석을 실시하고, 이를 이용하여 광물의 분포도를 작성한 이번 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 퇴적물 내에서 2 µm 이하의 입자를 가진 점토 부분을 분리하기 위해 40 g의 건조시료와 400 ㎖의 증류수를 혼합하여 5분간 초음파 세척한 후, 5% Na-meta phosphate 용액을 4 ㎖ 투여한 후 하루 동안 보관하였다.
- 정량 분석을 위한 원 시료의 분석조건은 40 ㎸/35 ㎃, 3∼90° 2-theta 구간에서 주사 간격 0.02°, 주사 시간 5초로 설정하여 스텝-스캔 방식으로 회절값을 기록하였으며, 슬릿은 1.0-1.0-0.1°를 이용하였다.
- 시료 내에 존재하는 점토광물의 종류를 알아보기 위하여, 점토입자 시료를 슬라이드글라스 위에 방향성시료를 제작하였다. 이를 상온에서 건조한 시료, 70℃에서 24시간 동안 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)로 포화시킨 시료, 그리고 550℃에서 1시간 가열시킨 시료에 대하여 X선 회절분석을 실시하여 그 결과를 비교하여 점토광물의 종류를 결정하였다.
- 시료 내에 존재하는 점토광물의 종류를 알아보기 위하여, 점토입자 시료를 슬라이드글라스 위에 방향성시료를 제작하였다. 이를 상온에서 건조한 시료, 70℃에서 24시간 동안 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)로 포화시킨 시료, 그리고 550℃에서 1시간 가열시킨 시료에 대하여 X선 회절분석을 실시하여 그 결과를 비교하여 점토광물의 종류를 결정하였다.
- 미세한 크기를 가지는 퇴적물 입자의 정확한 감정을 위하여 경상대학교 공동실험실습관의 전계방출형 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope/Philips XL30 S FEG)을 이용하여 관찰하였으며, 퇴적물의 입도분석은 한국해양연구원에서 보유하고 있는 Micromeritics/SediGraph Ⅲ 입도분석기를 이용하여 역(gravel), 모래(sand), 실트(silt), 점토(clay) 크기 입자의 상대적인 비율을 구하였다.
대상 데이터
- 이번 연구에 사용된 시료는 국토해양부 국가연구개발(R&D)사업인 “동북아해 퇴적물기원 연구 및 모니터링”과제로 수행된 탐사에서 획득된 것이다.
- 이번 연구에 사용된 시료는 국토해양부 국가연구개발(R&D)사업인 “동북아해 퇴적물기원 연구 및 모니터링”과제로 수행된 탐사에서 획득된 것이다. 황해남부, 한국남해 및 제주도 남단 해역에서 한국해양연구원 이어도호를 이용해 2007년에 채취한 표층퇴적물 시료 98정점과 2000년 동일해역에서 채취한 33정점의 표층퇴적물시료 등 총 131개의 시료를 사용하였으며(그림 2), 그랩 샘플러(grab sampler)를 이용하여 표층 5 ㎝ 이내의 퇴적물을 채취하였다.
- 0 프로그램을 이용하여 광물정량분석을 실시한 결과를 표 1에 나타내었다. 여기에 이용된 시료는 입도별로 분리된 것이 아니라 원시료(bulk sample)이다. 표 1의 결과를 종합해보면 연구해역 표층퇴적물에는 석영, 일라이트, 사장석 그리고 방해석이 주로 존재함을 알 수 있다.
- X선 회절분석은 경상대학교 지구환경과학과에서 보유하고 있는 Siemens/Brucker D5005 고분해능 X선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406 Å)을 사용하였다.
데이터처리
- 정량분석에 이용된 시료는 입도 분리 또는 화학적 처리를 거치지 않은 원 시료 자체를 분말 상태로 분쇄하여, 가능한 방향성을 가지지 않도록 X선 회절분석기 홀더(holder)에 장착한 후, 고분해능 X선 회절분석기를 이용하여 획득한 X선 회절 자료를 Siroquant v. 3.0 프로그램을 이용하여 정량분석 하였다.
- 연구해역 퇴적물에 대하여 Siroquant v3.0 프로그램을 이용하여 광물정량분석을 실시한 결과를 표 1에 나타내었다. 여기에 이용된 시료는 입도별로 분리된 것이 아니라 원시료(bulk sample)이다.
성능/효과
- 황해 남동부에서 한국남해 및 제주도 남단에 이르는 이번 연구해역의 표층퇴적물 시료를 건조시킨 후 X선회절분석법에 의하여 그 광물조성을 구하였다. 그 결과 이번 연구해역의 표층퇴적물은 일라이트, 녹니석 그리고 카올리나이트 등의 점토광물과 석영, 사장석, 알카리장석 및 각섬석과 같은 조암광물로 주로 구성되어 있으며, 방해석과 아라고나이트 등의 탄산염광물이 검출되었다. 거의 모든 시료에서 소금이 나타나는데, 이것은 해수의 증발에 따라 염분 결정이 침전된 것으로 생각된다.
- 방향성시료는 에틸렌글리콜 처리한 후 상온 건조 시료와 비교하여 녹니석과 스멕타이트를 구별하였으며, 550℃로 1시간 동안 열처리한 후 건조 시료와 비교하여 녹니석과 카올리나이트를 구별하였다(그림 3). 에틸렌글리콜 처리 후 14 Å의 피크(peak)의 앞부분의 백그라운드가 상승하였지만 17 Å영역에서 명확한 형태의 피크가 나타나지 않으므로 연구해역에 존재하는 점토광물 중에는 팽창성을 가지는 스멕타이트군의 광물이 존재하지만 그 양이 매우 적을 것으로 판단된다. 7.
- 64 Å의 피크가 분리되어 나타나는 것으로 카올리나이트와 녹니석의 구별이 가능하다. 또한 550℃에서 1시간 가열한 시료에서 7.34 Å과 3.64 Å의 피크는 소멸되지만, 7.16 Å, 4.75 Å, 3.56 Å의 피크는 완전히 소멸하지 않은 것으로, 전자는 카올리나이트에 의한 피크이고, 후자는 녹니석에 의한 것임을 확인할 수 있다.
- 여기에 이용된 시료는 입도별로 분리된 것이 아니라 원시료(bulk sample)이다. 표 1의 결과를 종합해보면 연구해역 표층퇴적물에는 석영, 일라이트, 사장석 그리고 방해석이 주로 존재함을 알 수 있다.
- 분석된 시료에서 석영이 가장 많은 양을 차지하며 최소 21%에서부터 최대 60.4%를 나타내며 평균함량은 37.4%이다. 사장석은 최소 5.
- A., Globorotalia scitula 등이고, 저서성 유공충 중에는 Elphidium advenum, Rosalina viladeboana d’Orbigy, Rotalinoides annectens 등이 이번 연구해역의 표층퇴적물에서 주로 발견되었다.
- 4%이다. 사장석은 최소 5.3%에서부터 최대 17.1%를 나타내며, 평균 함량은 11.7% 이고, 알카리장석은 최소 0.9%에서부터 최대 14.2%를 나타내며, 평균 함량은 5.5% 이다. 각섬석은 최소 1%에서부터 최대 7.
- 이번에 연구된 해양퇴적물 시료에서 점토광물은 일라이트, 녹니석 및 카올리나이트 등 모두 3가지 종류가 검출되었다. 일라이트는 점토광물 중 그 함량이 가장 많은 것으로써 평균 19.
- 연구해역 내의 탄산염광물은 방해석과 아라고 나이트로 평균 14.1% (방해석 평균 10.7%, 아라고 나이트 평균 3.4%)의 함량을 보인다.
- 그러므로 본 연구해역에 존재하는 니질대는 일차적으로 조립질의 최후 빙기 잔류퇴적물 위에 퇴적된 세립질 퇴적물인 것으로 판단된다. 그리고 점토광물의 분포와 조암광물의 분포가 대조를 이루는 것은 세립질 퇴적물의 퇴적량이 많은 지역과 그렇지 않은 지역의 차이에 의한 것으로 판단된다.
- 결론적으로 연구해역 내에 분포하는 조립질의 퇴적물은 지난 최후빙기 동안 퇴적된 잔류퇴적물일 가능성이 크며, 그 상부에 퇴적된 세립질의 퇴적물은 한반도 기원의 강과 원양에서 온 부유퇴적물이 복합적으로 퇴적된 것으로 판단된다.
후속연구
- 그리고 점토광물의 분포와 조암광물의 분포가 대조를 이루는 것은 세립질 퇴적물의 퇴적량이 많은 지역과 그렇지 않은 지역의 차이에 의한 것으로 판단된다. 추후에 지형과 수심 등이 광물분포에 미치는 영향과 관련한 연구와 코어시료를 획득하여 각 층서별 광물조성에 대한 연구가 수행되면 이에 대한 더욱 정확한 해석이 가능할 것으로 판단된다.
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