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문제 정의
- 따라서 물리 · 화학적 및 광물학적 그리고 미세형태학적 분석을 통해 경반층과 심토의 특성에 대한 생성원인을 규명하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 해성단구지 토양의 생성 원인과 산화·환원적 특성을 규명하기 위하여 단면의 특성을 조사하고, 토양을 채취하여 이화학적 및 광물학적 특성을 분석하였다.
제안 방법
- 점토광물의 분석은 <2 µm로 분리된 현탁액을 이용하여 점토광물의 정성을 하기위해 정방위(Preferred oriented mount) 분석을 실시하였다. K로 층간을 치환된 시료에 대해서는 300℃와 550℃에서 각각 2시간씩 열처리하여 X-선 회절분석기를 이용하여 분석하였다.
- 토양 경도는 시료채취 현장에서 관입식 경도계(DIK-5521, Japan)로 측정하였으며, 토성은 피펫법으로 입경을 분석하여 미 농무성 기준의 삼각도표법(USDA method)에 의하여 분류하였다. pH는 풍건한 토양을 증류수와 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 현탁액을 초자전극법으로 측정하였고, 전기전도도(Electrical Conductivity, EC)는 토양과 증류수를 1:5의 비율로 혼합하여 30분간 진탕한 후 Conductivity Meter로 측정한 값에 희석배수 5를 곱하여 분석하였다. 유기물 함량은 Tyurin법으로 분석하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 분광광도계를 이용하여 분석하였다.
- 박편을 세척 · 건조 후 Polyester 수지로 커버글라스를 접착시키고, 편광현미경을 이용하여 개방니콜과 직교니콜 상태 하에서의 Stoops and Eswaran(1986)의 기술 방법에 따라 토양 미세형태학적 특성을 관찰하였다.
- 본 연구에 대한 광물분석은 X-선 회절분석기(X-ray diffraction, D/MAX-2200 system, Rigaku)를 이용하였으며 분석조건은 40 kV/30 mA에서 흑연단색화 장치에 의한 Cu-Kα 단일파장(λ=1.54050Å)을 사용하였으며, 3~50° 2θ 구간에서 0.02° 주사간격과 1°/min 주사속도로 측정하였다.
- 본 연구지역의 표토 즉 A층을 제외한 Btx1층 아래 층위부터는 적갈색 띠층과 회색 띠층이 교호하면서 나타난다. 이들 띠층을 선별 채취하여 광물학적 특성을 살펴보았다. 주 구성 광물은 석영, 일라이트(Illite), 카올리나이트(Kaolinite), 질석(Vermiculite) 동일하게 정성되었으나 적철석(Hematite, Fe2O3)이 적갈색 띠층에서 정성되었다(Fig.
- 점토광물에 대해 자세히 살펴보기 위해 단계별 실험을 실시하였다. 탄산염 광물과 유기물을 제거한 후 층간을 K으로 치환시킨 시료에 대하여 300℃, 550℃ 열처리를 실시한 결과, 550℃ 열처리 후 7Å-계열의 피크가 사라지는 것으로 보아 카올리나이트로 확인되었으며 열처리 후에서 잔존하는 10Å-계열 피크는 일라이트로 확인되었다.
- 점토광물의 분석은 <2 µm로 분리된 현탁액을 이용하여 점토광물의 정성을 하기위해 정방위(Preferred oriented mount) 분석을 실시하였다.
- 접착제 경화가 끝난 시료는 절단기를 이용하여 두께 1 mm 정도로 경화된 토양을 절단하고 토양편을 유리판 위에서 연마제를 이용하여 토양편 중에 함유된 석영의 간섭색이 순백색일 때까지 연마하여 박편의 두께는 25∼30 µm 정도로 하였다.
- 유기물 함량은 Tyurin법으로 분석하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 분광광도계를 이용하여 분석하였다. 치환성 양이온 (K, Ca, Mg)은 5 g의 토양시료에 50 ml의 1N-Ammoniumacetate(pH=7.0)를 가하여 30분간 진탕하여 No.2 여지로 여과 후 원자방출분광광도계(Inductively Coupled Plasma, ICP)를 이용하여 분석하였다. 양이온 치환용량(Cation Exchange Capacity, CEC)은 Mechanical Vacuum Extractor(Centurion International, Inc.
- 토양의 미세형태를 관찰하기 위하여 시갱의 적갈색 띠층과 회색 띠층의 토양단면에서 코어시료 채취 후 건조기 내에서 40℃로 1주일 정도 시료를 건조시키고 Epofix resin(Struers Co.)과 경화제(Hardener, Struersc Co.) 그리고 아세톤을 7.5:1:1 비율로 혼합된 수지를 진공펌프로 30분 동안 가압 처리하여 토양공극을 포화시켰다. 수지로 포화된 시료를 경화시키기 위하여 40℃ 건조기 내에서 1주일 동안 가온 경화시켰다.
- 토양의 층위별로 토양을 채취하여 물리 · 화학적·광물학적 특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 이 토양은 표토가 얇은 갈색의 미사질식양토이며 심토는 적갈색과 회갈색층이 교호하는 미사질식양토이다. 기층은 갈색, 진갈색이 섞인 미사질식양토이다. 토심은 100 cm 내외이고 암반까지의 깊이는 2 m 이상이다.
- 본 연구지역은 강원 강릉시 강동면 정동진리(37°40'53"N, 129°02'34"E) 에 분포하는 강릉통을 대상으로 하였으며, 토양시료를 층위별로 채취하기 위하여 깊이 200 cm까지 시갱을 조성하였다(Fig. 1).
- 토양의 이화학적 특성은 Soil Survey Laboratory Methods Manual(USDA, 1996)와 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)을 기준으로 분석하였다. 토양 이화학성 분석은 채취시료를 풍건한 후 2 mm체에 통과된 것을 분석대상 시료로 하였다. 토양 경도는 시료채취 현장에서 관입식 경도계(DIK-5521, Japan)로 측정하였으며, 토성은 피펫법으로 입경을 분석하여 미 농무성 기준의 삼각도표법(USDA method)에 의하여 분류하였다.
- 토심은 100 cm 내외이고 암반까지의 깊이는 2 m 이상이다. 표토는 농암갈색, 흑색 내지 농암회갈색의 미사질양토 내지 양토이다. 심토는 농암갈색 혹은 암갈색의 미사질양토 내지 미사질식양토이며, 기층은 농암갈색 혹은 암회갈색의 미사질양토 또는 양토이다(NIAST 2000).
이론/모형
- 2 여지로 여과 후 원자방출분광광도계(Inductively Coupled Plasma, ICP)를 이용하여 분석하였다. 양이온 치환용량(Cation Exchange Capacity, CEC)은 Mechanical Vacuum Extractor(Centurion International, Inc., Lincoln, NE Model 24)를 이용하여, 풍건토양 5 g에 50 ml의 1N-Ammonium acetate(pH=7.0)를 가하여 치환성 양이온들을 NH4로 포화시키고, 과잉의 NH4을 80%의 에틸 알콜(pH=7.0)로 세척 후, Kjeldahl 증류법으로 측정하였다.
- pH는 풍건한 토양을 증류수와 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 현탁액을 초자전극법으로 측정하였고, 전기전도도(Electrical Conductivity, EC)는 토양과 증류수를 1:5의 비율로 혼합하여 30분간 진탕한 후 Conductivity Meter로 측정한 값에 희석배수 5를 곱하여 분석하였다. 유기물 함량은 Tyurin법으로 분석하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 분광광도계를 이용하여 분석하였다. 치환성 양이온 (K, Ca, Mg)은 5 g의 토양시료에 50 ml의 1N-Ammoniumacetate(pH=7.
- 1). 조사 및 기술은 미농무성의 토양조사편람 (USDA, 1993)을 기준으로 하여 지형, 경사, 배수, 석력함량, 토색, 반문, 구조, 층위경계, 공극, 식물뿌리, 점착성, 가소성, 견고도 등을 조사하였다.
- 토양 이화학성 분석은 채취시료를 풍건한 후 2 mm체에 통과된 것을 분석대상 시료로 하였다. 토양 경도는 시료채취 현장에서 관입식 경도계(DIK-5521, Japan)로 측정하였으며, 토성은 피펫법으로 입경을 분석하여 미 농무성 기준의 삼각도표법(USDA method)에 의하여 분류하였다. pH는 풍건한 토양을 증류수와 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 현탁액을 초자전극법으로 측정하였고, 전기전도도(Electrical Conductivity, EC)는 토양과 증류수를 1:5의 비율로 혼합하여 30분간 진탕한 후 Conductivity Meter로 측정한 값에 희석배수 5를 곱하여 분석하였다.
- 토양의 이화학적 특성은 Soil Survey Laboratory Methods Manual(USDA, 1996)와 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)을 기준으로 분석하였다. 토양 이화학성 분석은 채취시료를 풍건한 후 2 mm체에 통과된 것을 분석대상 시료로 하였다.
성능/효과
- 강릉통의 모래입자는 표토층에서 가장 많이 함유되어 있었으며, 미사는 AB층에서 증가한 이후 Btx층에서는 감소하고, 점토함량은 심토로 갈수록 증가하는 경향이었다(Table 1). 강릉통의 관입경도는 토심 25 cm 이후 1.
- 14Å-계열의 피크가 K으로 치환시킨 시료에 대하여 300℃ 열처리 했을 때 적갈색 띠층과 암회색 띠층에서 사라진 것으로 보아 14Å-계열은 질석만 존재하는 것으로 판단된다. 따라서 강릉통에 함유된 점토광물은 적갈색띠층과 암회색 띠층에는 대부분 일라이트와 카올리나이트로 이루어져 있으며 미량의 질석이 X-선 회절분석 결과 확인되었다. 적갈색띠층은 X-선 회절분석 피크강도에서 보는바와 같이 암회색띠층보다는 점토광물의 함량이 적은 것으로 판단된다.
- 따라서 강릉통은 해저지형이 융기되는 과정에서 점토 및 철성분의 집적과 압력의 영향으로 경반층이 형성된 후 이쇄경반층에 집적되었던 철성분이 용출되면서 적갈색 띠층과 암회색 띠층이 교호하는 특징을 보이고 있었다.
- 박편의 기질을 살펴보면, 조립질과 세립질의 상대적인 분포는 세립질로 구성된 미세입자들 중간에 굵은 입자들로 구성된 반정질 분포(Porphyric distribution)를 보였으며 분급정도는 중간정도(About 75%)이었다. 조립질 물질들은 기질표면과 준평형상(Subparellel)으로 분포하였고, 세립질 물질들은 모자이크 반점상(Mosaicspeckled)과 공극 주변을 따라 띠 모양을 이루는 공극포위상(Porostriated)으로 분포하고 있었다.
- 이쇄경반층에서 점토 또는 등방성 철분 및 망간의 이동과 집적 양상을 살펴보면, 황색 또는 회색을 띠는 미사 및 점토가 공극충진(Void infilling)과 공극피막(Void coating)이 관찰 되었고, 철과 망간은 점토 피막 위에 적재되어 층을 형성(Void hyper-coating)하거나 공극에서 토양기질 내부로 스며드는 유사 피막(Void quasi-coating)을 보였다(Fig. 5B and D). 이쇄경반층의 공극 충진에 대한 연구결과를 살펴보면 주요한 물질은 점토 또는 미사크기로 균질하게 나타난다고 보고된 바 있다(Yassoglou and Whiteside, 1960; DeKimpo and Mckeagul, 1974; Langohr and pajares, 1983; Miller et al.
- 이쇄경반층의 산화 · 환원적 특성을 보이는 적갈색띠층과 회색띠층의 광물학적 특성은 적갈색 띠층에서는 적철석(Hematite, Fe2O3)이 정성되었으며 회색띠층에서는 일라이트(Illite) 강도가 크게 나타났다.
- Btx층의 적갈색 띠층과 회색 띠층은 토층 상부의 유기물이 함유된 토양용액이 토양구조 내 공극에 정체하면서 환원조건을 유발하여 집적된 점토 및 철피막 내 철성분이 공극에서부터 용출되면서 현재와 같이 적색 띠층과 암회색 띠층이 교호하는 특징을 보이는 것으로 생각된다. 이쇄경반층의 생성원인을 좀 더 자세히 살펴보기 위해 박편을 제작하여 기질(Matrix)을 살펴본 결과, 조립질과 세립질의 상대적인 분포는 세립질로 구성된 미세입자들 중간에 굵은 입자들로 구성된 반정질 분포(Porphyric distribution)를 보였으며 분급정도는 중간정도(About 75%)이었다. 적갈색 띠층과 암회색 띠층이 교호하며 분포를 하는데 이방성 토양교질(Anisotropic plasma)인 철성분이 기질 내부 및 채널공극에 그대로 잔존하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 이쇄경반층의 생성원인을 좀 더 자세히 살펴보기 위해 박편을 제작하여 기질(Matrix)을 살펴본 결과, 조립질과 세립질의 상대적인 분포는 세립질로 구성된 미세입자들 중간에 굵은 입자들로 구성된 반정질 분포(Porphyric distribution)를 보였으며 분급정도는 중간정도(About 75%)이었다. 적갈색 띠층과 암회색 띠층이 교호하며 분포를 하는데 이방성 토양교질(Anisotropic plasma)인 철성분이 기질 내부 및 채널공극에 그대로 잔존하고 있음을 확인할 수 있었다. 한편 회색층은 기질 내부에서 공극으로 갈수록 철성분의 감모현상이 강하게 나타나 공극주변의 점토 피막층에서는 회색을 주로 띠고 있었다.
- 5). 적갈색 띠층의 이방성 토양교질(Anisotropic plasma)인 철성분이 기질 내부 및 채널공극에 그대로 잔존하고 있음을 확인할 수 있었다. 한편 회색층은 기질 내부에서 공극으로 갈수록 철성분의 감모현상이 강하게 나타나 공극주변의 점토 피막층에서는 회색을 주로 띠고 있었다.
- 탄산염 광물과 유기물을 제거한 후 층간을 K으로 치환시킨 시료에 대하여 300℃, 550℃ 열처리를 실시한 결과, 550℃ 열처리 후 7Å-계열의 피크가 사라지는 것으로 보아 카올리나이트로 확인되었으며 열처리 후에서 잔존하는 10Å-계열 피크는 일라이트로 확인되었다.
- 편광현미경을 이용하여 토양박편을 관찰한 결과(Fig. 5), 미세토양구조는 주로 약하게 발달된 아각상구조(Subangular blocky structure)로 500 µm~5 mm이었으며, 토괴사이에는 짧은 면상공극(Planar voids)과 채널공극(Channel voids)에 의해 대부분이 분리되어 있었고, 토괴 내부에는 정동 공극(Vugh voids)과 채널 공극이 소량 분포하고 있었다.
- 2008, Table 2), 염기포화도는 낮은 편이었다. 표토(A층)와 이쇄경반층으로 구분하여 토양의 화학적 특성을 살펴보면, pH, 치환성 Ca, Mg, Na는 심토에서 높았으며 유기물과 치환성 K는 표토에서 높게 나타났다. 토양의 pH값은 토심이 깊어질수록 증가하는 경향으로 Miller et al.
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