본 연구는 충청남도 서산시 웅도 백운암에서 산출되는 석면에 대하여 박편관찰, X-선 회절분석, 주사전자현미경 관찰 등을 통해 석면의 광물학적 및 형태적 특성을 규명하고, 백운암의 광물학적 특성과의 상관관계를 통해 석면의 형성과정을 알아보고자 하였다. 연구 결과, 석면을 함유하고 있는 모암은 열수 변질 및 변성작용을 받았으며, 광물학으로는 주로 백운석과 소량의 방해석, 석영, 활석, 각섬석, 휘석 등으로 이루어진 백운암인 것으로 밝혀졌다. 모암 내 존재하는 석면은 섬유상-침상 입자형태를 가진 양기석-투각섬석계 석면이었으나, 변성정도에 따라 주상 및 침상형태를 가진 비석면형의 양기석-투각섬석도 존재하는 것이 확인되었다. 주상이나 침상 형태의 광물을 전자현미경으로 분석한 결과, 주상의 경우 벽개면을 따라 더 작은 침상 또는 주상의 입자로 쪼개지는 특성을 나타내어, 풍화과정에 의한 쪼개짐 현상에 의해 석면입자로 산출될 수 있음을 알 수 있었다. 특히 양기석-투각섬석 광물군에서 너비가 $1{\mu}m$ 이하인 휘어진 형태의 섬유상 석면 입자가 발견되었다. 기존 연구에서는 백운암 내에서 거의 발견되지 않았던 석면 입자가 웅도 백운암에서 검출되었고, 광물학적 분석 결과 석면광물은 Ca, Mg를 함유한 백운암질 석회암이 열수 변질을 받는 과정에서 형성되었으며, 주로 양기석-투각섬석 석면형태로 존재하는 것으로 밝혀졌다.
본 연구는 충청남도 서산시 웅도 백운암에서 산출되는 석면에 대하여 박편관찰, X-선 회절분석, 주사전자현미경 관찰 등을 통해 석면의 광물학적 및 형태적 특성을 규명하고, 백운암의 광물학적 특성과의 상관관계를 통해 석면의 형성과정을 알아보고자 하였다. 연구 결과, 석면을 함유하고 있는 모암은 열수 변질 및 변성작용을 받았으며, 광물학으로는 주로 백운석과 소량의 방해석, 석영, 활석, 각섬석, 휘석 등으로 이루어진 백운암인 것으로 밝혀졌다. 모암 내 존재하는 석면은 섬유상-침상 입자형태를 가진 양기석-투각섬석계 석면이었으나, 변성정도에 따라 주상 및 침상형태를 가진 비석면형의 양기석-투각섬석도 존재하는 것이 확인되었다. 주상이나 침상 형태의 광물을 전자현미경으로 분석한 결과, 주상의 경우 벽개면을 따라 더 작은 침상 또는 주상의 입자로 쪼개지는 특성을 나타내어, 풍화과정에 의한 쪼개짐 현상에 의해 석면입자로 산출될 수 있음을 알 수 있었다. 특히 양기석-투각섬석 광물군에서 너비가 $1{\mu}m$ 이하인 휘어진 형태의 섬유상 석면 입자가 발견되었다. 기존 연구에서는 백운암 내에서 거의 발견되지 않았던 석면 입자가 웅도 백운암에서 검출되었고, 광물학적 분석 결과 석면광물은 Ca, Mg를 함유한 백운암질 석회암이 열수 변질을 받는 과정에서 형성되었으며, 주로 양기석-투각섬석 석면형태로 존재하는 것으로 밝혀졌다.
The occurrence and mineralogical characteristics of asbestos in dolostone at Ungdo, Seosan were investigated by analyses of PLM, XRD, and SEM/EDS. Representative outcrops of dolostone at Ungdo were examined and four dolostone samples were collected according the occurrence type to identify the shape...
The occurrence and mineralogical characteristics of asbestos in dolostone at Ungdo, Seosan were investigated by analyses of PLM, XRD, and SEM/EDS. Representative outcrops of dolostone at Ungdo were examined and four dolostone samples were collected according the occurrence type to identify the shape of asbestos in dolostone samples. The host rock of dolostone had been produced from the hydrothermal alteration and/or thermal metamorphism of which main source was assumed as the acidic granite. Tremolites were observed near the cracks or fractures of the dolostone as tamping or gob types. From the mineralogical analyses, main minerals of dolostone were dolomite with calcite, quartz, talc, amphibole, and pyroxene. From SEM/EDS analyses, tremolite-actinolite asbestoses were observed in dolostone and their shapes were prismatic and fibrous (less than $1{\mu}m$ in width). Non-asbestos prismatic forms were also found and they would transfer to asbestos particles resulting from the cleavage and fracture of the prismatic particles. Overall results suggest that asbestoses in Ungdo dolosotnes were mainly tremolite-actinolite and they were originated from the hydrothermal alteration of Ca-Mg rich dolostone.
The occurrence and mineralogical characteristics of asbestos in dolostone at Ungdo, Seosan were investigated by analyses of PLM, XRD, and SEM/EDS. Representative outcrops of dolostone at Ungdo were examined and four dolostone samples were collected according the occurrence type to identify the shape of asbestos in dolostone samples. The host rock of dolostone had been produced from the hydrothermal alteration and/or thermal metamorphism of which main source was assumed as the acidic granite. Tremolites were observed near the cracks or fractures of the dolostone as tamping or gob types. From the mineralogical analyses, main minerals of dolostone were dolomite with calcite, quartz, talc, amphibole, and pyroxene. From SEM/EDS analyses, tremolite-actinolite asbestoses were observed in dolostone and their shapes were prismatic and fibrous (less than $1{\mu}m$ in width). Non-asbestos prismatic forms were also found and they would transfer to asbestos particles resulting from the cleavage and fracture of the prismatic particles. Overall results suggest that asbestoses in Ungdo dolosotnes were mainly tremolite-actinolite and they were originated from the hydrothermal alteration of Ca-Mg rich dolostone.
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문제 정의
본 연구는 충청남도 서산시 웅도 백운암 지역에서 산출되는 석면의 광물학적 및 형태적 특성 등을 확인하고 백운암과의 상관관계를 통해 석면의 형성과정에 대하여 조사하였다. 조사 지역은 선캠브리아기의 서산층군에 해당하는 백운암질 석회암으로, 이들 지역에 현장 지질조사를 실시하여 백운암 시료를 채취하였으며, 박편관찰, X-선 회절분석 및 주사전자현미경 관찰 등을 통하여 구성광물의 형태를 분석함으로써, 국내 백운암 내 존재하는 석면의 광물학적 특성을 규명하였다.
본 연구에서는 국내에서는 아직 보고되지 않았던 서산 웅도 백운암에서 산출되는 양기석-투각섬석의 광물학적 특성과 다양한 석면 입자형태를 관찰하여 백운암에서 산출되는 석면의 광물학적 특성을 밝히고자 한다.
제안 방법
X-선 회절분석은 SHIMADZU사의 LabX XRD-6000 기기를 사용하여, CuKα선과 Ni필터에 의한 X-선으로 가속 전압 40 kV, 주사 속도 1°2θ/min, 시정수 1 sec, 슬릿 1°~0.3 mm~1°의 조건으로 측정하였다.
4). 방해석과 백운석은 현미경하에서 구별하기 매우 어렵기 때문에 묽은염산(HCl)과 알리자린 레드 에스(alizarin red S)을 이용하여 반응시키면, 방해석은 반응하여 적색 침전물을 만드는 반면, 백운석은 반응을 거의 하지 않아 색이 변하지 않는 특성을 이용하여 구별하였다. 백운석들은 주로 능면체, 입상, 괴상의 일반적인 백운석의 결정형태로 존재하였으며, 백운석 주변에서 주상, 침상, 섬유상 형태를 보이는 다양한 양기석-투각섬석이 관찰되었다.
본 연구는 충청남도 서산시 웅도 백운암 지역에서 산출되는 석면의 광물학적 및 형태적 특성 등을 확인하고 백운암과의 상관관계를 통해 석면의 형성과정에 대하여 조사하였다. 조사 지역은 선캠브리아기의 서산층군에 해당하는 백운암질 석회암으로, 이들 지역에 현장 지질조사를 실시하여 백운암 시료를 채취하였으며, 박편관찰, X-선 회절분석 및 주사전자현미경 관찰 등을 통하여 구성광물의 형태를 분석함으로써, 국내 백운암 내 존재하는 석면의 광물학적 특성을 규명하였다.
주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)에서 석면의 섬유조직 형태를 확인하기 위하여 모암시료를 핸드밀로 100 µm 이하로 분쇄하여, 가속전압 20 kV, 10~15 nA의 측정 조건에서 관찰하였으며, 에너지 분산 분광장치(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)를 이용하여 정성분석을 실시하였다.
채취한 암석시료는 볼밀과 핸드밀을 이용하여 100 µm이하로 분쇄한 후 석면의 광물학적 분석을 위해 X-선 회절분석(XRD)을 실시하였다.
핸드밀을 이용을 이용하여 100 µm 이하로 분쇄하고, 75 µm크기의 체에 체가름하였다. 체가름한 시료는 특정한 굴절용액과 편광현미경(ATMICROSCOPE, PS300)을 사용하여 광물의 형태, 분산염색의 색상, 복굴절, 소광각, 신장부호를 확인하여 석면 여부 및 종류를 규명하였다(Perkins and Harvey, 1993).
대상 데이터
지질도에서는 이 지역을 석회암 및 편암으로 기재되어 있지만(Kim and Hwang, 1982), 야외조사 시 노두에서 묽은 염산을 이용하여 관찰한 결과 백운암질 석회암이 주이고 그 외 각섬석 편암과 운모편암, 박층의 규암이 협재되어 있었다. 본 연구의 목적인 백운암 내에서 산출되는 석면 특성을 규명하기 위하여 Fig. 1과 같이 웅도 해안선의 노두를 따라 석면이 함유될 수 있는 백운암을 대상으로 외형적으로 층상, 섬유상, 주상을 보이는 4지점(U1~ U4)에서 노두를 관찰하였고, 분석을 위하여 암석 시료를 채취하였다.
연구지역인 충청남도 서산시 대산읍 웅도리는 선캠브리아기의 서산층군에 해당하며 상부규암, 석회암 및 편암, 대산리층 흑운모 편암으로 이루어져 있고 이 암층들은 대체로 북동-남서 방향의 분포상태를 보인다. 지질도에서는 이 지역을 석회암 및 편암으로 기재되어 있지만(Kim and Hwang, 1982), 야외조사 시 노두에서 묽은 염산을 이용하여 관찰한 결과 백운암질 석회암이 주이고 그 외 각섬석 편암과 운모편암, 박층의 규암이 협재되어 있었다.
이론/모형
석면의 조직과 형태를 관찰하기 위하여 Nikon 사의 모델 ECLIPSE LV100N POL 편광현미경과 ZEISS사의 모델 SUPRA 25 FE-SEM 주사전자현미경을 사용 하였다. 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)에서 석면의 섬유조직 형태를 확인하기 위하여 모암시료를 핸드밀로 100 µm 이하로 분쇄하여, 가속전압 20 kV, 10~15 nA의 측정 조건에서 관찰하였으며, 에너지 분산 분광장치(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)를 이용하여 정성분석을 실시하였다.
3 mm~1°의 조건으로 측정하였다. 편광현미경(Polarized Light Microscopy: PLM)에 의한 석면의 광학적 분석 방법으로는 미국환경보호청(EPA)의 EPA600/R93-116 방법을 적용하였다. 핸드밀을 이용을 이용하여 100 µm 이하로 분쇄하고, 75 µm크기의 체에 체가름하였다.
성능/효과
웅도 백운암은 백운석과 소량의 방해석, 석영, 활석, 휘석 등으로 이루어진 백운암질 석회암이며, 다량의 양기석-투각섬석이 발견되었다. 그 외에 담황색, 적갈색 등을 띠는 세맥 및 변질부는 주로 일라이트로 구성되어 있으며 침철석과 같은 산화철 광물과 카올린 광물 등이 포함되어, 웅도 백운암에서 산출되는 양기석-투각섬석이 Ca, Mg를 함유한 백운암질 석회암이 열원과 수용액 유체에 의한 열수 변질 및 변성작용을 받아 형성된 것임을 알 수 있었다.
노두를 조사한 결과 웅도지역의 백운암은 조립의 결정질로 열수변질을 많이 받아 육안으로도 구별이 가능한 섬유상의 투각섬석이나 양기석을 많이 포함하고 있었고(Fig. 3(A)와 Fig.
웅도 백운암 내의 석면 광물을 확인하기 위한 X-선 회절분석 결과, U1~U4 지역 모두 양기석과 투각섬석이 함유되어 있으며, 그 외 백운석, 휘석, 활석, 석영 등을 포함하고 있었다(Table 2). 양기석-투각섬석의 회절선(2θ)은 10.
웅도 백운암에 대해 특정의 굴절액에 침액하여 편광현미경으로 광물의 형태를 조사하기 위해 굴절율 1.605로 확인한 결과 각섬석류 석면은 주황색이 청색으로 변하였으며, U1, U2와 U4의 시료에서는 비석면형(non-asbestiform) 각섬석류가 확인되고, U3시료에서 석면형(asbestiform) 각섬석류가 확인되었다(Table 2).
6(C)). 전자현미경 분석결과 백운암 시료의 석면 입자 분석 결과는 PLM 분석결과와 거의 일치하는 것으로 나타났다(Table 2의 산출상 참조).
전자현미경의 EDS를 이용한 분석 결과, Si, Mg, Ca, Fe으로 구성된 양기석-투각섬석 광물들이며, 전자현미경으로 관찰한 결과, 양기석-투각섬석은 섬유상(fibrous), 침상(acicular), 주상(columnar)과 같은 매우 다양한 입자 형태로 산출되었다. 웅도 백운암 U1 시료는 주상의 각섬석 입자가 벽개를 따라 더 작은 침상 또는 주상 입자로 쪼개지는 특성을 나타내며 쪼개진 입자들이 석면입자를 형성할 수 있을 것으로 판단되었다(Fig.
주사전자현미경(SEM)과 편광현미경 등을 사용하여 양기석-투각섬석의 형태적 특성을 분석한 결과, 양기석-투각섬석은 섬유상, 침상, 주상과 같이 매우 다양한 입자 형태로 산출되었으며, 특히 섬유상 입자형태를 가진 석면형의 양기석-투각섬석이 발견되었다. 침상-주상입자형태를 가진 비석면형의 양기석-투각섬석도 존재 하는 것이 확인되었으며 이러한 입자들은 쪼개짐에 의해 석면형태로 발전할 수 있을 것으로 판단되었다.
편광현미경을 이용하여 광물들의 광학적 특성을 확인한 결과, 웅도 지역 석면의 모암은 백운암으로 주 구성광물은 백운석이며, 소량의 방해석, 석영, 휘석, 양기석-투각섬석 등을 포함하고 있다(Fig. 4). 방해석과 백운석은 현미경하에서 구별하기 매우 어렵기 때문에 묽은염산(HCl)과 알리자린 레드 에스(alizarin red S)을 이용하여 반응시키면, 방해석은 반응하여 적색 침전물을 만드는 반면, 백운석은 반응을 거의 하지 않아 색이 변하지 않는 특성을 이용하여 구별하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석면이란?
석면(asbestos)은 자연계에서 산출되는 6개의 섬유상 광물 종을 총칭하는 용어로서, 주 구성 광물에 따라 사문석(serpentines) 기원인 백석면(chrysotile)과 5 종류의 각섬석류(amphiboles)인 청석면(crocidolite), 갈석면(amosite), 직섬석(anthophylite), 투각섬석(tremolite), 양기석(actinolite) 등 두 그룹으로 분류되며(USGS, 2001; Virta, 2002; IARC, 2012), 이를 정리하여 Table 1에 나타내었다. 석면 중에서 상업적으로 가치가 높은 석면은 백석면으로 주로 초염기성 화성암에서 산출된다.
백석면은 어디서 산출되는가?
석면(asbestos)은 자연계에서 산출되는 6개의 섬유상 광물 종을 총칭하는 용어로서, 주 구성 광물에 따라 사문석(serpentines) 기원인 백석면(chrysotile)과 5 종류의 각섬석류(amphiboles)인 청석면(crocidolite), 갈석면(amosite), 직섬석(anthophylite), 투각섬석(tremolite), 양기석(actinolite) 등 두 그룹으로 분류되며(USGS, 2001; Virta, 2002; IARC, 2012), 이를 정리하여 Table 1에 나타내었다. 석면 중에서 상업적으로 가치가 높은 석면은 백석면으로 주로 초염기성 화성암에서 산출된다. 반면에, 상업 시장 점유율이 백석면에 비해 적은 각섬석계 석면은 사문암(serpentinite), 탄산염암(carbonate rocks), 철광층(iron formation)을 포함한 화성암과 변성암 등 다양한 암종에서 산출된다(Rohbvacher, 1973).
석면의 조직과 형태를 관찰하는 방법은?
석면의 조직과 형태를 관찰하기 위하여 Nikon 사의 모델 ECLIPSE LV100N POL 편광현미경과 ZEISS사의 모델 SUPRA 25 FE-SEM 주사전자현미경을 사용 하였다. 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)에서 석면의 섬유조직 형태를 확인하기 위하여 모암시료를 핸드밀로 100 µm 이하로 분쇄하여, 가속전압 20 kV, 10~15 nA의 측정 조건에서 관찰하였으며, 에너지 분산 분광장치(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS)를 이용하여 정성분석을 실시하였다. 본 연구에서 수행한 석면 분석과정을 정리하여 Fig.
참고문헌 (11)
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Jeong, G.Y. and Choi, J.B. (2013) Asbestiform Tremolite Formed by Chert-Dolomite Reaction and Its Morphological Characteristics. J. Miner. Soc. Korea, v.26, n.2, p.111-118 (in Korean).
Joesten, R. (1991) Local equilibrium in metasomatic processes revisited: diffusion-controlled growth of chert module reaction rims in dolomite. Am. Mineral., v.76, p.743-755.
Kim, D.H. and Hwang, J.H. (1982) Gelological Map of the Daesan . Igog sheet. Korea Institute of Energy and Resources.
Perkins, R.L. and Harvey, B.W. (1993) Test method. Method for the Determination of Asbestos in Bulk Building Materials. (Test Method). Environmental Protection Agency Office of Research and Development, EPA/600/R-93/116.
Rohbvacher, R.G. (1973) Asbestos in the Allamoore Talc District, Hudspeth and Culberson Counties, Texas. Texas Bur. of Econ. Geology, Geol. Circ., n.73, 17p.
USGS (2001) Some Facts about Asbestos (USGS Fact Sheet FS-012-01), p.4.
Virta, R.L. (2002) Asbestos: Geology, Mineralogy, Mining and Uses (Open-File Report 02-149). Reston, VA: US Geological Survey, p.28.
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