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문제 정의
- 이번 연구에서는 황해남동니질대(SEYSM)와 제주도남서니질대(SWCIM)에 포함되어 있는 중광물의 종류 및 함량을 알아보고, 각 중광물의 분포특성을 바탕으로 두 니질대의 중광물 특성을 비교하고자 하였다.
- 중광물중 유용광물 자원으로 여겨지는 저어콘과 모나자이트는 황해남동니질대에서, 금홍석은 제주남서니질대에서 상대적으로 많이 존재한다. 이번 연구의 목적은 황해남동니질대와 제주남서니질대 두 지역 내 중광물 특성이 어떤 차이가 있는가를 규명하는 것이므로, 중광물 분포도, 중광물 지수 및 중광물의 광물화학분석을 통하여 황해남동니질대와 제주남서니질대 두 지역의 차이를 보다 자세하게 연구하였다.
제안 방법
- 1. Marine sediment sample location map used in this study.
- 분리한 중광물은 실체현미경을 사용하여 크기, 색깔 및 모양에 따라 구분하였으며, 전계방출형 주사전자현미경(FE SEM, Field-Emission Scanning Electron Microscope) 관찰을 통해 중광물 표면의 미세 조직을 관찰하였다. 중광물의 정확한 감정을 위하여 에너지 분산형 분광분석기(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)를 사용하여 화학조성을 분석하였다.
- 석류석의 광물화학적인 특성을 (알만딘 + 스페샤틴) - 파이로프(pyrope) - 그로슐라(grossular) 삼각다이아그램을 이용하여 해석하여 보았다(Mange and Morton, 2007). 황해남동니질대 지역의 석류석은 거의 모두 Type A와 Type Bi에 해당되지만, 제주남서니질대 지역 석류석은 Type Bi과 Type Bii에 해당한다(Fig.
- 중광물 중 각섬석, 녹염석 및 석류석은 전자현미분석(EPMA, Electron Probe Micro-Analyzer) 분석을 실시하여 정확한 화학 조성을 구하였다. 약 12,000개의 입자를 실체현미경으로 관찰하였고, 이 중 1,500개 입자를 FE-SEM을 이용하여 분석하였다. FE-SEM과 EPMA 분석은 경상대학교 공동실험실습관에서 보유하고 있는 JSM-7610F FE-SEM과 JEOL JXA-8100을 사용하였다.
- , 2000; Hallsworth and Chisholm, 2008). 이번 연구에서는 석류석, 저어콘, 금홍석 등세 광물은 연구 지역 거의 모두에서 다 산출되기 때문에, 이들을 포함하는 석류석-저어콘 지수(GZi;the garnet-zircon index)와 금홍석-저어콘 지수 (RuZi; the rutile-zircon index)를 이용하여 황해남동니질대와 제주남서니질대 두 지역 중광물 특성을 비교하였다.
- 중광물의 정확한 감정을 위하여 에너지 분산형 분광분석기(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)를 사용하여 화학조성을 분석하였다. 중광물 중 각섬석, 녹염석 및 석류석은 전자현미분석(EPMA, Electron Probe Micro-Analyzer) 분석을 실시하여 정확한 화학 조성을 구하였다. 약 12,000개의 입자를 실체현미경으로 관찰하였고, 이 중 1,500개 입자를 FE-SEM을 이용하여 분석하였다.
- 분리한 중광물은 실체현미경을 사용하여 크기, 색깔 및 모양에 따라 구분하였으며, 전계방출형 주사전자현미경(FE SEM, Field-Emission Scanning Electron Microscope) 관찰을 통해 중광물 표면의 미세 조직을 관찰하였다. 중광물의 정확한 감정을 위하여 에너지 분산형 분광분석기(EDS, Energy Dispersive Spectrometer)를 사용하여 화학조성을 분석하였다. 중광물 중 각섬석, 녹염석 및 석류석은 전자현미분석(EPMA, Electron Probe Micro-Analyzer) 분석을 실시하여 정확한 화학 조성을 구하였다.
대상 데이터
- 약 12,000개의 입자를 실체현미경으로 관찰하였고, 이 중 1,500개 입자를 FE-SEM을 이용하여 분석하였다. FE-SEM과 EPMA 분석은 경상대학교 공동실험실습관에서 보유하고 있는 JSM-7610F FE-SEM과 JEOL JXA-8100을 사용하였다.
- 연구 지역의 석류석은 B자리에는 Al3+이, A자리에는 Fe2+, Mg2+ Mn2+이 포함된 파이랄스파이트(pyralspite)군 석류석이며, 이 중 A자리에 Fe2+의 함량이 많은 알만딘(almandine)-스페사르틴(spessartine)으로 판단된다.
- 이번 연구에 사용된 시료는 한국해양과학기술원(KIOST, Korea Institute of Ocean Science and Technology)과 한국지질자원연구원(KIGAM, Korea Institute of Geology and Mineral Resources)에서 채취된 표층 5 cm 이내의 퇴적물 총 240개의 시료 중, 모래 비율이 20% 이상이 되는 것들을 황해남동니질대와 제주남서니질대 각각 28개씩 선정하여 총 56개에 대하여 실험을 진행하였다. 중광물을 분리하기 위하여 시료 전처리, 자성 광물 분리 및 중액 분리 과정을 수행하였으며, 자세한 실험 과정은 Lee et al.
이론/모형
- 이번 연구에 사용된 시료는 한국해양과학기술원(KIOST, Korea Institute of Ocean Science and Technology)과 한국지질자원연구원(KIGAM, Korea Institute of Geology and Mineral Resources)에서 채취된 표층 5 cm 이내의 퇴적물 총 240개의 시료 중, 모래 비율이 20% 이상이 되는 것들을 황해남동니질대와 제주남서니질대 각각 28개씩 선정하여 총 56개에 대하여 실험을 진행하였다. 중광물을 분리하기 위하여 시료 전처리, 자성 광물 분리 및 중액 분리 과정을 수행하였으며, 자세한 실험 과정은 Lee et al. (2016)의 방법에 따라 실시하였다.
성능/효과
- (1) 황해남동니질대와 제주남서니질대 모두 각섬석과 녹염석 함량이 70% 이상을 점유한다. 황해남동니질대의 경우 저어콘과 스핀이, 제주남서니질대의 경우 인회석과 금홍석이 상대적으로 많은 함량을 나타내며, 모나자이트는 황해남동니질대 일부 지역에서만 산출된다.
- (2) 저어콘의 경우 황해남동니질대 동부에서 서부로 갈수록 감소하는 경향을, 스핀과 모나자이트는 황해남동니질대 북부에서 남부로 갈수록 감소하는 경향을 보여준다. 금홍석은 제주남서니질대 외곽 지역이 중심부 지역보다 더 많은 함량을 나타낸다.
- (3) 황해남동니질대는 낮은 석류석-저어콘 지수와 금홍석-저어콘 지수를, 제주남서니질대는 높은 석류석-저어콘 지수와 금홍석-저어콘 지수를 가진다.
- (4) 황해남동니질대에서 산출된 각섬석은 대부분 보통각섬석에 해당되지만, 제주남서니질대에서 산출된 각섬석은 파가사이트, 처마카이트, 보통각섬석, 투각섬석 등 다양한 조성을 가진다. 황해남동니질대 지역의 석류석은 높은 Mg와 낮은 Ca 함량을 가지는 Type A와 Type Bi에 해당되지만, 제주남서니질대 지역 석류석은 낮은 Mg와 다양한 Ca 함량을 가지는 Type B에 해당한다.
- (5) 중광물 종류와 함량, 중광물 분포도, 중광물 지수 및 중광물의 광물화학을 통하여 황해남동니질대와 제주남서니질대는 서로 다른 특성을 가지는 것으로 여겨지며, 이것은 퇴적물 기원지가 다르다는 것을 지시한다.
- 2A). 두 번째로 많이 존재하는 중광물인 녹염석은 옅은 초록빛을 띠고, 원마도가 좋지 않고 모양이 불규칙적이었으며, SEM 관찰결과 표면에 여러 개의 균열과 마모를 심하게 받은 부분이 존재하여 풍화를 받은 것을 알 수 있었다(Fig. 2B).
- 연구지역의 중광물 중 가장 많은 함량을 나타내는 각섬석은 진한 초록색을 띠며, 대체로 주상이고 각진 형태로 산출되었으며 한 방향의 쪼개짐이 관찰되었다. SEM 관찰 결과에서도 각진 형태와 쪼개짐이 잘 나타난다(Fig.
- 각섬석과 녹염석은 두 지역 모두에서 중광물의 주구성광물로서 그 합은 70% 이상이다. 저어콘과 스핀은 황해남동니질대에서, 그리고 인회석과 금홍석은 제주남서니질대에서 우세하게 산출되는 경향을 보였다.
- 석류석은 연분홍색이나 옅은 빨간색을 띠며, 모양은 불규칙적이고 각진 형태로, SEM 관찰 결과 표면이 다른 광물 입자에 비해 상대적으로 매끄럽다. 특히 제주남서니질대의 석류석은 황해남동니질대의 석류석에 비해 입자 표면이 깨끗하고 모양이 각진 것을 통해 풍화를 덜 받은 것으로 판단되었다. 스핀은 노란빛을 띄며 실체현미경상에서 석류석과 비슷한 모양으로 관찰되었으나 SEM관찰에서 표면이 거칠어 그 차이를 확인할 수 있었다(Fig.
- 금홍석은 짙은 붉은색을 띄며, 주상의 입자와 불규칙적인 형태의 입자가 나타난다. 황해남동니질대의 일부 지역에서 발견된 모나자이트는 옅은 초록빛 내지 주황빛으로 나타났으며, 원마도가 뛰어나게 관찰되었다(Fig. 3C).
후속연구
- , 1988; Lee and Chough, 1989). 해양 퇴적물의 근원지를 정확하게 연구하기 위해서는 퇴적물 유입 경로와 주변 하천 퇴적물에 대한 중광물 연구가 필수적이므로, 추후 하천 퇴적물에 대한 중광물 연구가 수행될 경우 더욱 정확한 퇴적물 근원지와 이동 경로에 대한 해석을 할 수 있을 것으로 판단된다.
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