[논문]대전 화강암지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량: 다른 화강암지역과의 비교

윤욱; 김문수; 정도환; 황재홍; 조병욱

doi:10.9720/kseg.2018.4.631

대전 화강암지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량: 다른 화강암지역과의 비교
Uranium and Radon Concentrations in Groundwater of the Daejeon Granite Area: Comparison with Other Granite Areas 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.28 no.4, 2018년, pp.631 - 643

윤욱 (한국지질자원연구원 지하수연구센터) , 김문수 (국립환경과학원 토양지하수연구과) , 정도환 (국립환경과학원 토양지하수연구과) , 황재홍 (한국지질자원연구원 지질자원데이터센터) , 조병욱 (한국지질자원연구원 지하수연구센터)

초록
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대전지역의 지질별 지하수의 우라늄, 라돈함량을 파악하기 위하여 80개의 지하수를 채취하였다. 지질별 지하수의 우라늄 함량 중앙값은 복운모화강암지역은 $11.14{\mu}g/L$, 흑운모화강암지역은 $0.90{\mu}g/L$, 옥천 층군은 $0.47{\mu}g/L$으로 복운모화강암지역에서 월등히 높았다. 지질별 지하수의 라돈 함량 중앙값은 복운모화강암지역은 114.3 Bq/L, 흑운모 화강암지역은 61.6 Bq/L, 옥천층군은 42.2 Bq/L로 나타나 지질별 지하수의 우라늄 함량 차이만큼 현지하지는 않았다. 연구지역 복운모화강암의 우라늄 평균함량은 3.78 mg/kg으로 흑운모화강암의 3.20 mg/kg보다 약간 높지만 지하수의 우라늄 함량은 월등히 높다. 이는 복운모화강암은 흑운모화강암에 비하여 풍화에 약하여 광물내 우라늄이 지하수로 쉽게 용출되는 것으로 설명될 수 있으나 추가 연구가 필요하다. 지하수의 우라늄 함량에 비해서 복운모화강암과 흑운모화강암지역 지하수의 라돈 함량에 큰 차이가 없는 것은 복운모화강암지역은 풍화에 약하기 때문에 지하수내 라돈이 대기로 쉽게 빠져나가기 때문으로 판단된다. 연구지역 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 $30{\mu}g/L$를 초과하는 비율은 23.8%로 국내 쥬라기화강암의 초과율인 6.7%보다도 높으나 라돈함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 31.0%로 국내 쥬라기화강암지역의 초과율인 31.7%와 비슷하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Uranium and radon concentrations in groundwater from 80 wells from Daejeon area were measured to determine the range of concentrations according to the geology. The median uranium content of groundwater was $11.14{\mu}g/L$ for the two-mica granite, $0.90{\mu}g/L$ for the biotite granite, and $0.47{\mu}g/L$ for the Ogcheon group. The median radon content of groundwates was 114.3 Bq/L for the two-mica granite, 61.6 Bq/L for the biotite granite, and 42.2 Bq/L for the Ogchon group, respectively. The uranium content of two-mica granite is 3.78 mg/ kg, which is slightly higher than that of biotite granite 3.20 mg/kg. However, the uranium content in groundwatewr of two-mica granite groundwater is much higher than that of biotite granite. This can be explained by the fact that the two-mica granite is vulnerable to weathering than biotite granite, so uranium in mineral is easily leached into groundwater. The exceeding rate of samples having uranium content above $30{\mu}g/L$ in granite area was 23.8%, which is higher than that of 6.7% in Jurassic granite in Korea. On the other hand, the exceeding rate of samples having radon content above 148 Bq/L in granite rate area was 31.0% which is similar to that of Jurassic granite area of 31.7%.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Location and lithology map of the study area with sampling points.
표 Table 1.Geological sequences of the study area
그림 Fig. 2. Distribution diagram of uranium concentration occurrence in the groundwaters of the study area.
표 Table 2. Physicochemical properties of 80 groundwater samples in the study area
그림 Fig. 3. Spatial distribution of uranium concentrations in groundwater on a simplified geological map of the study area.
표 Table 3. Statistical analysis of the uranium concentrations in the groundwater of each geology
그림 Fig. 4. Distrubution diagram of radon concentration occurrence in th groundwaters of the study area.
표 Table 4. Statistical analysis of the radon concentrations in the groundwater of each geology.
그림 Fig. 5. Spatial distribution of groundwater radon levels on a simplified geological map of the study area.
그림 Fig. 6. Relationship between U and Rn concentrations in groundwater of the study area.
그림 Fig. 7. Distribution diagram of uranium (e(U)) concentration occurrence in the granite of the study area.
표 Table 5. Statistical analysis of the e(U) concentrations in the rock of each geology.

AI 본문요약
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문제 정의

4 Bq/L로 보고한 바 있다. 본 논문에서는 대전지역중에서도 주로 화강암지역 지하수의 우라늄과 라돈 함량 정도를 파악하고 이를 국내 다른 화강암지역 지하수의 우라늄, 라돈 함량과 비교, 함량 차이의 원인을 해석함에 그 목적이 있다.

가설 설정

백운모는 페그마타이트의 발달이 현저한 곳에서 입도가 커지면서 함량도 증가한다. 백운모보다 흑운모의 함량이 우세하며 백운모의 함량이 적은 곳은 흑운모화강암과 구분하기 힘들다. 4개 암석시료의 분석 결과 흑운모 함량은 1.
그러나 흑운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 국내 쥬라기화강암지역 지하수보다 낮으며 백악기화강암지역 지하수와 비슷한 함량을 보였다. 연구지역 복운모화강암의 우라늄 함량은 국내 화강암의 우라늄 함량보다 약간 낮거나 비슷하지만 지하수의 우라늄 함량은 오히려 더 높다. 복운모화강암지역 지하수의 라돈 함량은 흑운모화강암지역 지하수의 약 2배 정도로서 우라늄만큼큰 차이를 보이지 않는다.
복운모화강암지역 지하수의 라돈 함량은 흑운모화강암지역 지하수의 약 2배 정도로서 우라늄만큼큰 차이를 보이지 않는다. 연구지역 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 30 µg/L를 초과하는 비율은 국내 쥬라기화강암지역의 3-4배이나 흑운모화강암지역 지하수의 초과율은 비슷하다. 복운모화강암지역 지하수의 라돈함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 국내 쥬라기화강암지역의 초과율과 비슷하며 흑운모화강암지역 지하수의 라돈 함량이 148Bq/L를 초과는 비율은 복운모화강암지역의 30%에 불과하다.
7 m로 대부분의 지하수는 기반암에서 산출되는 것으로 볼 수 있으나 지하수공의 설계에 따라서 천부지하수의 공내 유입도 배제할 수는 없다. 지하수의 용도는 대부분이 음용 또는 생활용수로 이용된다. 지하수의 수질은 pH가 6.

제안 방법

대전 화강암지역 지하수의 우라늄, 라돈 함량 범위와 특성을 파악하기 위하여 80개 지하수에 대해 함량을 분석하고 이를 복운모화강암, 흑운모화강암, 옥천층군으로 구분하였다. 지하수의 우라늄 함량은 복운모화강암지역 지하수에서 월등히 높게 나타났으며 국내 쥬라기화강암과 백악기화강암지역 지하수보다도 크게 높은 것으로 나타났다.
지하수의 우라늄과 라돈 함량은 모암의 우라늄 함량과 밀접한 관계가 있기 때문에 감마레이 스펙트로메트리를 이용하여 주로 화강암으로 이루어진 유성구 일대 암석의 우라늄 함량(e(U))을 측정하였다. 감마레이 스펙트로메트리 측정 방법은 암석(풍화대)내의 우라늄으로부터 방출되는 감마선을 감지하여 e(U) 함량을 측정하는 것이다.

대상 데이터

, 1980). 연구지역에서 채취된 80개 지하수 시료의 지질분류는 1:50,000 전자지질도에서 추출한 지질도를 이용하였다(Fig. 1).
연구지역에서는 총 80개의 지하수 시료가 채취되었는데 주로 2008년에 채취되었고 일부는 2006년과 2009년에도 채취되었다. 전체 시료중 42개는 복운모화강암지역에서 채취되었고 흑운모화강암지역에서 18개, 옥천층군에서 17개, 백악기의 반암류에서는 3개가 채취되었다(Fig.
연구지역에서는 총 80개의 지하수 시료가 채취되었는데 주로 2008년에 채취되었고 일부는 2006년과 2009년에도 채취되었다. 전체 시료중 42개는 복운모화강암지역에서 채취되었고 흑운모화강암지역에서 18개, 옥천층군에서 17개, 백악기의 반암류에서는 3개가 채취되었다(Fig. 1).
이에 따라서 2008년부터는 화강암의 분포비율이 높은 시, 군을 우선 조사대상 지역으로 한 지하수의 자연방사성물질 정밀조사가 이루어졌다. 주요 조사, 연구 내용으로는 이천지역 74개 지하수에 대한 우라늄과 라돈 함량연구(Cho et al., 2011), 논산지역 100개 지하수의 우라늄, 라돈 함량연구(Cho et al., 2012), 괴산지역 200개 지하수의 우라늄, 라돈 함량(NIER, 2012), 용인지역 100 개 지하수의 우라늄, 라돈 함량(NIER, 2013) 등이 있다.

데이터처리

45 µm 멤브레인 필터로 여과한 후 농질산을 가하여 pH 2로 유지시켰다. 채취된 시료들은 한국지질자원연구원 지질자원분석연구센타로 운반하여 ICP-MS (DRC-II, Perkin Elmer)로 우라늄 함량을 분석하였다.
실내 분석시간과 채취시간과의 보정을 위하여 vial에는 시료채취 시간을 기재하였다. 채취된 시료들은 한국지질자원연구원으로 운반하여 파형분석(Pulse shape analysis: PSA) 기능을 가진 액체섬광계수기(Quantulus 1220TM, Perkin-Elmer Co.)로 분석하였는데 PSA 준위 100에서 300분간 계측했을 때 검출 하한치는 약 0.12 Bq/L이다.

성능/효과

80개 지하수중 미국 EPA의 제안치(Alternative Maximum Contaminant Level: AMCL)인 148 Bq/L (USEPA, 2009)를 넘는 비율은 23.2%로서 국내 4,120개 지하수의 라돈 함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율인 18.9% (NIER, 2016)보다 약간 높다. 지질별로 구분하면 복운모화강암지역 지하수의 라돈 함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 31.
지하수의 우라늄 함량은 복운모화강암지역 지하수에서 월등히 높게 나타났으며 국내 쥬라기화강암과 백악기화강암지역 지하수보다도 크게 높은 것으로 나타났다. 그러나 흑운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 국내 쥬라기화강암지역 지하수보다 낮으며 백악기화강암지역 지하수와 비슷한 함량을 보였다. 연구지역 복운모화강암의 우라늄 함량은 국내 화강암의 우라늄 함량보다 약간 낮거나 비슷하지만 지하수의 우라늄 함량은 오히려 더 높다.
79 µg/L보다도(NIER, 2016) 훨씬 더 높다. 또한 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 국내 다른 화강암지역 지하수의 우라늄 함량보다도 높다. 즉, 쥬라기 흑운모화강암지역에 위치하는 이천 74개 지하수의 중앙값인 2.
복운모화강암, 흑운모화강암, 옥천층군지역 지하수의 심도와 pH, ORP, DO 값에 차이가 없으며(Table 2) 복운모화강암과 흑운모화강암의 암석내 우라늄 평균함량은 각각 3.78 mg/kg, 3.20 mg/kg으로 큰 차이가 없음에도 불구하고 지하수의 우라늄 함량 중앙값은 각각 11.2 µg/L, 0.90 µg/L으로 차이가 크다(Table 5). 이는 복운모화강암지역은 흑운모화강암 지역에 비하여 열수변질대 등의 발달로 인해서(Hwang, 2013) 풍화에 약하여 우라늄을 포함하고 있는 광물이 모암으로부터 쉽게 분리되어 지하수로 쉽게 용출될 수도 있기 때문으로 판단된다(Cothern and Rebers, 1990; Riedel and Kübeck,2018).
연구지역 복운모화강암의 우라늄 함량은 국내 화강암의 우라늄 함량보다 약간 낮거나 비슷하지만 지하수의 우라늄 함량은 오히려 더 높다. 복운모화강암지역 지하수의 라돈 함량은 흑운모화강암지역 지하수의 약 2배 정도로서 우라늄만큼큰 차이를 보이지 않는다. 연구지역 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 30 µg/L를 초과하는 비율은 국내 쥬라기화강암지역의 3-4배이나 흑운모화강암지역 지하수의 초과율은 비슷하다.
연구지역 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 30 µg/L를 초과하는 비율은 국내 쥬라기화강암지역의 3-4배이나 흑운모화강암지역 지하수의 초과율은 비슷하다. 복운모화강암지역 지하수의 라돈함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 국내 쥬라기화강암지역의 초과율과 비슷하며 흑운모화강암지역 지하수의 라돈 함량이 148Bq/L를 초과는 비율은 복운모화강암지역의 30%에 불과하다.
연구지역 복운모화강암지역에 위치하는 지하수의 라돈 함량은 흑운모화강암지역 지하수보다 높으나 국내 다른 흑운 화강암지역 지하수의 라돈 함량과 비슷하다. 그러나 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 흑운모화강암지역 지하수에 비해서 월등히 높게 검출되고 있으며 이의 주 원인은 풍화에 의한 우라늄광물의 분리와 용해(Cothern and Rebers, 1990; Riedel and Kübeck^, 2018), 화강암맥과 열수변질대의 우라늄 이상대의 존재(Hwang, 2013), 복운모화강암내 우라늄 광물의 산출특징과 존재형태(Choo, 2002) 등을 제시했으나 추가 연구가 필요하다.
연구지역 지하수의 우라늄 함량을 지질로 구분하면 복운모화강암지역 지하수에서 월등히 높게 나타난다(Table 3, Fig. 3).
9% (NIER, 2016)보다 약간 높다. 지질별로 구분하면 복운모화강암지역 지하수의 라돈 함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 31.0%로 국내 1,546개 쥬라기화강암지역 지하수의 라돈 함량 초과율인 31.7% (NIER, 2016)와 비슷하다. 한편 흑운모화강암지역 지하수의 라돈 함량이 148 Bq/L를 초과하는 비율은 11.
9%에 달한다. 지질별로 구분하면 연구지역 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 30 µg/L를 초과하는 비율은 23.8%나 되고 100 µg/L를 초과하는 비율도 9.5%나 되어 국내 쥬라기화강암지역 1,562개 지하수와 백악기화강암지역 229개 지하수의 우라늄 함량이 30 µg/L를 초과하는 비율인 6.7%, 1.3%보다도(NIER, 2016) 월등히 높다. 한편 연구지역 18개 흑운모화강암지역 지하수에서 우라늄 함량이 30 µg/L를 넘는 시료는 2개에 불과하고 옥천층군에서는 30 µg/L를 넘는 지하수가 없다(Tables 2 and 3).
지질별로 보면 32개 복운모화강암의 우라늄 평균 함량은 3.78 mg/kg으로 9개 흑운모화강암의 평균 함량인 3.20 mg/kg보다도 약간 높다. 한편 4개 반암의 평균 우라늄 함량은 3.
대전 화강암지역 지하수의 우라늄, 라돈 함량 범위와 특성을 파악하기 위하여 80개 지하수에 대해 함량을 분석하고 이를 복운모화강암, 흑운모화강암, 옥천층군으로 구분하였다. 지하수의 우라늄 함량은 복운모화강암지역 지하수에서 월등히 높게 나타났으며 국내 쥬라기화강암과 백악기화강암지역 지하수보다도 크게 높은 것으로 나타났다. 그러나 흑운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 국내 쥬라기화강암지역 지하수보다 낮으며 백악기화강암지역 지하수와 비슷한 함량을 보였다.

후속연구

연구지역 복운모화강암지역에 위치하는 지하수의 라돈 함량은 흑운모화강암지역 지하수보다 높으나 국내 다른 흑운 화강암지역 지하수의 라돈 함량과 비슷하다. 그러나 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 흑운모화강암지역 지하수에 비해서 월등히 높게 검출되고 있으며 이의 주 원인은 풍화에 의한 우라늄광물의 분리와 용해(Cothern and Rebers, 1990; Riedel and Kübeck^, 2018), 화강암맥과 열수변질대의 우라늄 이상대의 존재(Hwang, 2013), 복운모화강암내 우라늄 광물의 산출특징과 존재형태(Choo, 2002) 등을 제시했으나 추가 연구가 필요하다. 아울러 연구지역을 제외한 국내 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량도 높은지에 대해서도 연구가 필요하다.
32로 높지는 않다. 또한 연구지역 복운모화강암과 흑운모화강암의 관계는 점이적이기 때문에(Park et al., 1977) 흑운모화강암보다 백운모화강암의 풍화가 더 잘 일어나며 이로 인해 우라늄을 포함하는 광물이 쉽게 분리되어 지하수로 용해되어 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 월등히 높다는 것에 대해서는 보다 심도 있는 연구가 필요하다. 연구지역복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량이 높은 다른 설명으로는 복운모화강암내의 화강암맥과 열수변질대의 우라늄 이상대 때문으로도 연구되고 있다(Hwang, 2013).
그러나 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량은 흑운모화강암지역 지하수에 비해서 월등히 높게 검출되고 있으며 이의 주 원인은 풍화에 의한 우라늄광물의 분리와 용해(Cothern and Rebers, 1990; Riedel and Kübeck^, 2018), 화강암맥과 열수변질대의 우라늄 이상대의 존재(Hwang, 2013), 복운모화강암내 우라늄 광물의 산출특징과 존재형태(Choo, 2002) 등을 제시했으나 추가 연구가 필요하다. 아울러 연구지역을 제외한 국내 복운모화강암지역 지하수의 우라늄 함량도 높은지에 대해서도 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	라돈은 어떻게 생성되나?	82일인 무색, 무취의 불활성기체이다. 라돈은 우라늄(238U) 방사능계열의 5번째 산물로서 토양이나 암석내의 라듐(226Ra)의 방사능 붕괴로 생성된다. 반감기가 짧은 라돈은 붕괴시 알파입자를 발생시키는데 이를 흡입하거나 섭취하면 인체에 위해하다.
	우라늄의 위험성은?	우라늄은 자연계에서 미량원소로 나타나는 자연방사성물질의 하나로서 지하수의 우라늄은 독성물질로 간주된다. 우라늄은 반감기가 길기 때문에 화학적 독성이 방사성독성보다 6배나 더 크며(Kurttio et al., 2002; Milvy and Cothern, 1990) 우라늄의 함량이 일정량 이상인 지하수를 장기간 음용시 신장 독성을 유발할 수 있다(WHO, 2011). 지하수내 우라늄의 기원은 일부 원자력발전소, 인산염비료, 광산채굴 등의 인위적인 요인에도 기인하나 대부분은 풍화에 의한 암석내 우라늄 함유 광물의 분리, 우라늄의 용출, 대수층내에서의 이동에 지배를 받는다(Riedel.
	지하수의 자연방사성물질 정밀조사의 주요 조사 및 연구 내용은?	이에 따라서 2008년부터는 화강암의 분포비율이 높은 시, 군을 우선 조사대상 지역으로 한 지하수의 자연방사성물질 정밀조사가 이루어졌다. 주요 조사, 연구 내용으로는 이천지역 74개 지하수에 대한 우라늄과 라돈 함량연구(Cho et al., 2011), 논산지역 100개 지하수의 우라늄, 라돈 함량연구(Cho et al., 2012), 괴산지역 200개 지하수의 우라늄, 라돈 함량(NIER, 2012), 용인지역 100 개 지하수의 우라늄, 라돈 함량(NIER, 2013) 등이 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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