한국(韓國)의 주요(主要) 모암(母岩)에서 발달(發達)된 토양점토광물(土壤粘土鑛物)의 특성(特性)과 생성학적(生成學的) 연구(硏究) IV. 토양점토광물(土壤粘土鑛物)의 분포(分布) 및 생성(生成)

Genesis and Characteristics of the Soil Clay Minerals Derived from Major Parent Rocks in Korea IV. Genesis and Distribution of the Soil Clay Minerals

화강암(花崗岩), 화강편마암(花崗片麻岩), 석회암(石灰岩), 혈암(頁岩), 현무암등(玄武岩等) 우리나라의 주요(主要) 모암(母岩)에서 발달(發達)된 토양(土壤)을 대상(對象)으로 점토광물(粘土鑛物)의 생성과정(生成過程)을 구명(究明)하기 위하여 모암(母岩)의 조암광물(造岩鑛物)과 토양(土壤)으로 부터 분리(分離)한 모래와 미사(微砂)의 1차광물(次鑛物) 분포(分布)와 광물학적(鑛物學的) 특성변화(特性變化)를 보고(報告)한 바 있다. 본보(本報)에서는 점토(粘土)에 대한 화학조성(化學組成), 광물(鑛物)의 분리동정(分離同定) 및 특성변화(特性變化)를 기(旣) 보고(報告)된 성적(成績)과 관련(關聯)시켜 고찰(考察)함으로써 각 토양점토광물(土壤粘土鑛物)의 풍화생성과정(風化生成過程)을 모암(母岩)의 조암광물(造岩鑛物)로 부터 종합적(綜合的)으로 구명(究明)코자 하였으며, 아울러 점토광물(粘土鑛物)의 정량화(定量化)를 시도(試圖)하였던 바 그 결과를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 점토(粘土)의 양(陽)이온치환용량(置換容量)은 vermiculite, chlorite 또는 illite 함량(含量)이 많을 수록 크며, vermiculite 함량(含量)이 많은 점토(粘土)라도 수산화물(水酸化物)의 층간침입(層間侵入) 정도(程度)가 크면 양(陽)이온치환용량(置換容量)은 적어지는 경향(傾向)이었다. 2. 화강암(花崗岩)과 화강편마암(花崗片摩岩)의 장석류(長石類)는 kaolin광물(鑛物)로 대부분 풍화(風化)되었고, 이밖의 운모광물(雲母鑛物), 연이석(緣泥石), 각섬석(角閃石), 휘석(輝石)으로 부터 생성(生成)된 illite, chlorite, vermiculite는 풍화중간(風化中間)에 illite/vermiculite와 illite/chlorite, 그리고 chlorite/vermiculite의 혼층단계(混層段階)를 거치게 되고 최종적(最終的)으로 kaolin광물(鑛物)로 풍화(風化)되는 것으로 판단(判斷)되며 vermiculite에 수산화물질(水酸化物質)의 층간침입정도(層間侵入程度)는 표토(表土)로 갈수록 증대(增大)되는 경향(傾向)이었다. 3. 석회암(石灰岩) 토양(土壤)의 점토(粘土)에는 smectite가 상당량(相當量) 함유(含有)되었으며, 이는 Mg농도(濃度)가 높은 토양용액(土壤溶液)으로 부터 직접(直接) 침전(沈澱)되어 생성(生成)되었거나, 운모(雲母) 또는 chlorite에서 유래(由來)된 vermiculite의 변성작용(變成作用)에 의해 생성(生成)되는 것으로 해석(解釋)되었다. 4. 혈암(頁岩) 토양(土壤)의 점토(粘土)에 다량(多量) 존재(存在)하는 illite는 주로 풍화(風化)에 저항성(抵抗性)이 큰 미립자(微粒子)의 함수백운모(含水白雲母)로 유래(由來)되는 것으로 보이며, 토양(土壤)의 발달정도(發達程度)에 따라 함수백운모(含水白雲母)${\rightarrow}$illite/vermiculite 풍화단계(風化段階)(대구통(大邱統))와 풍화(風化)가 더욱 진전(進展)된 함수백운모(含水白雲母)${\rightarrow}$illite/vermiculite${\rightarrow}$vermiculite${\rightarrow}$kaolin의 풍화단계(風化段階)(부여통(扶餘統))로 구분(區分)되었다. 5. 현무암(玄武岩)의 사장석(斜長石)은 주로 kaolin광물(鑛物)로 풍화(風化)되고, 휘석(輝石)은 휘석(輝石)${\rightarrow}$chlorite${\rightarrow}$chlorite/vermiculite${\rightarrow}$kaolin의 과정(過程)을 밟지만 illite와 illite/vermiculite의 존재(存在)로 보아 휘석(輝石)${\rightarrow}$chlorite${\rightarrow}$illite의 풍화과정(風化過程)도 인정(認定)되었다. 6. 열분석(熱分析)(DTA, TG)에 의한 점토광물(粘土鑛物)의 정량결과(定量結果), vermiculite 함량(含量)은 석회암(石灰岩) 장성통(長城統)에서 21.7%로 가장 많았고, 혈암(頁岩)의 부여통(扶餘統)은 9.2%, 대구통(大邱統)은 5.4%로 적었으며, 나머지 토양(土壤)은 8.8%~28.3% 함유(含有)하고 있었다. Kaolin 광물(鑛物)의 함량(含量)은 화강편마암(花崗片麻岩)의 아산통(雅山統)에서 32.7%, 현무암(玄武岩)의 구엄통(舊嚴統)에서 32.0%로 많았고 석회암(石灰岩)의 평안통(平安統) 14.9%, 장성통(長城統) 9.4%로 적었으며, 혈암(頁岩)의 대구통(大邱統)에서 8.9%로 가장 적었다. 이밖의 토양(土壤)에서의 kaolin 함량(含量)은 20.0%~28.6%이었다. Gibbsite함량(含量)은 화강암(花崗岩)의 월정통(月精統)에서 3.9%, 차항통(車項統)에서 2.3%, 화강편마암(花崗片麻岩)의 아산통(雅山統)에서 1.4%, 청산통(靑山統)에서 4.5%, 그리고 현무암(玄武岩)의 장성통(長城統)에서 3.6%이었다.

This study reports on the genesis and mineralogical characteristics of the clay minerals in the soils derived from the five major parent rocks of granite, granite-gneiss, limestone, shale, and basalt in Korea. The investigation on the mineralogical aspects of primary and secondary minerals of the rocks and coarse fractions in the soils have been already reported. In this report, the identification of clay minerals in the soil clay fractions was done through the analyses of chemical, X-ray diffraction, and thermal methods. The studies showed clearly that much of the clay minerals was evolved by the weathering of primary minerals and some were further developed by the transformation of secondary minerals. Cation exchange capacity(CEC) of the clay fractions increased with higher amotunts of vermiculite, chlorite, and illite, however, decreased with higher hydroxy octahedral sheet within the interlayer spaces of vermiculite even if dominant clay with vermiculite. Feldspars in the granite and granite-gneiss might be completely transformed to kaolin mineral, Illite, chlolrite, and vermiculite formed by the alteration of micas, amphibole, augite, and primary chlorile seem to be subsequently transformed to the mixed layer minerals such as illite/vermiculite, illite/chlorite, and chlorite/vermiculite. These weathering products may be ultimately transformed into kaolin minerals. The smectite minerals in the clay fractions of the soils developed on the limestone are considerably present and they seem to be formed directly by the precipitation from high Mg solution and/or by the transformation of vermiculite from micas and chlorite in the parent materials. Abundant presence of illite in the soil clays developed on the shale is considered to have inherited from the fine particles and more resistant hydrous muscovite. The weathering sequences of the hydrous muscovite were as follows according to the degree of soil development ; hydrous muscovite ${\rightarrow}$ illite/vermiculite mixed layer(Inceptisols, Daegu series) and hydrous muscovite ${\rightarrow}$ illite/vermiculite mixed layer ${\rightarrow}$ vermiculite ${\rightarrow}$ kaolin mineral(Alfisols, Buyeo series). The plagioclase in the basalt might be mostly weathered to kaolin minerais. The augite in the basalt is likely to be transformed through progressive stage of weathering, augite ${\rightarrow}$ chlorite ${\rightarrow}$ chlorote/vermiculite mixed layer ${\rightarrow}$ vermiculite ${\rightarrow}$ kaolin. Another weathering sequence of augite could be expected, augite ${\rightarrow}$ chlorite ${\rightarrow}$ illite by the presence of illite and illite/vermiculite mixed layer in the clay fractions. Vermiculite and gibbsite were quantified from thermogravimetry(TG) and kaolin minerals, from both TG and differerential thermal analysis (DTA). Vermiculite in Jangseong series from the limestone was the dominant clay mineral of 21.7 percent and had a range in the order of 9.2 percent in Buyeo series to 5.4 percent in Daegu series from the shale. The rest soils ranged from 8.8 to 28.3 percent. Kaolin minerals were the dominant clay mineral of 32.7 percent in Asan series from the granite-gneiss and Gueom series of 32.0 percent from the basalt. The soils from the limestone ranged from 9.4 to 14.9 percent. The rest soils ranged from 8.9 to 28.6 percent. Gibbsite were 3.9 and 2.3 percent for Weoljeong and Chahang series from the granite, respectively. In Asan and Cheongsan series from the giranite-gneiss were 1.4 and 4.5 percent, respectively, and 3.6 percent in Jangpa series from the basalt.