• 한국문화재보존과학회:학술대회논문집
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• 한국문화재보존과학회 2004년도 제19회 발표논문집
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• pp.78-91
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• 2004

염(Salts)은 일반적으로 가장 강력한 풍화요인 물질 중 하나이다. 염의 결정화(crystallization) 및 수화(hydration)작용은 석재의 화학적 풍화 뿐만이 아니라 물리적 풍화를 가속화 시킨다. 감은사지 석탑은 오랜 세월 대기 중에 노출되어 대기환경오염으로 인한 화학적 풍화 뿐만이 아니라 지리적으로 바다에 인접해 있어 바다에서 기원한 염화나트륨(NaCl)의 영향으로 다른 석조물에 비해 심한 물리적 풍화현상을 보이고 있다. 편광 현미경 및 SEM, XRD, XRF를 이용하여 석탑의 구성석재 및 염(salts)에 대한분석을 실시하였으며, 용출실험을 통해 얻은 용액에 대해서는 IC와 ICP-AES를 이용하여 분석하였고, 염류와 석재의 반응산물로 만들어진 염에 대해서는 정방위시료와 부정방위시료를 제작하여 분석하였다. 감은사지 석탑을 이루는 암석은 결정응회암으로 주 구성 광물은 사장석 및 정장석이며 소량의 석영 및 흑운모 등이 함유되어 있고 소량의 유리질 석기로 구성되어 있다. 석재의 표면에는 주 구성 광물들의 화학적 풍화로 인해서 생성된 2차 광물로 팽창성 점토광물인 스멕타이트가 존재하며, 대기오염물질과의 결합에 의해 생성된 대표적인 황산염인 석고$(gypsum,\;CaSO_4{\cdot}2H_2O)$, 소금(halite, NaCl), 해양기원 염류인 소금성분과 대기오염물질이 만들어낸 테나다이트$(thenardite,\;Na_2SO_4)$가 존재한다. 이들 염류는 일차적으로 암석의 표면에 백화현상을 초래하기도 하고, 대기 중의 오염물질과 결합하여 일부는 흑화현상을 보이기도 한다. 또한 암석 내 수분이 증가할 경우 이들 염들이 암석의 공극이나 열극을 따라 내부로 이동하여 subflorescence를 발생시켜 박락 및 박탈의 원인이 되었으며, 온도와 수분의 변화에 따른 이들 염(salts)의 수화 및 결정 작용 그리고 새로운 염(salts)의 침전작용을 반복하면서 석재 내부와 외부의 암석 및 결정에 균열과 미세열극 등이 생성되어 석재 자체의 구조적 안정성에 영향을 주고 있다. 따라서 감은사지 석탑은 지리적 환경 차이로 인해 일반적인 환경의 석조물들과는 다른 형태의 풍화양상을 보이고 있어서 풍화양상 및 풍화형태에 대한 정확한 연구와 이해를 바탕으로 보존대책이 마련되어야 한다.

• 자원환경지질
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• 제34권3호
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• pp.255-269
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• 2001

여수 북동부 화산암지역에서 다중패커 시스템(Multi-packer system)을 이용하여 구간별로 시료 채취를 수행하고, 시추공 지하수에 대한 지화학 특성 연구를 수행하였다. MP system에 의해 구간별로 격리된 지하수의 pH(up to 9.6)는 기존 시료채취방법에 의해 측정된 pH(7.0~7.9)보다도 매우 높은 값을 보여준다. 시추공 지하수의 수리화학자료는 구간별로 특징적인 화학조성을 나타낸다. 이는 지하수의 지화학적 특성이 단열체계특성에 의해 지배를 받는 지하수 유동로를 따라 진행되는 물-암석 반응에 의해 진화되었음을 지시한다. 특징적으로 시추공 K1 하부구간(심도138~175m)의 지하수는 높은 Ca 함량(up to 160mg/L)과 Cl 함량(up to 293mg/L)을 보이는 Ca-Cl$_2$유형을 보여주며, Na 함량(up to 67mg/L) 과 SO$_4$함량(105mg/L) 역시 기타 구간에 비해 높은 값을 보여준다. 이러한 지하수의 지화학적 특성은 해수혼합, 양이온교환반응 및 황철석의 산화반응 등에 의해 진화된 것으로 해석할 수 있다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제12권4호
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• pp.275-286
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• 2014

본 연구에서는 결정질 기반암에 위치하는 12개 시추공의 지하수 수질을 분석하여, 다변량 통계 분석법을 활용하여 지하수 수질 진화 특성 및 성분 기원을 평가하였다. 지하수 수질 유형은 Na(Ca)-$HCO_3$형과 Ca-$HCO_3$형이 가장 우세하여, 물-암석 반응에 의한 직접적인 양이온 교환 반응($Ca^{2+}{\rightarrow}Na^+$)을 지시하며, 현장 지하수 특성과 실내 지하수 분석 결과에 기초한 연구지역의 지하수 수질 진화는 초기 내지 중간 정도의 단계를 지시하는 것으로 사료된다. 다변량 분석 결과, 인위적인 기원인 $NO_3{^-}$와 다른 성분들 간의 상관성을 살펴보면, $Na^+$, $Cl^-$와 양의 상관성을 나타난다. 염무의 기원인 $Cl^-$와는 $Na^+$, $SO{_4}^{2-}$, $Mg^{2+}$, $K^+$와 양의 상관성을 나타낸다. 그러나 다른 성분들($Ca^{2+}$, $Fe^{2+}$, $HCO_3{^-}$, $F^-$, $SiO_2$)과는 상관성이 나타나지 않는다. $Cl^-$ 농도가 일반적인 지하수 수질 범위에 포함되고 $NO_3{^-}$ 농도는 먹는물 수질기준치 이하로서 농도가 매우 낮으며, 대부분의 광물에 대해서 지하수 화학성분들은 불포화상태를 지시한다. 따라서, 연구지역의 수질 성분들은 대부분 물-암석 반응을 통한 자연적인 기원을 지시하고 부분적으로는 자연적인 염무와 농업과 관련된 인위적인 오염으로부터 기인된다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.555-566
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• 2008

불소 오염이 심각한 곳으로 파악된 충북 보은 삼승면 일대 지역의 오염의 현황과 원인 규명을 위하여 수리지구화학적 연구와 물암석 반응 실험 연구가 수행되었다. 조사 지역 암반 지하수의 불소 함량은 최대 3.9 mg/L에 이르며, 먹는물 수질기준의 불소 항목(1.5 mg/L)을 초과율은 23%에 이른다. 불소 이온의 평균 함량은 1.0 mg/L이나, 낮은 값으로의 왜도(1.3)가 크기 때문에 중앙값은 평균에 비하여 크게 적은 0.5 mg/L으로 나타난다. 불소 농도는 화강암 분포 지역에서 심부 지하수에 해당하는 $NaHCO_3$ 유형 지하수에서 상대적으로 높게 나타나고 있다. 불소와 질산염 이온($NO_3$)은 뚜렷한 부의 상관관계를 나타내고 있어 불소는 지표 오염과 상관없는 지질기원이며, 상대적으로 심부 암반 지하수에 부화되었을 가능성을 지시한다. 이것은 조사 지역의 암석을 사용한 실내 실험에서 확인되었다. 순수흑운모 화강암 반응 실험 결과 불소 함량은 96시간 후에 최대 1.2 mg/L까지 증가하였다. 그러나 불소 농도와 지하수 관정 심도, 지구화학적으로 물암석 반응의 정도를 지시할 수 있는 인자($Na^+$, $HCO_3$, pH 등)들의 값과는 뚜렷한 상관관계를 나타내고 있지 않았다. 이는 불소 이온이 물암석 반응 정도와 상관없이 함불소 광물의 국지적인 분포에 영향을 받을 수 있다는 것을 암시한다. 고농도의 불소를 함유하는 지하수의 공간분포는 선구조 분포와 연관되어 있음을 보여주고 있어, 물암석 반응이 상당히 진행되어 불소 함량이 높은 심부 암반 지하수가 선구조 분포 지역의 파쇄대를 통하여 배출되었음을 지시한다. 하지만, 선구조 분포와 불소 농도는 전체적으로는 일치하지 않아, 파쇄대의 분포가 불규칙적이고, 심부 지하수와 천부 지하수의 혼합과 정도 불균질함을 지시하는 것으로 추정된다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권4호
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• pp.199-211
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• 1997

방사성폐기물의 지하심부 처분을 위한 수리지구화학적 기초자료를 얻기 위하여 국내 화강암질암을 대수층으로 하는 지표수 및 지하수를 대상으로 시료채취와 문헌조사를 통하여 dataset을 구축하였다. 심도에 따른 용존물질의 절대 및 상대함량과 거동특성을 통계적으로 파악하고 지하수의 화학적 조성의 원인이 되는 물-암석반응을 열역학적 해석과 결부하여 규명하였다. 화강암질암 대수층에서 총용존물질량은 심도에 따라 통계적으로 유의하게 증가함으로써 심부로 갈수록 물-암석반응을 많이 거친 물이 존재함을 나타낸다. 지하수의 조성은 초기의 $Ca^{2＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2－}$ ) 또는 $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 유형에서 시작하여 점차 $Ca^{2＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 유형을 거친 후 최종적으로 $Na^{＋}$-HC $O_3$$^{－}$ 또는 $Na^{＋}$－(C $l^{－}$＋S $O_4$$^{2－}$ ) 유형으로 진화하는 경향을 보인다. 이러한 특징은 $Ca^{2＋}$, $Na^{+}$ , $SiO_2$(aq)가 대표하는 다음의 세 가지 기제에 의하여 설명이 가능하다. 1) 천부지하수의 화학조성을 조절하는 가장 주된 반응은 방해석의 용해이나 중간지하수를 거치면서 방해석 포화상태에 이르러 광물상으로 침전되며 심부지하수에서는 $Ca^{2＋}$의 함량이 감소한다. 2) 심부지하수에서는 사장석의 용해가 주도적인 반응으로 작용하며 $Na^{＋}$를 공급하므로써 함량을 증가시킨다. 3) 중간 및 심부지하수에서는 kaolinite-smectite 또는/그리고 kaolinite-illite 간의 반응이 평형에 도달함으로써 용존 $SiO_2$(aq) 함량을 유지시키며 또한 이들 반응은 심부지하수에서 $Mg^{2＋}$ 및 $K^{＋}$가 결핍되는 현상의 중요한 원인이 된다.

• 보존과학회지
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• 제21권
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• pp.33-40
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• 2007

본 연구에서는 약해진 암석을 강화시키는데 사용되고 있는 에틸 실리케이트계 강화제인 SILRES BS OH 100를 대상으로 셰일계 석재에 대한 강화 제 적용을 연구하였다. SILRES BS OH 100는 상온에서 공기 중의 수분과 반응하여 액체 상태의 졸에서 고체 상태의 겔로 변화하였으며, 생성된 겔은 X-선 회절 분석 결과 비결정질의 고체 상태임을 알 수 있었다. 약 $30^{\circ}C$의 항온을 유지하며 시간의 경과에 따른 시차열중량분석 결과 공기중에 노출되면서부터 305분까지 급격하게 중량이 감소되었는데, 이것은 SILRES BS OH 100의 반응생성물인 에탄올이 증발하면서 실라놀($Si(OH)_4$) 입자가 생성되기 때문인 것으로 판단된다. SILRES BS OH 100을 처리한 세계 암석의 미세구조 관찰을 통해 겔화된 고체상태의 강화제가 광물 입자와 입자 사이를 채우면서 결합하고 있는 것을 확인할 수 있었다. SILRES BS OH 100를 처리한 세일계 암석 시편은 처리전과 비교하여 모세관물흡수계수는 48.7%가 감소되었으며, 마모 강도가 증진되는 효과를 나타내었다.

• 한국광물학회지
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• 제24권3호
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• pp.189-194
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• 2011

화성의 암권 진화 연구에서 최근 각광받는 광물은 적철석으로 대표되는 3가철 산화물이다. 물리적 방법의 하나인 잔류자화기억도 실험은 비파괴적이고 지구 기원이 아닌 고체 시료의 자화특성 규명에 유용하게 사용된다. 금번 연구에서는 알루미늄 농도를 조절하며 열수반응과 탈수반응을 통해 총 8개 성분의 3 가철 산화물을 합성하였다. 이들 시료에 대해 잔류자화기억도와 자화상실온도($T_N$)를 측정하였다. 3가철 산화물의 격자상수는 알루미늄의 3가철 함량이 증가하며 감소한다. 3 가철 산화물의 자화상실 온도 역시 알루미늄의 몰농도가 증가하며 감소한다. 알루미늄이 거의 첨가되지 않은 적철석의 $T_N$은 광물의 합성방법과 무관하게 대략 $690^{\circ}C$로 수렴한다. 탈수반응으로 합성된 3가철 산화물의 잔류자화기억도는 알루미늄의 함량에 거의 무관하게 매우 높지만, 열수반응으로 합성된 3가철 산화물의 잔류자화기억도는 알루미늄 함량이 증가하며 동반 상승한다. 상대적으로 쉽고 측정이 간단하며 비파괴적인 잔류자화기억도를 이용하면 추후 암석 내 3가철 산화물 입자의 성인 유추가 가능하며, 특히 화성의 암권 진화 규명에도 일조하리라 예상된다.

• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.185-193
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• 2020

자원의 재활용 관점에서 굴패각의 소성에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 굴패각을 소성시켜 만들어진 생석회는 건식으로 사용되기도 하고 물과 반응을 시켜 액상소석회로 변환시킨 뒤 사용되기도 한다. 그러나 굴패각은 석회석과는 약간 다른 소성 및 액상소석회 변화의 특성을 보여준다. 본 연구에서는 굴패각과 이를 비교하기 위한 석회석을 소성시켜 생석회를 만든 후 이를 다양한 온도의 물과 반응시켜 액상소석회로 변환 실험을 실시하였다. 액상소석회로 변환 후 150 ㎛의 체를 이용하여 거르고 액상소석회로의 전환률을 계산하였다. 소성된 석회석은 모든 온도에서 액상소석회로 전환되었다. 그러나 굴패각의 경우 본 연구의 실험조건 중 30℃와 50℃에서 액상소석회로 변환되지 않고 오히려 물과의 반응을 통하여 만들어진 Ca(OH)₂의 존재로 질량이 증가하였으며 90℃에서도 석회석 보다는 낮은 액상소석회 전환률을 보여주었다. 굴패각에서 보여주는 이러한 차이는 굴패각의 각주층과 진주층에서 발견되는 단백질의 일종인 콘키올린이 높은 온도에서도 분해되지 않아 물과의 반응을 감소시켜 생기는 결과로 일부 설명할 수 있다. 그러나 콘키올린이 존재하지 않는 초크층에서도 석회석 보다 액상소석회의 변화률이 낮음을 보여준다. 이것은 석회석에는 거의 존재하지 않으나 굴패각에서 미량으로 존재하는 Na에 의하여 소성 시 패각의 방해석이 공융용융체 형성과 같은 추가적인 반응에 의한 것으로 생각된다.

• 광물과 암석
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• 제35권1호
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• pp.51-64
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• 2022

포항 금광동층 함식물화석층 암석의 효과적인 보존을 위하여 구성암석의 특징과 보존처리제 적용을 인공풍화시험을 통해 살펴보았다. 화석지 구성암석은 규조토성 규질이암으로 팽윤성 광물인 스멕타이트를 약간 함유하고 있으며, 엽층리가 발달되어 있다. 화석지 암석은 물과 반응 후 팽윤성 광물의 d₀₀₁ 층간간격이 증가하였다. 에틸실리케이트 암석강화제를 적용한 후 시편의 경도는 향상되었으나 팽윤성 광물의 층간간격은 감소하였다. 팽윤저지제를 선처리한 후 강화제를 처리하였을 때 광물 층간간격의 변화는 강화제만을 처리하였을 때와 유사하여 팽윤저지제의 효과는 거의 없었다. 보존약품이 처리된 암석에 수분이 닿았을 경우, 강화제 또는 팽윤저지제를 선처리한 후 강화제를 처리한 암석 모두 엽층리 간격이 확대되었으나, 습기만 접했을 때는 변화가 적었다. 또한 보존처리 후 노천에 그대로 위치하여 풍화를 받게 되면, 약품이 처리되지 않은 암석에 비해 약간 느리게 발생하기는 하지만, 매우 빠른 시간 내에 엽층리면의 분리와 암석의 분말화가 발생하는 결과를 보였다. 화석지 암석의 원활한 보존을 위해서는 보존약품의 처리가 필요하나, 강우를 접하고 동결융해과정을 거치면 그 효과는 매우 빠른 시간에 소멸되기 때문에 약품처리에 상관없이 암석에 직접적인 강우의 접촉을 막는 것이 우선적으로 요구된다.

• 한국광물학회지
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• 제16권3호
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• pp.265-280
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• 2003

인리형 분지인 백악기 음성분지와 단층 접촉하는 무극 광화대는 백악기 흑운모 화강암을 모암으로 하여 배태된 금$.$은광상들로 구성된다. 무극 광화대내 금$.$은광상들은 북측의 무극광산으로부터 남측의 태극광산까지 서로 다른 금$.$은 품위비, 광석광물의 종류 및 산출 빈도 등을 보이며 열수변질대 분포 특성에 있어서도 상이한 공간적 분포특성을 보인다. 비교적 높은 금$.$은 품위비를 보이는 금봉광산은 복성맥의 구조를 보이며 석영맥으로부터 견운모대 \$\longrightarrow$ 아견운모대 \$\longrightarrow$ 프로필리틱대 \$\longrightarrow$ 아프로필리틱대의 열수변질대가 수평적으로 발달하는 특징을 보인다. 광화대 최남단에 위치하는 태극광산은 상대적으로 낮은 금$.$은비를 보이며 망상 세맥을 중심으로 프로필리틱대 \$\longrightarrow$ 아프로필리틱대의 순서로 열수변질대가 발달한다. 열수변질대의 수직적 변화는 대체로 변질대 하부에서 견운모대가 우세하나, 상부에서는 프로필리틱대가 광범위하게 분포하며, 점토대가 불연속적으로 중첩되는 특징을 보인다. 이러한 열수변질대의 상이한 수평$.$수직적 분포 특성은 각 광산의 열수계의 차이를 반영한 것으로, 금봉광산은 비교적 고온$.$고염도와 물-암석 상호반응이 진행된 광화 유체로부터 견운모대가 형성되었으며, 태극광산은 상대적으로 저온 저염도와 물-암석 상호반응이 미약한 광화 유체에 의하여 프로필리틱대가 형성된 것으로 해석된다. 이런 열수계의 차이는 각 광산이 열수계의 열적 중심(무극광산)에 위치하는지 또는 외곽부(태극광산)에 위치하는지에 따라 열수변질대 분포 양상과 금$.$은비 분포 양상의 차이를 유도한다. 따라서 무극 지역 탐사시 열적 중심부에 해당하는 고온의 지온 구배가 형성되는 지역과 물-암석 상호반응에 의한 견운모 변질작용이 우세한 지역을 고품위대 탐사 지침으로 제시할 수 있다.