• 방사성폐기물학회지
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• 제19권4호
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• pp.459-467
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• 2021

In the majority of countries, the upper limit of buffer temperature in a repository is set to below 100℃ due to the possible illitization. This smectite-to-illite transformation is expected to be detrimental to the swelling functions of the buffer. However, if the upper limit is increased while preventing illitization, the disposal density and cost-effectiveness for the repository will dramatically increase. Thus, understanding the characteristics and creating a database related to the buffer under the elevated temperature conditions is crucial. In this study, a strategy to investigate the bentonite found in Korea under the elevated temperatures from a mineral transformation and radionuclides retardation perspective was proposed. Certain long-term hydrothermal reactions generated the bentonite samples that were utilized for the investigation of their mineral transformation and radionuclide retardation characteristics. The bentonite samples are expected to be studied using in-situ synchrotron-based X-Ray Diffraction (XRD) technique to determine the smectite-to-illite transformation. Simultaneously, the 'high-temperature and high-pressure mineral alteration measurement system' based on the Diamond Anvil Cell (DAC) will control and provide the elevated temperature and pressure conditions during the measurements. The kinetic models, including the Huang and Cuadros model, are expected to predict the time and manner in which the illitization will become detrimental to the performance and safety of the repository. The sorption reactions planned for the bentonite samples to evaluate the effects on retardation will provide the information required to expand the current knowledge of repository optimization.

• 자원환경지질
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• 제42권5호
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• pp.395-401
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• 2009

스멕타이트-일라이트 (SI)의 전이 반응은 쇄설성 퇴적암 지역에 흔히 볼 수 있는 광물 반응이다. 지난 40여년 동안 SI 전이 반응의 중요성에 대한 논문들이 많이 출간되었는데 이는 스멕타이트가 일라이트로 변하는 정도 즉 "illitization" 이 석유의 개발, 퇴적물의 화학적 변화 및 물리적 성질변화 에 많은 연계성이 있기 때문이다. 기존의 S-I 상전이에 대한 메커니즘 연구에서는 layer-by-layer reaction 에 의한 solid state 반응 혹은 dissolution/precipitation 반응으로 집약되지만 박테리아 반응의 역할을 전혀 고려하지 않았다. 무산소 환경에서 박테리아와 점토광물의 반응에 대한 연구, 특히 스멕타이트와 철 환원 박테리아의 반응 작용에 대한 연구에서는 철 환원 박테리아가 스멕타이트 구조 속에 있는 철을 환원시켜 에너지를 얻는다고 밝혀졌다. 최근 발표된 논문들은 미생물의 철 환원 작용에 의하여 S-I 상전이가 일어날 수 있다고 보고되었는데, 이는 기존의 상전이에 대한 개념에 즉 고온, 고압, 오랜 시간이 S-I 전이의 필수 조건이라는 일반적인 해석에 반하는 것으로 새로운 연구 분야의 가능성을 시사하고 있다. 현재까지 발표된 논문에 의하면 박테리아가 S-I 반응을 촉진지킴으로 고온, 고압, 혹은 상당시간의 속성작용이 전제조건으로 작용하지 않을 수 있다는 가능성을 시사한다. 하지만 박테리아가 철을 환원함과 동시에 스멕타이트를 일라이트로 전이시킴에 있어서의 메커니즘에 대한 이해는 아직 미비하다. 따라서 이 논문에서는 현재까지 밝혀진 SI 반응을 살펴보고, 미생물 광물간의 반응작용에 있어서 연구 방법을 소개함을 목적으로 한다.

• 자원환경지질
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• 제35권6호
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• pp.491-508
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• 2002

화산 쇄설물을 모재로 하여 발달한 제주도 토양은 많은 양의 비정질 물질을 포함하는 Andisols이 대부분을 차지하고 있으나, 강수량이 상대적으로 적은 제주도 서부 지역에서는 Andisols의 특징을 보이지 않는 토양이 발달하고 있다. 서부 해안에 접해 있는 당산봉에는 이와 같이 층상규산염광물이 우세한 non-Andic토양이 나타난다 본 연구는 당산봉 토양에 나타나는 층상 규산염 광물의 조성 및 풍화에 따른 이들 점토광물의 진화 과정을 밝히는데 그 목적이 있다. 연구 지역 토양은 A층과 C층이 발달해 있으며 B층은 나타나지 않는다. pH(($H_{2}0$)는 일반적인 화산 쇄설물 기원 토양(<6.0)보다 높은 6.6-7.3으로 하부로 갈수록 증가한다. pH(NaF)는 9.49-9.81로 비정질 물질의 존재를 지시하는 9.4보다 높게 나타나며, 선택적 용해법을 이용하여 구한 비정질 물질의 양은 0.55-1.02 wt%로 매우 낮다. 유기물 함량은 표토에서 2.00wt%로 Andisol에 비해 매우 낮다. 주 구성 광물은 석영, 장석, 감람석이며, 점토 입도를 구성하는 층상규산염 광물은 입도와 풍화정도에 따라 차이를 보인다. <0.2$\mu\textrm{m}$ 입도의 주 구성 점토 광물은 스멕타이트, 카올리나이트/스멕타이트 혼합층광물, 일라이트이다. 카올리나이트/스리타이트 혼합층광물의 카올리나이트의 비율은 85-86%로 깊이에 관계없이 일정하다. 풍화가 진행될수록 스멕타이트의 함량은 감소하며, 카올리나이트/스멕타이트 혼합층광물의 함량은 증가한다. 2-0.2$\mu\textrm{m}$ 입도의 주 구성 점토 광물은 질석, 스멕타이트, 일라이트, 카올리나이트, 녹니석이다. 녹니석은 표토에서만 나타나며, 하부에서는 나타나지 않는다. 녹니석/스멕타이트 혼합층광물 내의 녹니석 함량은 59-70%이며 풍화가 진행될수록 양은 증가한다. 그러나 풍화의 정도가 낮은 제일 하부에서는 녹니석/스멕타이드 혼합층광물이 나타나지 않는다. 질석과 스멕타이트의 일부는 층간이 hydroxy-Al/Mg/Fe으로 채워진 hydroxy-interlayered vermiculite(HIV)와 hydroxy-interlayered smectite(HIS)의 형태로 나타난다. HIV는 A층과 C층 모두에서 나타나며, 층간 물질은 hydroxy-Fe/Al이다. 층간의 hydroxy-Fe/Al의 양은 표토로 갈수록 증가하며, HIV를 형성하는 질석의 층 전하도 표토에서 높게 나타난다. HIS는 C층에서만 나타나며, 층간 물질은 hydroxy-Mg/Al이며, hydroxy-Mg가 우세하다. 본 지역의 토양에서는 풍화가 진행될수록 스멕타이트는 카올리나이트와 질석, HIS로 진화하였으며, 질석은 HIV를 거쳐 녹니석으로 진화하였을 것으로 사료된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제25권3호
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• pp.202-212
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• 1992

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.

• 대한지리학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-15
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• 1993

본 연구소는 소규모 유역에서 하천수와 지하수의 溶存이온 특성을 통하여 각종 이온들의 溶脫特性과 粘土鑛物의 형성환경, 化學的 風化量 등을 추정해 본 것이다. 필자는 본 연구를 위하여 1990년 10월 부터 1년간에 걸쳐 유량측정 및 수질분석을 실시하였고 야면의 4개 지점에서 점토광물을 분석하였다. 분석결과, 암석의 풍화에 의한 溶存物質은 전체의 약 39$%$ 미만이었고, 유역내의 풍화층에 집적되는 이온은 $H^+$, $K^+$, Fe, Mn 등이었다. 물질의 계절적인 收支特性과 水文學的 자료로 볼 때, 여름에는 Kaolinite가 열역학적 측면에서 안정된 점토광물이며, 2:1 점토광물도 Kaolinite로 변형될 가능성이 높다. 풍화에 유출되는 2차광물의 형성과 식생의 영향이 비교적 적은 $Na^+$를 사용하여 화학적 풍화량을 추정한 결과, 본 유역의 화강암이 1년에 화학적으로 풍화되는 양은 약 31.31g/$m^2$정도인 것으로 밝혀졌다.