본 연구는 타포니의 형성 요인 및 발달 과정을 밝히기 위해 경주시 골굴사 일대에 발달하고 있는 타포니를 대상으로 그 분포 특징을 파악하고 광학현미경 관찰을 포함한 암석학적 분석, 함수율 측정, 수질 분석을 실시하였다. 현무암질 응회암류에 발달하고 있는 연구지역 내의 타포니는 입구의 경사 방향이 사면향과 일치하여 발달하고 있으며 이는 풍향 및 그에 따른 수분 공급과 관련이 깊은 것으로 판단된다. 따라서 타포니의 초기 발달 과정에 있어서는 층리 및 암석 내 균열을 따라 응회암 내 암편들이 이탈한 지점을 중심으로 발달하였으며 이후 풍향에 따라 수분 공급이 충분한 지점들을 중심으로 타포니가 성장하였다. 연구지역 내 나마에 고인 정체수의 수질 분석 결과는 다른 내륙지역에 비해 높은 Na, Cl 용해량을 보이며 이는 인접한 해안으로부터 공급된 것으로 추정된다. 이러한 염류가 암석 풍화 및 타포니 발달에 미치는 직접적 영향에 대해서는 전자현미경 분석 및 지화학적 연구가 현재 진행 중에 있다.
낙동강 하류지역 주변 충적층 지역내 설치 운영중인 27개의 지하수 관측정의 시계열 자료를 활용하여 지표수와 지하수의 연계 특성 평가를 위한 통계적 분석을 수행하였다. 지하수위의 변화는 하천수위의 변화와 교차상관계수가 0.601로서 연관성이 높은 것으로 분석되었으며, 이는 강우와의 교차상관계수 0.125보다 매우 높다. 지하수위 시계열 자료에 대한 주성분 분석 결과, 연구지역내 지하수위는 2개의 그룹으로 분류된다. 이중에서 그룹 A에 속하는 하천에 인접한 관측정에서의 수위 변화는 하천수와 유사한 변동을 보이며 호우시의 지하수위 상승량도 상대적으로 크게 나타났다. 홍수 발생에 대한 지하수 기여에 대한 추가적 이해를 위해서는 지하수위 변동 특성을 기반으로 지구화학 분석 및 온도 계측 등이 추가적으로 수행될 필요가 있다.
이 연구는 충북 미원면 일대 옥천대 흑색셰일 분포지의 상부 화전리층과 구룡산층 지역에서 기반암의 종류에 따른 수질과 오염특성의 변화를 규명하려는 목적으로 수행되었다. 배경수질은 상부 화전리층 지역 시료에서는 주로 (Ca, Mg)-$HCO_3$ 유형이, 구룡산층 지역 시료에서는 $SO_4$의 상대적인 부화로 인하여, 주로 (Ca, Mg)-$SO_4$, (Ca, Mg)-$HCO_3$ 유형이 나타났다. 지하수 시료의 경우, 상부 화전리층 시료에서는 탄산염 및 규산염 광물의 풍화가, 구룡산층 시료에서는 규산염 광물의 풍화가 주를 이루고 있다. 하천수 시료의 경우도 대부분 물-암석 반응의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다 군집분석의 결과, 지하수 시료는 크게 3그룹으로, 하천수 시료는 크게 4그룹으로 분류된다. 요인분석의 결과, 물 시료내의 각각의 화학원소의 함량은 주로 자연적인 풍화의 요인과 일부 인위적인 오염의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 변형된 오염지수(M.R.I.)를 사용하여 연구지역의 수질오염을 살펴본 결과 -0.08∼0.18 사이로 나타나며, 주로 구룡산층 채석장 지역 시료에서 0이상을 나타내었다. 이 연구에서 도입된 변형된 오염지수는 앞으로 수질 오염 예측 및 관리자를 위한 유용한 도구로 사용될 수 있을 것이다.
LIBS는 시료 표면에서 발생된 플라즈마로부터 방출되는 원자들의 분광선을 측정함으로써 물질의 화학적 조성을 감지, 확인, 정량화할 수 있는 최신의 분석기술로 기존의 전형적인 원소분석방법에 비해 현장분석기술로서의 더 많은 장점을 가지고 있다. LIBS는 최소한의 시료로 복잡한 분석과정을 피함으로 신속한 분석을 가능케 하고, 기기의 다방면적의 적용가능성과 단순함으로 인해 신속하게 가스, 고체, 액체상에서 다원소를 동시에 분석할 수 있는 레이저 기반의 분석기술로 지구화학적 분석, 탐사 혹은 환경분석에서 현장 이동성을 가진 센서로의 가능성 측면에서 매력적인 도구가 된다. 그러나 현장분석기술로서 토양환경에 적용하기에는 여전히 해결해야 할 문제들이 있다. 문헌연구를 통해 기본적인 작용원리인 플라즈마 형성과 물질붕괴과정을 고찰하고 현장분석기술로서 LIBS의 현 위치를 살펴본다. 또한 토양환경에 적용하기 위해 매질의 특성, 레이저 특성 및 분석신호에 영향을 미치는 다양한 인자들을 살펴보아 LIBS에 대한 기본적 이해를 돕고자 한다. 또한 분석에 미치는 영향 인자들을 보정해 분석 결과의 정확도, 정밀도 및 검출 한계 등 분석의 질을 향상 시킬 수 있는 기법 등을 다양한 문헌 연구를 통해 살펴봄으로써 추후 국내 토양환경분야의 LIBS 현장기술의 적용가능성을 고찰해보고자 한다.
최근 다중 지질정보의 통합적 해석은 GIS의 중요한 응용 분야중 하나로 인식되고 있다. 공간통합을 위하여 지구통계학적 방법들이 개발되어 있지만, 통합결과와 입력 주제도들 사이의 관계에 대한 통계적, 정량적 분석방법론의 개발은 아직까지 체계적으로 정립되어 있지 못한 상황이다. 본 연구에서는 지질도, 지화학자료, 항공지구물리자료, 지형자료 및 원격탐사 영상등 다양한 지질정보등이 보고된 옥동지역을 대상으로 하여 광물 부존 예상도 작성 사례연구를 수행하여 기존에 이용되고 있는 여러 공간 통합 방법중 확실인자 (Certainty Factor: CF) 추정방법과 다변량 통계 분석방법중 하나인 주성분분석을 시험적인 통합방법으로 우선적으로 적용한 뒤, 입력 자료와 통합결과에 대한 정량적인 통계량 정보를 추출하고자 하였다. 입력 주제도와 통합 결과사이의 관계 규명에는 통계 분할표를 이용한 통계처리를 편의 분석에는 잭나이프 방법을 적용하였다. 통합정보에 대한 통계량 분석을 통하여, 통합 결과와 입력자료 사이의 정량적 관계를 추출할 수 있었으며, 부가적으로 입력자료의 상태수준에 대한 판단정보를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 GIS 관점에서 통합결과 해석에 중요한 결정보조자료로 활용될 수 있으며, 복잡한 다중정보를 다루는데 공간 통합문제에서도 입력정보 검증을 위한 일반적일 처리과정으로도 발전할 수 있을 것으로 생각된다.
한국 고고학에서 토기는 그 출토 빈도만큼 많은 연구가 이루어진 유물이다. 지금까지는 주로 토기 표면에 시문된 문양이나 토기의 형태를 바탕으로 한 편년 연구들이 진행되어왔다. 하지만 연구자들의 주된 관심이 토기의 시간적 선후관계에 집중되어 토기 자체의 물리적 특성이나 토기에 잔존한 물질들을 연구하여 선사인들의 생활상을 복원해보는 시도는 상대적으로 부족했던 것이 사실이다. 본 연구에서 필자들은 한반도의 주요 선사 고대 유적에서 수습한 토기편에서 추출한 잔존유기물(Organic Residue)에 대한 GC-MS 분석과 안정동위원소 분석 결과를 바탕으로 선사시대 한반도의 토기 사용과 식생활에 관한 새로운 정보를 도출하고자 하였다. 산성을 띠는 한반도 토양의 특성으로 인해 유기물의 출토가 흔치 않은 상황에서 과거의 조리 활동으로 인해 토기 내부에 잔존해 있는 미량 유기물은 옛사람들의 식생활을 어림하는데 중요한 단서가 될 수 있다. 연구 결과, 각 유적의 시대와 입지에 따라 확연히 다른 생계 유형을 확인할 수 있었다. 내륙 깊숙이 자리한 춘천 중도 유적에서는 육상자원의 비중이 높음을 확인할 수 있었으며, 바닷가로의 접근이 가능한 광명 가학동 유적의 경우 해양자원을 소비한 증거를 확보할 수 있었다. 다른 한편으로, 선사시대에 속하는 위의 두 유적과는 시간적인 차이를 보이는 인천 구월동 삼국시대 유적에서는 지금까지 한국 고고학에서 크게 주목받지 못했던 낙농(酪農)의 가능성을 엿볼 수 있었다. 토기의 시간적인 선후관계 이외에 토기 자체에 대한 물리 화학적 연구가 활성화된다면 지금까지 알려지지 않았던 과거 사회에 관한 좀 더 많은 정보들이 도출될 수 있을 것이라 생각한다.
고창군 광승리 지역의 해발고도 5 m 내외의 해안 지점(DH)과 해발고도 10-15 m의 단구 상부 지점(KS)에서 시료를 채취하여 화학 분석과 입도 분석 등을 통하여 퇴적 물질의 특성을 파악하였다. DH는 풍화된 기반암을 피복하는 적색 토양층으로 하부에서 상부로 가면서 물질 조성이 점진적으로 변화하였다. DH 시료 내에 점토광물이 포함되어 있는 것으로 나타났다. 이를 근거로 하여 이 층을 제자리 풍화층으로 판단하였다. KS의 경우 구릉의 말단부에 위치하는 자갈층을 피복하는 층으로 물질 조성이 전반적으로 DH 부분과 상당히 다른 것으로 나타났으며, 일부 구간에서 물질의 교란이 일어나거나 외부 물질의 유입이 있었던 것으로 추정되었다. 한편 입자의 입도에 있어서 KS 시료들은 현재의 해빈 물질과 다른 특성이 나타난다. KS의 하부는 해빈에 비하여 세립 물질로 나타났으며, 중간 부분은 해빈보다 조립 물질이다. KS 시료의 분급은 해빈에 비하여 나쁜 것으로 나타났으며, 이 퇴적층중 일부는 지속적인 파랑과 조류에 의한 것보다는 일시적인 고에너지 환경에서 퇴적된 것으로 추정된다. 한편 KS 부분 시료의 매몰 연대는 광여기루미네센스(OSL) 분석에 의하여 0.65-0.71 ka로 추정되었다. 추가적인 연구를 통해 해당 퇴적층과 형성 과정의 특성에 대해서는 명확히 밝혀져야 할 것이지만, 해당 퇴적층은 폭풍에 의한 연안 범람 퇴적층일 가능성이 높은 것으로 추정된다.
광주과학기술원 에너지환경연구센터에서는 2000년 한해 동안 원자력발전소 주변 환경방사선 조사계획에 의거하여 영광원자력발전소 부지외부 및 비교지점에서 토양, 하천토 및 해저토 등 환경방사능 시료에 대한 감마선 방출핵종 분석을 수행하였다. 분석결과 토양과 하천토 및 해저토에서 인공핵종인 Cs-137이 검출되었으나 지난 3년간(1997-99)의 측정치인 평상범위 이내의 값이었고, 원전과 관계없는 일반지역에서 검출되는 수준과도 동일하며, 반감기가 짧은 Cs-134는 전혀 검출되지 않은 것으로 보아 원전가동에 의한 영향이 아님을 알 수 있다. 환경시료 측정에 대한 품질관리를 위해 임의로 선정된 가마미인근에서 해저토 시료를 각각 5지점에서 중복시료로 채취하석 상대 검출효율이 각각 30%, 45%인 2대의 HPGe Gamma-ray Spectroscope로 동시에 분석하여 환경방사선 측정자료와 분석의 신뢰도를 향상시키기 위한 지구통계학적인 연구를 수행하였다. 이를 위해서 두 가지 요인을 설정하여 시료분석방법과 채취지점의 차이를 이원배치 분산분석을 수행하였다. Two-way ANOVA 결과 Cs-137 및 K-40의 경우 시료채취 지점의 차이에 의한 분산만이 유효하며, 시료채취 및 분석과정에서의 생기는 오차는 무시할 만하여 지금까지 수행되어진 시료채취 및 분석방법은 신뢰할 만하다고 할 수 있었다.
함양-산청지역 하상퇴적물의 자연배경치와 부화특성을 알아보고, 지구화학적 재해에 대해 예견하였다. 오염의 우려가 없고, 집수분지를 대표할 수 있는 하상퇴적물 시료를 채취하였다. XRF, ICP-AES와 NAA 분석을 이용하여 주성분원소와 유해원소 함량을 얻었다. 산분해법은 1차로 $HClO_4$와 HF를 혼합하여 $200^{\circ}C$에서 분해시킨 후, 2차로 $HClO_4$, HF 및 HCl를 혼합한 후 $200^{\circ}C$에서 분해시켜 이를 1% $HNO_3$용액으로 만들었다. 상관분석에서 하상퇴적물의 $SiO_2$ 함량이 증가할수록 Cu와 Co의 함량이 감소하는 특징을 보임을 알 수 있었다. 함양-산청내 환경유해원소 대부분 부화지수 2 이하로 부화되어 있었으며, 함양지역 하상퇴적물은 Pb>Th>Cr>V>Co>Cu순으로, 산청지역 하상퇴적물은 Pb>Th>Cr>Co>V>Cu순으로 부화되어 있었다. Pb, Cr, Co 및 V의 부화지수는 함양지역과 산청지역에서 거의 비슷한 부화특성을 보였으나, Th의 부화지수는 함양지역 지역에서, Cu의 부화지수는 산청지역에서 높은 부화특성을 보였다. Pb의 부화지수는 각각 2.24(함양), 2.57(산청) 이상으로 부화되어 있었지만, 토양 및 환경오염 허용 한계치(tolerable level)를 이용하여 살펴본 결과에서는 오염에 특별히 노출되지 않은 것으로 판단된다.
ICP-MS로 화강암질 암석내 희토류원소의 함량 분석시 표준시료의 선택이 어느 정도 영향을 주는 지를 밝혀내기 위해, 상업용 표준시료(ACCU-standard, No. Cal-1), 화강암의 한국산 표준시료(KG-1), 미국산 표준시료(G-2), 일본산 표준시료(JC-1a, JC-2)를 각각 기준시료로 하여 각각의 희토류원소 함량을 측정하였다. 실험결과에 의하면, 경희토류(La-Gd) 분포도는 표준시료의 변화에 관계없이 대체적으로 추천값과 측정값 모두 일치하였다. 그러나 G-2 혹은 JG-2를 기준으로 측정했을 시, 다른 표준시료의 추천값과 측정값에 의한 중희토류(Gd-Lu)의 분포도는 많은 차이가 발생되었다. 이는 표준시료의 추천값의 오류 혹은 표준시료 암석의 지구화학적 특성에 기인된다. KG-1 혹은 JG-1a를 기준시료로 하여 희토류원소 함량을 측정했을 경우에는 G-2나 JG-2를 기준시료로 했을 때보다 추천값과 측정값에 의한 희토류원소의 분포도의 어긋남이 비교적 약한 편이다. 이는 국내 화강암류의 희토류원소 함량분석에 있어서의 표준시료로서 KG-1 혹은 JG-1a가 보다 더 유용함을 지시해준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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