Frost shattering has traditionally been considered as one of the most effective process in rock weathering. Each slab specimens of five or six rhyolite, basalt and tuff was prepared and put in freeze-thaw cycles and repeated 300 times in the temperature of $-25^{\circ}C$ to $+30^{\circ}C$ and their weathering patterns and products were analyzed by surface observation, particle size, XRD and thin section. As the result, some changes were observed in weathering patterns and weathering products. Rock shattering was more active in waterlogging rather than atmospheric conditions, but there are many differences depending on the type of rock. Rhyolite is hardly weathered by 300 times freeze-thaw cycles and generates the least amount of weathering products. Weathering of Basalt is limited to the surface layer where water can be absorbed, and produces a few amount of platy-shape debris. Tuff are separated by blocky structure which the particles are aggregated along their edges rather than enlarged existing cracks/joins or generated new joints.
Batch sorption experiments were carried out to investigate the sorption characteristics of $^{90}$ Sr onto domestic granite(HG) and tuff(TF) samples. The effect of three independent variables ([Sr], Vo1/Wt], [pH]) on the sorption was investigated. (Sr) played as the most significant variable for the $^{90}$ S $r^{2+}$ sorption onto HG, whereas [pH] had the greatest effect among three variables onto TF. Tuff shooed much greater sorption than granite, which ues accounted for their differences in mineralogical properties. The selectivity of $^{90}$ Sr was much lower than that of $^{l37}$Cs.s.s.
The effects of fractures in rock masses on the groundwater flow and the groundwater flow system in the volcanic rocks are analyzed by GFFP-WT model, which allows more realistic analysis of groundwater system by considering the fractures in rock masses. The evaluation of the effects of fractures in rock masses on the groundwater flow has been carried out in the 2nd Yeonwha and resulted in that the fractures mostly influence flow time because of hydraulic head distribution change. The results of the groundwater flow system analysis in the volcanic rocks are as follows. Most of groundwater once flowed in Lapilli tuff flowed out through Lappilli tuff layer. But only a small fraction of water flowed out through crystal tuff layer.
황토굴은 울릉도 태하리 해안에 위치하고 있는 해식동굴로서, 벽면은 적색 응회암층으로 이루어져 있고 상부는 조면암으로 덮여있다. 적색 응회암에 대한 주화학성분은 $SiO_2$ 49.81-63.63%, $Al_2O_3$ 13.05-24.91%, $Fe_2O_3$ 2.67-5.82%, $Na_2O$ 2.87-6.92%, $K_2O$ 2.37-3.85% $TiO_2$ 0.55-0.81%, MnO 0-0.53%, MgO 0.39-1.75%, CaO 0.60-1.40%이며, 토질의 pH는 4.5-8의 범위를 나타내고, 광물성분은 아노르소클레이스(anorthoclase) 23.7-39.4%, 새니딘(sanidine) 16.9-33.3% 일라이트(illite) 15.8-26.1%, 적철석(hematite) 5.1-9.0%, 침철석(goethite) 0-3.7%, 산화티탄(titanium oxide) 6.9-9.9%, 소금(halite) 0.9-9.5%의 범위를 보인다. 하지만 현무암질 응회암층 기질의 내에 존재하는 대부분의 비정질 물질은 XRD회 절선이 나타나지 않으므로 아노르소클레이스, 새니딘, 일라이트가 적색층의 주성분이라고는 할 수 없다. 조면암 용암의 열은 하부의 응회암에 영향을 주어 기질을 쉽게 변질시키는데 이로 인해 적색의 비정질 집합체 팔라고나이트(palagonite)를 형성하고 철 성분을 산화시켜 주변을 채색한 것으로 보인다. 이렇게 이차적으로 형성된 철 산화물은 팔라고나이트 내부에 부화되거나, 극미립 또는 비정질의 철산화물의 형태로 존재하고 있다. 따라서 적색층은 조면암 분출 직후와 관련된 열적 산화작용과 응회암 기질의 팔라고나이트화, 적색층 내에 존재하는 함철광물의 산화작용에 의하여 복합적으로 형성된 것으로 판단된다.
구암산 칼데라는 청송 남동부에 나타나며, 이 칼데라에 직접적으로 관련되는 지질은 규질 화산암류이고 화산각력암, 구암산응회암과 함몰후 관입암으로 구분할 수 있다. SHRIMP를 이용하여 저어콘 U-Pb 연령측정을 실시함으로서 화산암류의 분출시기, 관입시기와 칼데라 형성시기를 확실하게 하였다. 측정결과에 의하면 구암산응회암은 하부 회류응회암이 $63.77{\pm}0.94Ma$, 상부 회류응회암이 $60.1{\pm}1.8Ma$의 분출시기, 함몰후 관입체의 환상 유문암맥은 $60.65{\pm}0.95Ma$의 관입시기를 나타낸다. 이 자료에 의하면 구암산 칼데라는 구암산응회암의 상부 회류응회암 분출 직후, 환상암맥 관입 직전의 60.65~60.1 Ma 무렵에 형성되었음을 암시해준다. 구암산 칼데라 지역에서는 63.77~60.1 Ma 기간에 회류분출-칼데라함몰-환상관입으로 연결되는 하나의 완벽한 칼데라윤회를 거치는 화산과정을 나타낸다.
면봉산 칼데라는 경상북도 청송군 남부에서 백악기 퇴적암류와 중성 화산암류 속에 직경 10.2$\times$8.0km 의 크기로 존재한다. 면봉산 칼데라 지역은 하부의 중성 화산암류, 중부의 응회질 퇴적암과 상부의 면봉산응회암으로 구성된다. 칼데라를 형성케 한 면봉산응회암은 하부 회류응회암, 층리응회암과 상부 회류응회암으로 나누어지며, 칼데라 북동부에서 최고 1,030m의 두께이고 남서부로 갈수록 얇아진다. 면봉산 칼데라는 칼데라 북측에서 최고 820m 내려앉았고 남서측에서 함몰되지 않은 비대칭 칼데라로 분류된다. 본 칼데라는 면봉산 지역에서 폭발적인 회류 분출로 인해 마그마챔버의 지붕이 갑자기 함몰됨으로서 형성되었다. 칼데라 연변부의 환상단열대는 유문암이 맥상으로 관입되고 칼데라 중앙부는 유문암이 플러그상으로 관입되었다. 그리고 환상단열대의 남부와 북서부는 심성암류의 관입에 의해 잘려 있다. 이와 같은 증거들을 종합하면, 면봉산 칼데라는 기하학상 뚜컹문형 칼데라로 분류되고 하나의 칼데라 윤회를 따르는 진화를 밟았다.
제주도의 화산활동 규모를 파악하고 화산재해를 평가하기 위해 가장 최근에 분화한 단성화산 3개를 선택하여 화산 분화량을 계산하였다. 선택된 단성화산은 송악산 응회환, 비양도 분석구, 일출봉 응회구이며, 뉴질랜드의 오클랜드 화산지대에 적용된 모델을 사용하여 계산한 분화량은 각각 $24,987,557m^3$, $9,652,025m^3$, $11,911,534m^3$이다. 이 분화량은 화구충진물, 응회환(응회구), 분석구, 그리고 용암류의 부피로 구성된다. 분화량을 토대로 추정되는 화산폭발지수는 각각 3, 2, 3이며, 분화유형은 스트롬볼리식(Strombolian) 내지 써제이식(Surtseyan)이고, 화산폭발지수와 화산이산화황지수의 상관관계를 이용한 이산화황 분출량은 $2-8{\times}10^3kt/y$로 추정된다. 제주도에 대한 최근 연대측정자료는 제주도에서 1만년 이내에 화산활동이 수차례 있었음을 보여주며 앞으로의 화산활동 가능성을 지시하고 있다. 따라서 제주도의 분화 가능성을 고려한 연구가 충분히 수행되어야 하고, 이를 토대로 화산재해를 평가하고 대비하는 시스템의 구축이 요구된다.
경주지역 석조문화재 구성암석으로 사용된 경주남산화강암과 석영안산암질 응회암의 산성비에 따른 손상을 예측하기 위하여 인공강우와 인공풍화시험을 적용하였다. pH 4.0 강우는 반응초기에 화강암시편의 표변에 노출된 신선한 광물 입자와 가수분해반응에 의하여 중화되나, 곧 초기산성도로 돌아갔다. 반면 pH 5.6 강우는 경주남산화강암과 반응 시 오랜 시간 동안 중성을 유지하였는데, 약한 산성도로 인하여 암석의 구성 광물이 천천히 지속적으로 가수분해되어 나타나는 결과로 보인다. 풍화된 경주남산화강암과 반응한 산성비의 산성도는 pH 5.6 강우의 경우 선선한 암석에 비해 더 오랫동안 중성을 유지하였다. 응회암과 반응한 산성비는 전체적으로는 화강암과 유사한 경향을 보이나, pH 4.0 강우의 산성도가 낮아지는 시점이 화강암에 비해 늦다. 이는 응회암과 화강암의 조직과 구성광물성분이 다르기 때문이며, 미립 내지 유리질 석기가 많은 응회암이 화강암에 비해 강우와 반응하는 성분이 더 많아서 이러한 차이를 나타낸다. 무게감소율과 강도감소율을 예측한 결과, 신선한 경주남산화강암 보다 응회암이 같은 조건의 환경에서 2배 가까이 감소하였다.
감은사지삼층석탑(국보 제112호)은 구성부재의 훼손으로 인해 빠른 시간에 보수되어야 하는 위기의 석조문화재이다. 이 연구에서는 감은사지삼층석탑(서탑)을 이루고 있는 부재들에 대한 각각의 암석기재적인 특징, 대자율 및 감마스펙트로미터를 측정하여 석탑에 사용된 부재들의 공급지를 추정하였다. 감은사지서탑의 석재는 기재적으로 세립질의 석기에 흑운모, 석영, 장석 등의 광물편의 함량이 많은 유리결정질 응회암 또는 결정 응회암으로 분류된다. 대자율 측정결과, 이들은 $10{\sim}20({\times}10^{-3}}\;SI\;unit)$ 정도의 값을 가지며, 감마스펙트로미터 측정결과 K는 3%, eU는 $0{\sim}8ppm$ 그리고 eTh는 $9{\sim}18ppm$의 함량을 가진다. 이러한 특징은 주변암석들 중에서 감은사지서탑에 사용된 석재의 공급지를 파악하는데 중요한 지시자가 된다. 감은사지 주변에 분포하는 암석 중에서 기재적으로나 화학적으로 감은사지서탑의 석재와 가장 유사한 암석은 와읍분지 내 범곡리 층군에 포함된 데이사이트질 화산암류이다. 이 화산암류는 암석층서적으로 다시 와읍리응회암, 용동리응회암 그리고 범곡리화산암류로 구분된다. 세 암석 중에서 감은사지서탑의 석재와 가장 유사한 암석은 범곡리화산암류의 결정 응회암으로 판단되며, 이 석탑의 건축시어 이 결정 응회암이 사용되었을 것으로 생각된다.
운주사 원형다층석탑의 주요 구성암석은 암편질응회암과 유문암질 각력응회암으로 담녹색 및 회색을 띠며 원마도가 불량한 암편을 함유하고 있다. 암편질응회암은 유리질 기질과 은미정질의 장석과 석영이 보이고 미정질 결정들이 나타난다. 유문암질 각력응회암에서는 장석 및 불투명 광물로 이루어진 기질에 석영과 장석이 반정으로 관찰된다. 석탑의 모든 부재에는 먼지, 박리박락, 공동, 탈락, 균열이 발달되어 있으며, 적외선 열화상 촬영 결과 부분적으로 내부 공극이 상당히 진행되어 박리를 유발하고 있는 상태이다. 또한 서측과 북측의 3층 이상 옥개석 상부에서는 회색, 녹색, 황갈색 등의 다양한 지의류 및 선태류들이 높은 점유율을 보인다. 기단부와 옥개석에는 산화망간, 산화철 및 수산화철 등의 무기오염물에 의한 변색이 나타난다. 석탑 부재의 화학적 풍화지수(CIA)와 풍화잠재지수(WPI)를 산출한 결과, 각각 55.69, 1.12로 상당히 풍화가 진행되었으며 초음파속도는 평균 2,892m/s, 풍화도지수와 일축압축강도는 각각 0.4k, $1,096kg/cm^3$로 암석의 강도와 내구성이 약화된 상태이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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