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일본 서남부 가고시마 와카미코 해저 열수환경에서 형성된 2:1 점토광물 내 암모늄 거동 및 질소동위원소 특성
조재국,토시로 야마나카,신동복,Jo, Jaeguk,Yamanaka, Toshiro,Shin, Dongbok 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.1
함암모늄 2:1 점토광물 내 암모늄 거동과 질소동위원소 특성을 살펴보기 위해 일본 남서부 해저 와카미코 화구(Wakamiko crater) 내 열수가 분출하는 두 지점에서 퇴적물 코어를 채취하여 스멕타이트로 대표되는 점토입자를 추출하였다. 점토입자 내 무기탄소 제거 후 순차적인 유기물 분해과정에서 감소하는 탄소-질소 비에 근거하여 무기질소 함량을 추정한 결과, 전질소에 대한 무기질소 비율은 SES 지점(Core#1093MG: av. 11.5%)에 비해 SWS 지점 (Core#1094MR: av. 18.2%)에서 높은 경향을 보였다. 후자에서 높은 광물 결정도를 보인 점은 상대적으로 진전된 광물화와 함께 교환성 암모늄이 비교환성 암모늄으로 전환된 결과로 해석된다. 단계적인 점토입자 내 교환성 암모늄의 제거과정에서 나타난 질소동위원소 조성 변화(SES 지점: Core#1093MG: -4.4 ~ +0.2 ‰, av. -2.4 ‰; SWS 지점: Core#1094MR: -0.7 ~ +3.0 ‰, av. +1.5 ‰)로부터 심부 마그마에서 비롯된 열류 및 열수에 의한 국부적인 온도변화는 함암모늄 2:1 점토광물의 형성에 관여한 유체 내 용존 암모늄과 암모니아 사이에서 질소동위원소 분별을 야기했을 것이다. 2:1 clay minerals such as smectite incorporating ammonium were extracted to investigate the ammonium behavior and nitrogen isotope characteristics for two different sediment cores which were collected from shimmering sites on seafloor of the Wakamiko crater, southwestern Japan. Inorganic nitrogen contents in clay fraction were estimated by calibration curve based on consistently decreasing carbon and nitrogen ratio during the treatment to decompose organic materials, after removing inorganic carbon. The results show that the proportions of inorganic nitrogen for total nitrogen in clay fraction of SWS site(Core#1094MR: av. 18.2%) are higher than those in SES site(Core#1093MG: av. 11.5%). Relatively good crystallinity of the former suggests that exchangeable ammonium was transformed to non-exchangeable ammonium during more evolving diagenetic process. Nitrogen isotope variance of clay fraction(SES site: Core#1093MG: -4.4 ~ +0.2 ‰, av. -2.4 ‰; SWS site: Core#1094MR: -0.7 ~ +3.0 ‰, av. +1.5 ‰) during sequential decomposition of exchangeable ammonium suggests that heat flow derived from deep magma led to nitrogen isotope fractionation between dissolved ammonium and ammonia in the fluids involved in the formation of 2:1 clay mineral incorporating ammonium with local temperature variation.
경상지역 제철유적 산지추정을 위한 암석기재학 및 지화학 연구
조재국(Jaeguk Jo),김서진(Seojin Kim),곽병문(Byeongmoon Kwak),신동복(Dongbok Shin),염경훈(Kyeonghoon Yeom),유병용(Byeongyong Yu),임진아(Jinah Im),임헌경(Heonkyung Im) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
경상지역에 분포하는 주요 제철유적 7개소와 인근 철광상 8개소에서 얻은 철광석, 철슬래그, 철유물을 대상으로 암석기재학 및 지화학특성에 근거한 산지추정 연구를 수행하였다. 주요 철광산에서 획득한 자철석은 주로 열수기원으로 스카른광물과 함께 산출되지만 대금광산에서는 장석류와 함께 화성기원의 산점상을 보인다. 또한, 물금 및 함안광산 자철석은 황화물과 함께 산출되는 특징을 보인다. 자철석 주원소 특성에 근거한 광상유형 도시결과 대부분 스카른광상에 속하며 화성기원의 대금광산을 제외하면 모두 열수기원으로 나타난다. 밀양사촌유적 철광석은 석영과 함께 자철석이 발달하여 열수기원의 스카른 광상이었음을 암시한다. 부산 지사동 슬래그에서는 재결정화된 구리화합물이 검출되어 다른 유적시료와 구별된다. 울산지역 달천 철광석 및 토철 내 자철석에서 확인된 비소의 평균 함량은 각각 0.15 wt.%와 0.14 wt.%로서 나머지 철광산(av. 0.13 wt.%)보다 다소 높은 경향을 보인다. 철광석 내 비소는 자철석과 교호하는 규산염광물에서 확인되며 이들은 제련과정에서 파생된 제철유적 슬래그 내 비소 농집에 기여한 것으로 보인다. 제철유적 전암시료 주원소 변화 곡선은 시료간 구별된 차이를 보이지만 향후 미량원소 변화곡선 및 납-스트론튬 동위원소와 연계한 종합검토가 요구된다.
경남 하동 반려암질 회장암복합체 내 희토류 분포 및 점토입자의 양이온교환을 통한 희토류 회수
조재국(Jaeguk Jo),Toshiro Yamanaka,김의준(Euijun Kim),신동복(Dongbok Shin) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
이온흡착형 함희토류 광체는 풍화받은 화성암에서 2차적으로 형성되는 점토입자와 관련하며 간단한 양이온 교환을 통해 회수할 수 있는 이점이 있어 신에너지 전략자원으로 평가받는다. 한편, 경남 하동지역은 회장암 복합체에서 형성된 카올리나이트 광상으로 익히 알려져 왔지만 점토광물에서 수반되는 미량원소들은 분순물로 취급되어 주목받지 못하였다. 본 연구에서는 함희토류 점토입자를 대상으로 암모늄염(i.e., NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄, (NH₄)₃PO₄, NH₄HCO₃) 양이온 교환을 통한 희토류 회수율을 평가한다. 분석시료는 하동군 화정리 일대 분포하는 반려암질 회장암 복합체로서 기반암은 단층파쇄작용을 동반한 열수맥에 의해 교대되어 있고 부분적으로 철-티탄광체를 수반한다. 시료는 기반암-열수맥-광체에 이르기까지 단계적으로 채취하였고 BSE 이미지 관찰 및 EDS 분석결과 희토류를 수반하는 갈렴석(allanite), 세라이트(cerite), 제노타임(xenotime) 및 인회석(apatite)이 확인된다. 중력침강을 통해 분리된 점토입자는 카올리나이트(kaolinite), 일라이트(illite) 및 스멕타이트(smectite)로 구성된다. 양이온 교환 전후 XRD 및 FT-IR 분석결과 주요 점토광물 내 암모늄 흡수율이 증가하였고 일부 양이온 치환으로 인한 점토광물의 반사위치 차이를 보인다. 암모늄염 종류에 따른 희토류 회수율 평가 결과 NH₄Cl > (NH₄)₂SO₄ > NH₄HCO₃ > (NH₄)₃PO₄ 순으로 나타나며 경희토류가 중희토류에 비해 높은 회수율을 보인다.