태평양 심해저 광물자원 개발의 현황과 미래

지상범 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

북동태평양 심해저 퇴적물의 베인전단강도 측정에 관한 연구

지상범,박정기,손승규,이경용,이현복 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.2

북동태평양 심해저퇴적물 전단강도 측정의 정확성을 위하여 측정 방법에 따른 전단강도 측정 결과들을 비교하였다. 비교 항목들은 1) 동일한 시료를 두 종류의 베인 전단강도 측정기(수동 베인, 전동 베인)를 이용하여 측정한 결과, 2) 시료채취 후 즉시 선상에서 측정한 결과와 3개월 뒤 육상의 실험실에서 측정한 결과, 3) 동일한 정점에서 채취된 두개시료를 측정한 결과, 그리고 4) 동일한 코어 내에서 4회 반복 실험한 결과이다. 측정 결과, 전단강도 값은 퇴적깊이에 따라 뚜렷한 변화 양상을 보였다. 또한, 동일한 정점에서 채취한 두개의 코어 퇴적물에 대한 전단강도를 비교한 결과, 두 시료에서 측정된 변화폭이 장비차이에 따른 변화와 보관 조건에 의한 변화보다 높게 나타났다. 이와 같은 결과는 퇴적 깊이에 따른 전단강토의 변화가 지질공학적 물성변화에 의해 야기되었음을 지시한다. The shear strength of deep-sea core sediments from the nofheast equatorial Pacific was measured in various conditions to ensure precision of results. The comparison items were 1) two different measuring systems (hand-held vane and motorized vane), 2) in different places of on-board immediately after collecting the core samples and on-land laboratories after storing these samples for three months in a cold room, 3) two different core samples from a multiple corer within a sampling station, and 4) four different measuring points (holes) from a core sample. In this experiment, the values of shear strength in deep-sea sediments show significant change with depth which increase toward the bottom of core. Also, the results of two cores recovered at the same station indicate that vertical variation of shear strength is mainly caused by the change of physical properties. They strongly support the fact that the difference of vue syrtem and/or experimental conditions are not major factor in the variation of geotechnical properties.

심해저 망간단괴 개발의 현황과 미래

지상범,홍섭 한국해양과학기술원 2014 Ocean and Polar Research Vol.36 No.4

In early 1990s, the Korean government has launched a deep-sea research program to secure the stable long-term supply of strategic metallic minerals including Cr, Cu and Ni. Through the pioneering surveys, Korea registered 150,000 km2 of Mn-nodule field in the Clarion-Clipperton area, the NE equatorial Pacific to the international sea-bed authority (ISA) in 1994. Following the ISA exploration code, the final exclusive exploration area of 75,000 km2 was assigned in 2002, based on results of eight-year researches of chemico-physical properties of nodules, bottom profiles and sediment properties. Since that time, environmental studies, mining technical developments including robot miner and lifting system andestablishment of smelting systems were accompanied with the detailed geophysical studies to decipher thepriori mining area until 2009. Major points of the recent Korea Mn-nodule program are deployed on a commercial scale until 2015. In order to meet the goals, we developed a 1/5 scaled robot miner compared to commercial one in 2012 and performed a mining test at the water depth of 1,370 m in 2013. In addition,detailed 25,000 scaled mining maps in the priori area, which can provide operation roots of the miner, will be prepared and an environmental-friendly mining strategy will be pursued based on the environmentalimpact test and environmental monitoring.

토론문: 『武藝圖譜通志』에 대한 평가와 그 현대적 적용에 관한 연구

지상범 한국문화융합학회 2019 한국문화융합학회 전국학술대회 Vol.2019 No.6

북동태평양 원양성 적점토의 지질공학적 특성에 관한 연구

지상범,이현복,형기성,주세종,이근창,함동진,Chi, Sang-Bum,Lee, Hyun-Bok,Hyeong, Ki-Seong,Ju, Se-Jong,Lee, Gun-Chang,Ham, Dong-Jin 한국해양학회 2008 바다 Vol.13 No.3

In order to understand the physical properties of deep-sea sediments, which mainly consist of pelagic red clays, sediment samples were collected at 24 stations using a multiple corer in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific. The sampled sediment cores were examined for the mass physical properties(i.e. grain size distribution, mean grain size, water content, specific grain density, wet bulk density, void ratio, and porosity) and the geotechnical properties(i.e. shear strength and consistency limits) with the content of biogenic opal and mineral composition. Although KR1 and KR2 areas on the same latitude are logitudinally far from each other, the mass physical properties of these areas are not distinctly different except for shear strengths. The maximum shear strength of surface sediments in KR2 area is higher than that in KR1 due to the appearance of a consolidated lower layer(Unit 3) in the sediment core from KR2. 북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone, C-C지역) 사이의 북쪽지역에 위치한 연구지역 원양성 적점토 표층퇴적물의 특성파악을 위해 기계적 교란이 적은 다중주상시료채취기로 24개 정점에서 시료를 채취하였다. 채집된 퇴적물 시료의 입도, 함수율, 밀도, 공극률 등 지표 특성과 전단강도, 컨시스턴시 한계 등의 지질공학적 특성 그리고 생물기원 오팔함량 및 광물조성을 분석하였다. 원양성 적점토가 분포하는 광범위한 연구지역($15^{\circ}45'{\sim}16^{\circ}55'N,\;125^{\circ}20'{\sim}134^{\circ}10'W$) 퇴적물의 지표 특성 및 광물학적 특성은 동일 경도 상에서 동측지역과 서측지역 사이의 큰 거리차이에도 불구하고 매우 균일한 특성을 보인다. 단지 표층퇴적물의 전단강도는 KR1 지역에 비해 KR2지역이 고화된 특성을 보이는데, 이것은 KR2 지역에서 나타나는 하부 Unit 3의 영향에 의한 것으로 판단된다.

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대 KODOS 지역 심해저 퇴적물의 지질공학적 특성에 따른 유형분류

지상범,형기성,김종욱,김현섭,이근창,손승규,Chi, Sang-Bum,Hyeong, Ki-Seong,Kim, Jong-Uk,Kim, Hyun-Sub,Lee, Gun-Chang,Son, Seung-Kyu 한국해양과학기술원 2003 Ocean and Polar Research Vol.25 No.4

Deep-sea surface sediments, acquired from 1997 to 2002 in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific, were analyzed for index and geotechnical properties to provide background information for the design of manganese nodule minor. The sediments were classified into 16 types based on the measured properties and evaluated in terms of miner maneuverabillity and potential environmental impacts arising from mining activities. It was found that the middle part of the study area covered with coarse siliceous sediments is more favorable to the commercial production than the northern part of pelagic red clay. In particular, Area B2 in the middle part is considered the best mining site since it shows the highest abundance as well as it consists mostly of normally to over consolidated (types B, C, D) coarse siliceous sediments that are appropriate for effective minor movement and accompany weak environmental impacts. Taking account of all the analyzed core logs, the average shear-strength values are proposed as a practical guideline fur movements of a manganese nodule miner: 6.0 kPa at 10cm and 7.0kPa at 40cm below the seabed.

북동태평양 KODOS지역 심해 퇴적물의 베인 전단강도 측정 방법에 따른 결과 비교

지상범,정회수,김현섭,문재운,Chi, Sang-Bum,Jung, Hoi-Soo,Kim, Hyun-Sub,Moon, Jai-Woon 한국해양학회 1999 바다 Vol.4 No.4

북동태평양 심해저 생물자원 퇴적물에서 서로 다른 두 종류의 측정기 그리고 선상 및 육상 실험실에서 획득한 베인전단강도(vane shear strength) 자료의 비교 연구를 위하여 다중주상시료 채취기(multiple corer)로 규질 및 탄산질 퇴적물 시료를 채취하였다. 전단강도는 $2.0{\times}2.0$ cm의 베인($90^{\circ}$ four blade vane)이 장착된 수동베인측정기(hand-held vane apparatus, 수동베인) 그리고 회전식 점도계 (rotational viscometer)에 $1.0{\times}0.88$ cm의 베인을 장착하여 구성한 전동베인 측정기(motorized shear vane system, 전동베인)로 측정되었다. 수동베인과 전동베인으로 측정된 전단강도 값들은 코어 깊이에 따라 증가하는 동일한 변화 양상을 보이며, 절대 값도 유의한 차이를 보이지 않는다. 그리고 선상에서 측정된 전단강도 값에 비하여 3개훨월후 실험실에서 동일 장비에 의해 측정한 값들 또한 큰 차를 나타내지 않는다. 한편, 실험실에서 전동베인으로 동일한 코어를 2~4회 반복 측정한 결과 동일한 깊이에서도 측정 지점(hole)에 따라 차이가 나타난다. 또한 한 정점 내에서 서로 다른 코어 시료중 전단강도 값은 상당한 차이를 보이는 경우도 있다. 이는 심해저 주상 퇴적물의 물리적 특성이 생물 교란 작용 등의 영향으로 국부적으로 다르기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 즉 심해저 퇴적물의 전단강도는 선상에서 또는 3개월이 지난 후 실험실에서, 그리고 두 종류의 기기를 사용하여도 깊이에 따른 유의한 차이를 보이지 않고, 오히려 한 코어시료 내의 국부적 물성차이 또는 한 정점 내 지점별 물성차이에 의한 변화 폭이 더 크게 나타낸다. Siliceous and calcareous deep-sea core sediments were collected by a multiple corer from the KODOS (Korea Deep Ocean Study) area, northeast equatorial Pacific, to compare vane shear strengths measured by two different apparatuses and in different places of on-board and on-land laboratories. The apparatuses were 1) a hand-held vane with four blades of $2.0{\times}2.0$ cm, and 2) a motorized shear vane system with four blades of $1.0{\times}0.88$ attached on a rotational viscometer. Depth profiles of shear strengths of core samples determined by the apparatuses do not show any consistent difference. Also, there is no consistent difference between shear strength values measured on-board and on-land laboratories after storing the core samples for three months in a cold room by a motorized shear vane system. However, there are considerable differences between depth profiles of shear strengths measured at four different points (holes) of a core sample. Moreover, significant differences among the profiles of different tube samples from a multiple corer within a sampling station were observed. Heterogeneity in physical properties of each depth and sediment column, possibly due to bioturbation and bottom current flows, is likely responsible for the differences in the geotechnical properties.

북동태평양 한국 심해저 연구지역 망간단괴의 지역적 분포와 퇴적환경

지상범,강정극,오재경,손승규,박정기 한국해양과학기술원 2003 Ocean and Polar Research Vol.25 No.3

Deep-sea bottom photographs acquired in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific were analyzed to reveal the controlling processes for the spatial variation of manganese nodule. The results show that regional-scale occurrence variations of manganese nodule are mainly controlled by primary productivity of surface water, sedimentation rate, and water depth (or carbonate compensation depth). As a result, the diagenetic accretion on nodules increases toward southwest, while hydrogenetic accretion increases toward northeast. Considering the northwestward movement of Pacific Plate, this regional-scale variation of manganese nodule occurrence seems to be affected by oceanic environment during the active growth period (Oligocene-Miocene) of Pacific Plate.

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대 심해저 퇴적물의 전단강도 특성

지상범,강정극,김기현,박정기,손승규,고영탁 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.2

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone) 사이에 위치한 연구지역 퇴적물의 전단강도 특성과 퇴적학적 변화요인을 파악하기위하여 연구지역 각 지점에서 다중주상시료채취기로 채취된 69개 표층퇴적물을 분석하였다. 북부지역 원양성 적점토의 평균 전단강도는 4.4kPa로 낮은 반면, 중부지역 규질 퇴적물의 평균전단강도는 6.3kPa로 가장 높다. 남부지역 탄산질 퇴적물은 3.4kPa로 가장 낮으며, 남부지역과 중부지역사이의 전이퇴적물은 3.8kPa로 탄산질 퇴적물과 규질퇴적물의 중간 값을 보인다. 원양성 적점토가 완만한 전단강도 증가를 보이는 이유는 일반적인 고화 과정에 의한 함수율 감소에 의한 결과이다. 반면에 규질퇴적물에서 나타나는 퇴적깊이에 따른 전단강도의 급격한 증가는 퇴적결층과 연관되어 있다. 탄산질 퇴적물이 가장 낮은 전단강도를 보이는 이유는 남부지역이 타 지역에 비해 퇴적율이 월등히 높기 때문이다. Deep-sea surface sediments acquired by multiple corer from 69 stations in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific, were analyzed for shear strength properties to understand sedimentological process. The pelagic red clay from northern part of study area shows low average shear strength(4.4 kPa), while the siliceous sediment from middle area shows high(6.3 kPa). The calcareous sediment from southern area shows very low average shear strength(3.4 kPa), and transitional sediment between middle and southern area shows intermediate value(3.8 kPa) between siliceous and calcareous sediment. The depth profiles of average shear strength of pelagicred clay show gradual increment with depth due to decrease of water content with depth by general consolidation process. On the other, abrupt increment of average shear strength with depth in siliceous sediment is related to sedimentary hiatus. The very low shear strength in calcareous sediment is linked to very high sedimentation rate ofsouthern area compared with other study area.

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대 심해저 퇴적물의 물리적 특성에 관한 연구

지상범,이현복,김종욱,형기성,고영탁,이경용,Chi, Sang-Bum,Lee, Hyun-Bok,Kim, Jong-Uk,Hyeong, Ki-Seong,Ko, Young-Tak,Lee, Kyeong-Yang 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.6

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone) 사이에 위치한 연구지역 퇴적물의 입도, 함수율, 입자 밀도, 전밀도, 공극비, 그리고 공극률 등 물리적 특성과 퇴적학적 변화요인을 파악하기 위하여 1999년부터 2002년까지 7회의 조사작업을 통해 연구지역 각 지점에서 다중주상시료채취기로 채취된 69개 표층퇴적물을 분석하였다. 연구지역 퇴적물은 원양성 적점토가 분포하는 북부지역(북위 16-17도), 생물기원의 규질 퇴적물이 분포하는 중부지역(북위 10-11도), 탄산질 퇴적물이 분포하는 남부지역(북위 5-6도)으로 구분되며, 퇴적물의 물리적 특성은 이들 퇴적물의 유형에 따라 뚜렷이 다른 특성을 보인다. 북부지역은 수층의 기초생산성이 낮고 육성기원 입자의 유입이 많으므로 입도는 세립질이며, 함수율이 낮은 특성을 보인다. 반면에 중부지역은 수층의 생산성이 높고 수심이 탄산염보 상심도보다 깊으므로 다공질이며 입자크기가 큰 생물기원 규질 입자의 유입이 높아 평균입도는 가장 조립질이며, 함수율이 매우 높다. 한편, 남부지역은 수심이 탄산염보상심도보다 얕으므로 수층으로부터 유입되는 탄산질 퇴적물이 용해되지 않고 지속적으로 퇴적되어 가장 낮은 함수율과 높은 밀도를 보인다. C-C지역 퇴적물의 물리적 특성과 연관된 주요 요인들은 적도부근 해역의 높은 생산성에 따른 생물기원 입자의 유입, 탄산염보상심도를 고려한 수심 수층 생산성에 비례하는 퇴적률, 대륙으로부터 바람에 의해 유입되는 육성기원 입자의 공급, 그리고 생물기원 퇴적입자의 용해 및 자생광물의 형성과 연관된 저층해수의 화학적 특성 등으로 판단할 수 있다. Deep-sea surface sediments acquired by multiple corer from 69 stations in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific, were examined to understand the correlation of mass physical properties and sedimen-tological processes. The seabed of the middle part ($8-12^{\circ}N$) of the study area is mainly covered by biogenic siliceous sediment compared with pelagic red clays in the northern part ($16-17^{\circ}N$). In the southern part ($5-6^{\circ}N$), water depth is shallower than carbonate compensation depth (CCD). The mass physical properties such as grain size distribution, mean grain size, water content, specific grain density, wet bulk density, void ratio, and porosity of sediments are distinctly different among the three parts of the study area. Surface sediments in northern part are characterized by fine grain size and low water contents possibly due to low primary productivity and high detrital input. Conversely, sediments in the middle part are characterized by coarse grain size and high water contents, which might be caused by high surface productivity and deeper depth than CCD. The sediments show low water contents and high density in the southern part, which can be explained by shallower depth than CCD. Our results suggest that the variations in mass physical properties of sediments are influenced by combined effects including biogenic primary productivity of surface water, water depth, especially with respect to CCD, sedimentation rate, detrital input, and the geochemistry of the bottom water (for example, formation of authigenic clay minerals and dissolution of biogenic grains).