한반도는 황사의 이동 경로에 있으나, 풍화와 침식이 활발한 산악 지형에서 황사의 퇴적을 확인하기는 어렵다. 이 연구에서는 설악산 알칼리장석화강암 토양의 세립실트(< 20 μm)에 점토광물 특성, 광물조성, 미세 조직 분석을 실시하여 산악지역 토양 내 황사퇴적물의 존재 상태를 조사하였다. 이 지역 토양 세립실트는 기 반암 유래 쇄설성 입자, 황사퇴적물, 그리고 이들의 풍화물로 구성되어 있다. 토양 내 황사기원 광물로 2:1 층상규산염, 녹니석, 각섬석, 녹염석, 함칼슘사장석이 확인되었다. 기반암인 알칼리장석화강암은 석영과 알칼 리장석으로 구성되며, 알칼리장석 중 앨바이트가 부분적으로 풍화되어 소량의 깁사이트와 고령토 광물이 생 성되었다. 산성토양환경에서 일라이트-스멕타이트 계열 2:1 층상규산염의 팽윤성 층간에 다핵 Al 양이온 종들 이 교환 및 고정되어 히드록시-Al삽입점토광물이 생성되었다. 2:1 층상규산염 총량을 기준으로 평가하면 조사 한 토양 세립실트 내 황사의 양은 70% 정도로 추정된다.

우리나라 제4기 고환경 변화 특성 규명을 위하여 수원시의 편마암 및 화강암 풍화대를 피복하는 적갈색 점토-실트 퇴적물 2개 단면(~3.5 m)에 대하여 광물 및 지화학 분석을 실시하였다. 퇴적층은 광물조성과 화학조성의 수직 변화를 기준으로 4개의 퇴적층(Unit 1-4)으로 구분되었다. 최하부 Unit 1은 K-장석 함량이 높은 사질 퇴적물로서 기반암 풍화물의 기여도가 높다. Unit 2는 전이층이며, Unit 3은 적갈색 점토-실트질 퇴적물로서 총점토 함량이 평균 58%이며, 주요 점토광물은 일라이트-스멕타이트 혼합층 광물과 수산기삽입 질석/스멕타이트이다. Unit 3에는 사장석이 거의 함유되어 있지 않은 반면에, 그 풍화물인 고령토 광물의 함량이 다른 층들보다 높다. Unit 4는 전반적 광물조성과 화학적 특성이 Unit 3과 유사하나, 사장석과 녹니석의 함량이 더 높고 고령토 광물의 함량은 더 낮다. 단면내 화학성분 변화를 국내 타지역 적갈색 점토-실트층 과 비교한 결과, Unit 3과 4는 풍성퇴적물의 범위에 포함되었다. 이 지역 퇴적 단면에서 고환경변화는 다음과 같이 해석된다. 기반암인 편마암과 화강암 풍화물이 침식되어 주변부에 사질 퇴적물로 퇴적되어 하부층 (Unit 1, 2)을 이루고, 그 위에 빙하기의 점토-실트질 풍성퇴적물층(Unit 3)이 퇴적되었다. Unit 3은 간빙기의 풍화작용으로 풍화되어 전체적으로 적갈색 토양화되었다. 그 후 다시 빙하기로 접어들면서 최상부에 풍성퇴 적물층(Unit 4)이 퇴적되었다.

규조토는 규조 껍질로 구성된 규질 다공성 퇴적암으로서 여과보조재, 충전재, 흡착재, 연마재 등의 다양한 용도로 사용된다. 규조토의 특성 개선을 위해 열처리하게 되면, 비정질 실리카인 단백석 이 크리스토발라이트로 상전이하여 규조토에 함유된다. 해외 규조토 17개 시료에 대하여 X-선회절분 석과 주사전자현미경 분석을 실시한 결과, 1개 시료에는 크리스토발라이트가 함유되어 있지 않으나, 나머지 16개 시료에는 크리스토발라이트가 다양한 정도(6~100 %)로 함유되어 있었다. 공기 중 일정 농도 이상의 크리스토발라이트는 인체유해물질로 관리되나, 식품 중 크리스토발라이트의 유해성은 낮 은 것으로 알려져 있다. 그러나 식품 품질 관리를 위해서 액상 여과식품 내 크리스토발라이트 함량 측 정 필요성이 제기되어, 분석법을 수립하고 몇몇 식품을 대상으로 분석을 실시하였다. 은여과지로 여과 한 크리스토발라이트에 X-선회절분석을 실시하고, 강도를 보정하여 검량선을 작성한 결과, 2.7 mg까 지 미량 정량이 가능한 것으로 평가되었다. 이 방법으로 몇몇 유통 액상여과식품의 잔류 크리스토발 라이트 함량을 측정하였으나 검출되지 않았다.

한반도 일부 토양에서 비정질 실리카(SiO2) 실트 입자들이 발견되었다. 토양 연마박편의 주사전자현미경에서 관찰된 비정질 SiO2 입자는 타원형이며, 1마이크론 이하의 극미세 공극들이 입자 내부에 집중 분포한다. 입자의 비정질성은 투과전자현미경 격자상 관찰과 전자회절로 확인하였다. 이 이질적인 실트 입자들의 풍성기원 가능성을 확인하기 위하여 중국 황토고원의 풍성퇴적물인 뢰스(loess)내 SiO2 실트입자들을 조사하였으나 유사 입자를 확인하지 못하였다. 아직 기원이 명확하진 않지만, 식물규소체나 화산재 풍화물일 가능성이 있다. 토양환경에서 비정질 SiO2 실트 입자의 장거리 이동 광물먼지(황사) 추적자로서 가능성은 낮다.

황사(아시아 먼지)의 광물학적 특성에 대한 장기 관측의 일환으로, 2018년 4월 6일과 15일 황 사 현상시에 채집한 두 개의 황사시료에 X선회절(XRD)과 주사전자현미경(SEM) 분석을 실시하였다. XRD 분석결과, 두 시료는 시기의 차이에도 불구하고 광물학적 특성은 유사하다. 층상규산염 점토광물의 총함량이 62 wt% 정도이었으며, 이 중에서 일라이트-스멕타이트류 점토광물의 함량이 55% 정도로 가장 높았고, 녹니석과 캐올리나이트가 각각 3% 및 4% 정도씩 함유되어 있었다. 그 외 비층상 규산염광물로서 석영 18%, 사장석 9%, K-장석 3%, 방해석 3%, 석고 2-4%가 함유되어 있었다. 개별 입자의 SEM 화학분석으로 구한 황사의 광물조성도 XRD 정량분석결과와 부합한다. 황사의 주요 광물인 일라이트-스멕타이트류 점토광물은 1 μm 이하 초미세입자들로서 응집체 입자를 형성하거나, 석영, 사장석, K-장석, 녹니석, 방해석 등의 큰 입자들을 피복한다. 방해석은 종종 나노크기의 섬유상 집합체로, 그리고 석고는 납작한 자형결정으로 점토와 함께 황사입자를 형성한다. 2018년 4월 황사시료의 광물학적 특성은 2012년 시료와 비교하면 점토함량이 높지만, 다른 예년의 시료들과 유사하다.

단청, 불화, 벽화 등에 사용된 전통 무기질 안료는 대부분 광물이었으나, 근현대에 저렴한 화학안료로 대체되어 광물안료 제조법의 맥이 끊어졌다. 이 연구에서는 문화재 보존에 필요한 전통 광물안료 중 녹색-청색 계열 안료자원의 국내 산출과 광물학적 특성을 규명하고자 하였다. 구리를 함유한 녹색- 청색 안료광물들은 구리-납-아연을 채굴하는 금속광산의 폐석장이나 갱내 풍화대에서 이차광물로 산출되었다. X선회절과 주사전자현미경 분석을 이용하여 광물동정을 실시한 결과, 녹색은 brochantite, devilline, 청색은 linarite, bechererite, schulenbergite 등의 함수구리황산염이 대표적인 발색광물이었으며, 그 외 소량의 녹색 antlerite, atacamite가 확인되었다. 이들 녹색-청색 안료광물과 함께 cerussite, smithsonite, anglesite, cuprite 등이 이차광물로 흔히 수반되었다. 녹색 규산염 안료인 뇌록은 현무암 파쇄대의 교대산물로 산출되며, 주발색광물인 celadonite 외에 단백석이 다양한 비율로 혼재되어 있었다. 녹색 규산염 안료인 해록석은 사질 서해 퇴적물 내에서 산출이 확인되었다. 이번 조사에서 대표적인 구리계열 녹색-청색 전통안료로 알려진 공작석과 남동석의 산출을 확인할 수 없었다.

전남 나주시 장동리 지역의 화강암 풍화대를 피복하는 적갈색 점토-실트 퇴적물 단면(~2 m)에 대하여 광물학적 및 지화학적 특성 분석을 실시하였다. 퇴적물은 주로 석영(50%)과 점토광물(45%)로 구성되어 있으며, 소량의 K-장석, 침철석, 적철석, 깁사이트로 구성되어 있다. 점토광물은 일라이트(일 라이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층), 질석(질석, 수산화-Al 질석), 고령석(캐올리나이트, 할로이사이 트) 계열의 점토광물로 구성되어 있다. 광물 및 화학조성의 수직 함량변화는 미미하며, 사장석과 녹니 석이 전반적으로 결핍되어 있으나 최상부에 소량 함유되어 있다. 점토광물의 주성분이 일라이트 계열 이므로 퇴적물의 기원물질은 주변 고령토질 화강암 풍화물이 아니라, 먼 기원지에서 유래한 풍성퇴적 물로 판단된다. 현생 황사의 광물조성과 비교하면, 퇴적 후의 심한 화학적 풍화작용으로 사장석과 K-장석이 거의 없어지고, 석영과 점토광물로 구성된 광물학적 특성을 갖게 되었다. 풍화과정에서 사장석 과 녹니석은 각각 고령토 광물과 질석으로 변질되었으며, 함철 유색광물의 풍화과정에서 침철석과 적 철석이 침전되어 퇴적물이 적갈색을 띠게 되었다. 이 지역의 적갈색 점토-실트는 한반도 타지역 풍성 퇴적물과 광물학적 및 지화학적 특성을 공유하므로 풍성퇴적물로 추정되지만, 이에 대해서는 퇴적물 연대측정이나 동위원소 분석 등의 추가 검증이 필요하다.

황사는 태양광, 대기 가스, 에어로졸, 해양생태계와 상호작용하여 지구 기후에 영향을 미치며, 광물특성은 이와 같은 황사와 환경의 상호작용 이해에 필수적이다. 이 연구에서는 2015년 2월 22일 인천광역시 덕적도에서 포집된 황사시료의 광물특성을 분석하였다. X선회절분석(XRD) 결과, 층상규 산염광물이 총 62 wt%이었는데, 일라이트류 점토광물(일라이트 및 일라이트-스멕타이트 혼합층)이 55%로 함량이 가장 높았으며, 그 외 녹니석이 5%, 캐올리나이트가 2% 정도 함유되어 있었다. 비층상 규산염 광물로서 석영 18%, 사장석 10%, K-장석 4%, 방해석 5%, 석고 1% 등이 함유되어 있었다. 주 사전자현미경(SEM)과 에너지분산분광분석(EDS)에 의한 황사 개별 입자의 광물학적 분석에서도 유사 한 조성이 얻어졌다. 황사의 주성분인 극미립 층상규산염광물입자에 대하여 투과전자현미경(TEM) 및 EDS 분석을 실시한 결과, 다양한 성분비율과 혼합양상을 보이는 일라이트류 점토광물이 주요 광물로 확인되었다. SEM 형태 관찰에 의하면 황사입자들은 점토광물이 주성분인 덩어리, 혹은 점토광물로 피복된 석영, 장석, 운모 입자들로 구성되어 있었다. 석고가 점토와 함께 황사입자표면에서 자주 관찰 된 반면, 이전에 황사입자에 흔히 수반되는 것으로 보고된 섬유상 방해석은 드물어서, 황사 이동 중에 방해석이 산성대기오염물과의 반응에 의하여 석고로 변한 것으로 추정된다. 2015년 분석 결과는 황사 와 환경의 상호작용 모델링을 위한 광물의 대표 특성 수립에 기여할 것이다.

집속이온빔(FIB, focused ion beam)법은 광물 및 지질시료의 분석 대상 위치로부터 투과전자현 미경(TEM, transmission electron microscope) 관찰을 위한 박편을 정밀하게 제작할 수 있는 방법으로 널리 보급되고 있다. 그러나 박편 제작과정에서 Ga 이온빔에 의한 구조 손상이나 인위적 효과들이 발 생하여 전자빔에 의한 손상과 함께 TEM 분석에서의 난점들 중 하나이다. 광물 시료 FIB 박편의 TEM 관찰에서 석영과 장석의 비정질화, 커튼 효과, Ga 오염 등이 확인되었으며, 특히 입자 경계 부근 이나 두께가 얇은 곳에서 이들 현상이 보다 뚜렷하다. 박편 제작 시의 가속전압 및 전류 조정 등의 분 석절차 개선으로 이온빔 손상을 줄일 수 있으나, 어느 정도의 손상이나 오염은 피할 수 없으므로 TEM 박편 관찰과 해석에서 유의하여야 한다.

석탄화력발전 부산물인 석탄회의 희유 금속 재활용을 위한 기반 연구로서 9개 발전소의 석탄회를 대상으로 화학적 및 광물학적 특성을 분석하였다. 석탄회의 희유원소 화학조성은 전반적으로 셰일의 평균 조성과 부합하며, 국외 석탄회와 차이도 거의 없다. 그러나 국산 무연탄 비산재와 수입 유연탄 비산재는 무기원소 조성에서 약간의 차이가 있으며, 무연탄 비산재의 미연 탄소 함유량이 매우 높다. 바닥재와 비교하여 친황원소들이 비산재에 부화되는 경향이 있다. 규산염 유리가 주요 고상이며, 석영, 일라이트(백운모), 멀라이트, 자철석, 생석회, 경석고가 광물로 함유되어 있다. 규산염 유리는 Al과 Si가 주성분이고, Ca, Fe, K, Mg가 다양한 비율로 함유되어 있다. 규산염 유리는 다공성 구형 또는 비정형 부석질 입자들이며, 흔히 잔존 광물이나 산화철구, 또는 다른 유리입자들과 융접되어 있다. 산화철구 입자는 급속 성장한 산화철 미세 입자와 유리 기질로 구성되어 있다. 석탄회로부터 유가 금속 재활용을 위해서는 이상의 화학조성, 미세조직, 광물학적 특성들이 고려되어야 한다.

본 연구에서는 유연탄을 원료로 하는 국내 모 화력발전소에서 발생하는 비회(fly ash)와 석탄회 매립염호수(saline ash pond)에 대하여 지구화학적으로 조사함으로써 석탄회와의 반응에 의한 매립호수의 수질변화와 염수와의 반응에 의한 석탄회내의 원소용출 특성을 고찰하였다. 이를 위해, 각각 1개씩의 비회와 바닥재, 그리고 7개의 매립호수 수질시료를 채취하였다. 이 중, 비회와 바닥재, 그리고 2개의 수질시료는 총 55개 항목의 미량금속원소에 대한 분석을 수행하였다. 비회 내에는 Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, B 등과 같은 친황원소들의 함량이 비교적 높게 나타났다. 하지만, 매립호수 내에서는 해수에 비하여 As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, Zr 등이 상대적으로 농집되어 있었다. 또한, 각 원소에 대하여 비회 내의 농도와 매립호수 내의 농도 비를 비교한 결과, Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, W 등이 타 원소들과 비하여 매립호수에 농집되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적 휘발정도에 의해 일부 금속원소가 비회의 표면에 농집된다 하더라도 금속원소의 용출특성이 용해도나 흡착처럼 각 원소의 지화학적 거동 특성에 영향 받음을 의미하는 것이다.

제천시 수산면의 고생대 백운암에는 속성기원 흑색 처트 단괴들이 함유되어 있으며, 흑운모 화강암 관입과 관련된 접촉변성작용으로 백운석과 처트가 반응하여 단괴 주위로 변질대가 형성되었다. 변질 초기에 활석 및 방해석이 처트와 백운암을 교대하며 생성되었지만, 후기에 투각섬석이 활석과 방해석을 교대하였다. 처트 단괴들이 밀집한 백운암 층준에서는 회백색 투각섬석이 다량으로 산출된다. 주사전자현미경 및 광학현미경 관찰결과, 투각섬석은 다양한 종횡비의 신장된 입자 형태를 보이며, 수 mm의 좁은 공간에서 같이 산출된다. 침상-섬유상 입자들이 다발을 이루는 석면상 투각섬석도 있으나, 주상 입자들도 흔히 존재함이 확인되었다. 따라서 자연 유래 석면물질의 경우, 모든 투각섬석이 석면상 투각섬석은 아니므로 석면 정량 시 유의해야 한다. 수산 지역에서 석면상 각섬석의 산출 환경은 함처트 백운암, 열원, 수용성 유체의 존재가 투각섬석 석면의 지질학적 생성 조건이 될 수 있음을 지시한다.

국내 주요 백운석 광산에서 산출되는 백운석 광석과 수반광물에 대하여 X-선회절분석, 박편관찰, 주사전자현미경 관찰 등을 통하여 광물학적 및 조직 특성을 분석하고, 이들의 산출상태와 성인을 검토하였다. 연구 결과, 백운석 광석은 담회색에서 암회색을 띠며 입자도 세립에서 조립까지 다양하였으나, 주로 거의 순수한 돌로마이트로 이루어졌다. 일부 백운암에서는 소량의 방해석, 석영, 운모가 함유되었다. 세맥, 암맥, 변질부 등에서 국지적으로 방해석, 석영, 일라이트, 장석, 고령토광물, 녹니석 등이 산출되며, 일부 광산 변질부에서 세피올라이트와 규회석이 확인되었다. 그러나 이번 조사에서 온석면과 투각섬석과 같은 석면광물은 확인되지 않았다. 광산내 적갈색 및 황색을 띠는 점토물질들은 주로 일라이트로 구성되며, 카올린광물과 스멕타이트가 수반되기도 한다. 이들은 암맥관입과 관련된 부분적 열수변질과 이후의 풍화작용에 의해 형성된 것으로 보인다. 백운암층의 구성광물, 조직, 산출 상태와 기존의 연구결과로 볼 때, 백운석 광상은 선캄브리아기와 고생대의 얕은 바다에서 퇴적된 석회질 퇴적물이 속성작용에 의해 백운석화 작용을 받아 형성된 것으로 보인다.

안동 초염기성암 복합체에서 발견된 함금운모 사방휘석암의 산출과 광물학적 특성을 보고한다. 사방휘석암은 복합체 내에서 1 m 내외 두께의 층상암체로 산출되며, 대부분 조립 자형-반자형 사방휘석으로 구성되어 있다. 소량광물로서 단사휘석, 금운모, 사장석이 미량의 크롬 스피넬, 펜틀란다이트, 인회석, 저어콘과 함께 수반된다. 단사휘석은 사방휘석 내에 용리되어 있거나, 후기에 사방휘석 간극을 충전한다. 전자현미분석에 의하면 사방휘석과 단사휘석은 각각 엔스태타이트와 투휘석이며, 시료별 조성 차이가 거의 없다. 금운모와 사장석도 사방휘석의 간극을 충전하며 거의 일정한 조성을 보인다. 후기변질작용으로 사방휘석, 단사휘석, 사장석이 각각 활석, 각섬석, 사문석으로 변질되었다. 사방휘석암은 초염기성 마그마로부터 분별결정작용으로 생성된 것으로 보인다. 현재 미상인 안동 초염기성암 복합체의 지질시대가 사방휘석암의 금운모와 저어콘에 대한 연대측정으로 규명될 것으로 기대된다.

자연 석면 산출지의 투각섬석-양기석에 대한 전자현미경관찰 결과, 섬유상, 침상, 주상의 다양한 입자 형태가 관찰되었다. 섬유상 입자들은 일정한 너비로 가늘고 길게 휘어지며, 로프 모양의 다발이나 매트를 형성한다. 침상 입자들은 평행한 다발을 형성하나 장축 방향으로 쉽게 갈라지며 탄성이 있다. 주상 입자는 분쇄과정에서 벽개를 따라 쪼개지며 종횡비가 짧은 침상입자를 형성한다. 입자의 형태적 특성은 산출지별로 다르며 하나의 시편 내에서도 차이가 관찰된다. 투각섬석-양기석 계열의 각섬석은 섬유상에서 주상까지 형태적 연속체를 형성하므로 석면상 각섬석에 대한 유해성 평가를 위해서는 형태적 특성과 발암 특성 간의 인과관계에 근거한 동정 기준 및 시료준비과정이 수립되어야 한다.

2009년 3월 17일 채집된 황사 총시료(TSP)의 개별 입자에 대하여, 고분해 주사전자현미경 및 에너지분산 X선 분광분석을 이용한 광물학적 특성 및 혼합상태 분석을 실시하였다. 황사 입자들 중, 석영, 사장석, K-장석, 각섬석, 흑운모, 백운모, 녹니석, 방해석 등은 비교적 조립질 입자로 산출되며, 이들 입자는 앓은 극미립 일라이트질 점토광물 층으로 피복되어 있다. 극미립 점토광물 입자들은 또한 개별 점토 덩어리를 형성한다. 조립질 방해석 외에 나노섬유 방해석들이 개별적으로 또는 집합체로 큰 입자를 피복하거나 점토광물과 함께 덩어리를 형성한다. 입자의 주 광물에 따라 광물학적 분류를 실시하고 빈도를 구하였다. 이번 TSP의 단일입자 광물학적 특성 및 혼합상태는 기존의 PM10 분석 결과와 거의 차이가 없었다.

울릉도의 조면암질 응회암의 저온변질작용으로 할로이사이트가 생성되었다. 할로이사이트는 자연 상태에서 수화된 상태로 발견되었으며, 양파구조의 구상 또는 가장자리가 휘어진 판상 입자로 산출된다. 할로이사이트는 Si의 함량이 고령토 광물의 이상값보다 높아서 약간의 비정질이 혼재한 것으로 해석되었다. 또한 할로이사이트의 높은 Fe 함량은 판상 할로이사이트 생성의 원인이다. 조면암질 유리가 변질되면서 용탈된 원소들이 주로 화산유리의 입간 공극에 할로이사이트로 침전되었으며, 유리를 교대한 Si가 풍부한 반구상 비정질 집합체도 부분적으로 구상할로이사이트로 변질된 것으로 보인다. 할로이사이트는 조면암질 화산활동이 활발했던 울릉도에서 화산재의 주요 변질물 중의 하나이다.

울산시에 삼동면에 위치한 천부 관정 지하수들 중 일부는 탁도가 음용수 기준을 크게 초과한다. 광물학적 분석결과, 극미립 부유입자는 지름 0.5 μm 이하의 구상 페리하이드라이트(ferrihydrite), 페리하이드라이트로 교대된 나선형 철산화 박테리아 섬유, 그리고 이들의 집합체였다. 페리하이드라이트는 거의 비정질로서 2개의 전자회절환만 관찰되었고, Si와 P가 함유되어 있었다. 나선형 철산화 박테리아는 지하수의 용존 Fe2+의 산화뿐만 아니라 페리하이드라이트의 침전 장소를 제공하였다. 주변의 보통 지하수와 비교하여 pH와 Eh가 낮고, Ca 함량과 알칼리도가 높아서 한국 탄산약수의 일반적 수질 특정과 잘 부합되어, 용존철이 풍부한 심부 기원 탄산수의 유입이 추정된다. 따라서 높은 페리하이드라이트 탁도는 pH, Eh, 알칼리도 등의 수질인자와 함께 천부 지하수 관정을 이용한 심부 기원 탄산지하수 추적의 지시자로 활용될 가능성이 있다.