원자력 발전소 중대사고에 의해 방사성 세슘(137Cs)이 지하수계로 유출될 경우를 가정하여, 연구 지역의 깊이에 따른 암석매질의 특성을 규명하고 세슘의 흡착계수를 정량적으로 평가하였다. 대상지역인 신고리 원전 3, 4호기의 지하 암석매질은 주로 석영 및 장석류로 이루어진 화강암 계열이며, 운모류를 10~20% 함유하고 있다. 비교적 얕은 심도(6.3~7.4 m)의 파쇄대에서 2차 광물인 녹니석이 일부 포함되어 있었지만, 기반암에서는 거의 발견되지 않았다. 137Cs의 흡착분배계수(Kd)는 파쇄대 지역에서 약 880~960 mL/g로 기반암 지역에서의 820~840 mL/g보다 비교적 높게 나타났으며, 이는 파쇄대에 포함되어 있는 풍화생성물인 2차 광물들에 의한 영향으로 판단된다. 따라서 137Cs이 지하 매질로 유출될 경우 대부분은 천부 지역에 흡착되어 세슘에 의한 오염 확산 속도가 지연될 것이라고 예상되며, 이러한 결과는 원자력 발전소 안정성 평가인자 자료로 활용될 것으로 기대된다.

경상북도 봉화군 일대 낙동강 상류에는 과거 십여 년전에 홍수로 이동되어 강변에 퇴적, 풍화된 광미퇴적층이 일부 장소에서 발견된다. 본 논문에서는 하천에서 심하게 풍화되어진 광미퇴적물에 대하여 광물학적 분석을 통하여 이차광물의 형성 및 특징, 그리고 이들과 연관된 중금속 유출특성에 대하여 연구하였다. XRD를 통하여 일차광물로는 석영, 장석, 운모류, 녹니석, 각섬석류, 활석, 휘석(요한세나이트), 황철석, 방해석이 동정되었다. 규산염 광물인 캐올리나이트의 경우 광미가 풍화되면서 추가로 생성될 수도 있지만 퇴적된 기간을 고려하면 원래 광미에 있던 것이나 토양에 있던 것이 이동된 것으로 추정된다. 또한 광미가 풍화되면서 생성된 광물인 이차광물로 침철석, 석고, 바사나이트, 자로사이트가 XRD를 통하여 동정되었다. 이차광물의 형성은 일차광물의 종류 및 pH 환경 등에 주로 영향을 받으며 황철석의 풍화에 의하여 황산염인 석고, 바사나이트, 자로사이트가 형성이 되었으며 또한 침철석의 경우도 황철석의 풍화와 밀접한 연관이 있다. Mn 산화물의 경우 SEM에 의하여 동정이 되었는데 침철석과 함께 석영 등 일차광물의 표면을 코팅하고 있는 것으로 나타났다. Mn 산화물의 경우 비정질에 가까우며 Mn을 함유하고 있는 요한세나이트의 풍화에 의하여 형성된 것으로 사료된다. 이 두 산화물들은 각각 검은색, 갈색 또는 붉은색의 광미 풍화물 색깔을 나타내는 주원인 광물로 추정된다. EDS 연구결과 침철석과 같은 Fe 산화물과, Mn 산화물의 경우 높은 농도의 Pb, Zn, As를 함유하고 있는데 이는 이들 산화물에 풍화에 의하여 유출된 중금속이 공침되거나 흡착된 결과로 실제하천에서 이들의 형성은 중금속의 거동을 어느 정도 제어하여 하천으로의 유출을 막을 수 있음을 보여준다.

암석은 지표환경에 노출되면 오랜 세월동안 여러 요인에 의해 물리적 화학적 품화과정을 겪는다. 암석을 구성하는 광물 중 장석과 운모는 다른 광물들에 비해 가장 먼저 풍화되는 광물들이다. 자연계 풍화 화강암내에 존재하는 풍화 광물과 유사한 풍화 광물을 재현하기 위해 실내에서 신선한 광물과 산성용액과의 반응실험을 실시하였다. 흑운모의 경우, 낮은 pH조건에서 광물 용해 및 표면구조 파괴 현상이 초기에 시작되어 점차 진행되었고 사장석에서는 표면 침상 용해구조 발달 및 다량의 Al 성분의 침전물 형성이 두드러졌다. 강산조건에서는 모든 광물의 용해가 심화되었고 표면 용해구조가 뚜렷이 나타났다. 야외에서 관찰되는 광물표면의 용식각(etch pit) 및 표면 용해구조가 본 실험에서도 비슷하게 관찰되었고 광물 용해 및 풍화 조직이 광물 고유의 특성에 따라 발달됨을 알 수 있었다.

화강암질 편마암의 풍화단면에서 풍화초기에 흑운모-질석-캐올리나이트로의 변질과정을 보여 주었으나, 지표층으로 가면서 질석 중간 상이 거의 인지되지 않고 흑운모-캐올리나이트 변질과정을 나타낸다. 흑운모의 풍화작용에 의해 생성된 1:1 규산염 층상광물은 캐올리나이트와 할로이사이트이며, 다른 메커니즘에 의해 형성되어 각기 다른 풍화조직을 보여준다. 캐올리나이트화작용은 입자의 가장자리로부터 내부로 진행되었다. 변질과정에서 10a의 흑운모 다층과 7a의 캐올리나이트 다층이 교호하고 있고, 두 상의 c-축이 일치한다. 변질된 캐올리나이트의 가상은 흑운모 입자의 외곽선에 기준하여 부피의 변화 없이 일정하고, 많은 공극이 벽개면을 따라 발달해 있어 판상의 캐올리나이트는 흑운모와의 1:1의 엽층 대 엽층 교대작용에 의해 형성된 것으로 보인다. 할로이사이트화작용은 흑운모의 엽편들은 보다 얇게 분리되어 벽개면에 수직방향으로 휘어져 렌즈상의 공극을 형성하고, 할로이사이트는 그 가장자리에서 외곽 방향으로 부채모양으로 발달하여 할로이사이트의 가상은 흑운모 입자의 현저한 부피 증가를 초래했다. 관상의 할로이사이트는 사장석의 용해작용에 의한 외부용액으로부터 Si와 Al을 공급받아 흑운모의 표면에 침전되어 성장되었다 이렇게 형성된 할로이사이트는 비정상적으로 높은 Fe(~11%)를 함유하고 있다.

한 구릉상에 자연적으로 노출된 지표면을 따라 대략 50 cm 이내의 두께를 이루며 분포한다. 풍화된 벤토나이트에는 몬모릴로나이트 외에 7 a형 할로이사이트가 수반되고 그 하부에 인접하는 벤토나이트에 비해서 상대적으로 원암의 광물성분이 거의 잔류되지 않는 점토광물 위주의 광물조성을 보인다. 전자현미경 하에서 몬모릴로나이트와 할로이사이트는 서로 혼재되기보다는 따로 구획되어 분리된 상태로 산출되는 경향이 있다. 몬모릴로나이트의 엽편상 결정형의 테두리가 다소 변형되어 무딘 편상 결정형의 양상을 보인다. 할로이사이트는 0.3 μm 내외의 폭과 2 μm 이내의 길이를 갖는 침상 내지 관상의 결정형을 이루고 흔히 다발형태의 집합체를 형성한다. 전자현미경 관찰을 통한 이들의 미시적 조직 및 산출 관계에 대한 해석에 의하면, 몬모릴로나이트에서 할로이사이트로의 상전이는 혼합층상 구조형 (M/H)과 같은 이들의 중간형 점토광물상을 거치지 않는 형식으로 이루어진 것으로 판단된다. 또한 몬모릴로나이트로부터 할로이사이트로의 변질반응은 산화조건에서 용해 및 침전 반응형식으로 진행되었던 것으로 해석된다 이 풍화변질 과정에서 SiO2를 비롯하여 Na, K 및 Ca과 같은 화학성분들이 심하게 용탈되어 많은 용해공극이 형성되었고, 상대적으로 잔류.농집된 A12O3와 Fe에 의해서 할로이사이트의 생성여건이 조성되었던 것으로 해석된다.

전북 익산지역의 한우사육에 사용한 황토를 gravel, sand, silt, coarse clay, fine clay으로 입도분리하여 각 분리된 시료에 대해서 광물성분 및 화학적 특성 등을 검토하였다 광물성분의 분석 결과, gravel과 sand에는 석영과 장석이 주로 포함되고, clay와 silt떼는 카오린광물 및 일라이트 등의 점토광물이 우세하며, 산화철광물은 fine clay에서 주로 포함된다. 주성분원소에서는 입경이 작은 시료일수록 Al, Fe, H2O의 함량이 증가하여 점토광물의 함량 증가와 잘 일치하였다. 미량성분원소에서는 Zn, Rb, Sr, Ba, Pb등이 입도에 따라 큰 함량 차이를 보였다. Ba, Sr은 장석이 많은 sand에 다량 함유되어 주로 장석에 존재하는 것으로 나타났다 본래 황토 시료에 상당량 함유된 Pb 및 Sm은 입도분리된 시료에는 적은 함량을 나타내어, 입도 분리 과정에서 제거되기 쉬운 형태로 존재하는 것으로 보인다. Nb, La, Th, Ce 등은 silt 시료에 가장 많은 함량을 보였다. 이들 이외의 거의 모든 원소에서 점토광물의 함량이 많이 함유된 작은 입도시료에서 미량원소의 함량이 증가하는 경향 나타나 이들 대부분이 점토광물내에 주로 존재하는 것으로 보인다. 교환성양이온 함량과 산 및 알카리에 의한 용탈 원소 함량 등은 입자가 작은 점토시료에서 높게 나타났다. 따라서 가축사료 등 황토의 활용에 있어서 천연상태의 황토를 그대로 사용하는 것보다는 입도 분리에 의한 정제를 행한 미립의 점토분을 주로 사용하는 것이 황토의 이온교환성, 원소 용탈성, 흡착성, 흡수성 등의 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 나타났다.

The mineralogy and chemical composition of reddish to brownish yellow residual soils, so called "Hwangto" have been examined according to representative host rocks. The result of the study indicates that Hwangto consists of 40-80% clay minerals and various minerals such as quartz, feldspar, hornblende, goethite, and gibbsite. Clay minerals include kaolinite, halloysite, illite, hydroxy interlayered vermiculite (HIV), mica/vermiculite interstratifield mineral and chlorite. The mineralogical constituents and contents of Hwangto were different depending on the types of host rocks. Moreover, the Jurassic granitic rocks contain relatively more kaolin minerals, whereas the Cretaceous granitic rocks contain more HIV and illite. In addition, reddish Hwangto contains relatively more kaolinite and HIV, and yellowish Hwangto contains more illite and halloysite. It is suggested that feldspars and micas of host rocks were chemically weathered into illite, halloysite, illite/vermiculite interstratified minerals, and HIV, and finally into kaolinite. Compared with their host rocks, the major chemical compositions of Hwangto tend to contain more Al2O3, Fe2O3, H2O in amount and less Ca, Mg, and Na. Hwangto contains relatively high amount of trace elements, P, S, Zr, Sr, Ba, Rb, and Ce including considerable amount of Li, V, Cr, Zn, Co, Ni, Cu, Y, Nb, La, Nd, Pb, Th in excess of 10 ppm. Relatively high amount of most trace elements were detected in the Hwangto. The major and minor chemical compositions of the Hwangto were different depending on the types of host rocks. However, their difference was in the similar range compared with the compositions of host rocks.

공주군 유구 일대의 화강암질편마암은 온대습윤기후의 지형적 영향에 기인한 산성환경 및 양호한 배수조건에서의 풍화작용으로 두께가 8m인 깊은 saprolite층과 50cm 이상의 두꺼운 토양층을 형성하였다. 풍화단면에서는 흑운모/질석혼합층 광물, 삼팔면체, 할로이사이트, 캐올리나이트, 일라이트, 이팔면체질식, 스백타이트, 깁사이트, 침철석 등의 풍화광물이 확인되었다. 흑운모의 변질은 질석화작용이 미약한 반면에 풍화단면 전반에서 고령토화작용이 매우 현저한 풍화양상을 보여주며, 흑운모-흑운모/질석 혼합층 광물-질석, 흑운모-할로이사이트, 캐올리나이트, 깁사이트 및 흑운모-일 라이트의 풍화과정을 나타낸다. 흑운모의 풍화작용으로 생성된 고령토광물은 주로 할로이사이트이며, 고령토화작용으로 방출된 Fe는 변질된 흑운모 주변에서 침철석을 형성한다 사장석은 용해-침전작용으로 관상의 할로이사이트를 형성한다. 할로이사이트의 산출양상은 사장석의 용해유형에 따라 방향성이 강한 할로이사이트 집합체와 매우 구불구불한 할로이사이트 집합체로 나타난다. 모암에서 철을 함유하고 있던 광물은 용해되어 모암광물의 가상을 유지한 채 또는 그 주변에서 침철석을 형성한다. 연구지역 화강암질편마암의 단면은 풍화도가 증가할수록 모암 구성광물이 감소하는 반면에 점토광물의 양이 증가하는 전형적인 풍화 양상을 보여주며, 광물의 풍화작용은 산성환경과 양호한 배수환경과 같은 지역적인 조건에 영향을 받아 복잡하고 다양한 풍화광물을 형성하였다.

황철석의 산화에 의한 토양 및 지표수의 산성화는 심각한 환경문제를 야기하여 왔다. 특이산 성토의 이차광물과 화학적 특징은 풍화과정을 반영하고 있다. 택지 및 골프장 조성과정에서 지표에 노출된 11.8% 황철석을 함유한 열수변질 안산암의 풍화에 따른 광물학적 변화를 X-선 회절, 전자현미경 (SEM, TEM), 배수의 화학분석을 통하여 연구하였다 수용성 염, ferrihydrite, jarosite가 풍화과정의 이차 광물로서 관찰되었다. 전자현미경하에서, ferrihydrite는 미세입자들의 입단, jarosite는 판상, 수용성 염은 기둥모양을 나타내었다. 안산암 내에 존재하는 황철석은 입자의 크기가 증가할수록 정육면체 형태/육각기둥 형태의 비가 증가하였다. 배수는 강산성 (pH 3.5) 이었으며 ferrihydrite, jarosite와 화학적 평형을 이루고 있었다.

Weathering of biotite in Palgonsan granite was studied by using X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, and electron probe micro analysis. Biotite altered to biotite/vermiculite regular mixed layer mineral (B/V) in the early stage of weathering. Although partially replaced by kaolinite with the progress of weathering. B/V is the major weathering product of biotite throughout the profile. During the formation of B/V, Mg, Fe and K are removed from a biotite layer to form a vermiculite layer by about 28%, 44% and 88%, respectively, whereas the Ti content is not changed. Considerable volume increase after the kaolinitization of B/V suggests that Al and Si are largely introduced from the external weathering solution. The silicate lattice templet of a weathering biotite facilitated the nucleation and growth of kaolinite. In the Palgongsan granite weathering profile, plagioclase weathered mostly into halloysite whereas biotite greatly contributes to the kaolinite crystallization though its small content in fresh rock.

남산 화강암의 풍화를 물과 광물작용의 흡착작용의 관점에서 연구하였다. 순수한 증류수만으로도 광물-물의 흡착반응이 일어나며, 그 반응속도는 암석/물의 비율에 따라 수초-수 시간이내로 매우 빠르다. 광물과 물이 반응할 때 가장 영향을 미치는 것은 광물의 표면의 결합상태와 물의 수산이온농도이며, 암석/물의 비율은 용액의 수산이온농도를 좌우한다. 광물 입자의 크기는 반응속도에 큰 영향을 미치지만 암석/물의 비율이 약 7g/200 ml 이상이 되면 큰 변화를 보이지 않는다. 풍화를 받지 않은 화강암은 양의 pH edge (최대 pH 10)를 보이며 pH 7.1~7.5으로 하강하는 양상을 보인다. 그러나, 풍화를 받아서 점토 광물이 섞이 화강암은 음의 pH edge (최소 pH 4.8)를 보이며 pH 6을 넘지 않는다. 흡착반응 동안에 겔이 수면 위에 생성된 후 이것은 후에 깁사이트로 변하고, 암석/물의 비율이 높을수록 그리고 pH 변화가 클수록 많이, 그리고 빨리 형성된다.