확산은 지구물질은 물론 운석과 같은 우주물질의 원소 및 동위원소 연구에서 매우 유용하게 활용될 수 있 다. 고온의 태양계 성운에서 일어난 확산과 상대적으로 저온의 소행성에서 일어난 열수 변질 과정에서의 확산 양 상은 다르기 때문에 광물에 기록된 원소 및 동위원소 확산에 대한 모델 수립은 초기 태양계 진화를 이해하는데 있 어 특히 중요하다. 광물 입자 경계를 따라 일어나는 빠른 입계 확산은 닫힌계에서 구성 광물간 원소 또는 동위원 소의 교환을 수치 모델화하는데 유용하며, 본 연구에서는 유한차분법을 이용하였다. 수립된 빠른 입계 확산 수치 모델은 1) CH 콘드라이트의 아메바 형태 감람석 집합체(amoeboid olivine aggregate; AOA)내 사장석의 마그네슘 -26(26Mg) 동위원소 조성 변화와 2) CO 콘드라이트의 콘드률, AOA, 기질 구성 광물간 Fe-Mg 상호 확산에 적용되 었다. 빠른 입계 확산을 통해 광물 결정의 표면에서는 평형상태에 도달할 수 있다는 가정에 기반해서 평형상태 동 위원소 질량 분배(equilibrium isotopic fractionation)와 평형상태 원소 분배(equilibrium partitioning)도 수치 모델 에 포함하였다. 모델을 통해 닫힌계를 구성하는 구성 광물간 원소 또는 동위원소의 교환과 확산으로 실제 운석에 서 관찰된 원소 및 동위원소 조성 분포를 설명할 수 있음을 보였다. 또한 암석을 구성하는 광물이 여러 종류일 경 우에 폐쇄 온도는 확산이 가장 느린 광물종에 의해서만 결정되는 것이 아니라 전체 광물들의 함량비에도 크게 영 향을 받는다는 것을 확인할 수 있었다.

Diffusion is a powerful tool to understand geological processes recorded in terrestrial rocks as well as extraterrestrial materials. Since the diffusive exchange of elements or isotopes may have occurred differently in the solar nebula (high temperature and rapid cooling) and on the parent bodies (fluid-assisted thermal metamorphism at relatively low temperature), it is particularly important to model elemental or isotopic diffusion profiles within the mineral grains to better understand the evolution of the early solar system. A numerical model with the finite difference method for the fast grain boundary diffusion was established for the exchange of elements or isotopes between constituent minerals in a closed system. The fast grain boundary diffusion numerical model was applied to 1) 26Mg variation in plagioclase of an amoeboid olivine aggregate (AOA) from a CH chondrite and 2) Fe-Mg interdiffusion between chondrules, AOA, and matrix minerals in a CO chondrite. Equilibrium isotopic fractionation and equilibrium partitioning were also included in the numerical model, based on the assumption that equilibrium can be reached at the interfaces of mineral crystals. The numerical model showed that diffusion profiles observed in chondrite samples likely resulted from the diffusive exchange of elements or isotopes between the constituent minerals. This study also showed that the closure temperature is determined not only by the mineral with the slowest diffusivity in the system, but also strongly depends on the constituent mineral abundances.

빠른 입계 확산 수치 모델의 우주화학에의 적용
    요약
    Abstract
    서론
    빠른 입계 확산 수치 모델
    수치 모델 검증
    모델 적용
    결론
    사 사

• 박창근(극지연구소 지권연구본부) | Changkun Park (Division of Earth Sciences, Korea Polar Research Institute, 26 Songdomirae-ro, Yeonsu-gu, Incheon 21990, Korea) Corresponding author