백두산에서는 밀레니엄 대분화 이후로도 수차례의 화산활동이 계속되어 마그마 거동 감시 연구의 필요성이 지속적으로 제기되고 있다. 마그마방의 깊이 및 규모를 파악하기 위해서는 다양한 지구물리학적 접근이 필요하며, 본 연구에서는 전기비저항 탐사의 적용성을 검토하고자 한다. 국경으로 인해 공간적 제한이 있는 백두산에서 심부에 위치한 마그마를 탐사하기 위해서는 측선의 길이가 수십 킬로미터 이상이 되는 대규모 전기탐사가 이루어져야 하며, 이를 위해 서는 분산계측 시스템의 도입과 이에 최적화된 탐사 설계가 필수적으로 요구된다. 따라서 자체 개발된 분산계측 시스템을 활용하는 탐사설계안을 제시하고 전산실험을 통해 적용 가능성을 분석하였다. 단일 측선과 비동일선상 송신원 배열을 사용한 탐사설계안을 이용하여 다수의 측선 설치가 필요한 일반적인 3차원 탐사에 준하는 역산 해석 결과를 얻을 수 있음을 확인하였으며, 이 탐사설계안이 백두산 심부 물리탐사에 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 2005년 이후 화산 폭발을 경험한 20개의 화산 지역에 대해 그레이스 위성에 의해 측정된 지오이드 변화를 조사하였고 지오이드를 이용한 화산 하부의 마그마 활동에 대한 연구를 위해서는 자세한 지질학적 조사가 함께 수반되어야 함을 인지하였다. 따라서 2011년에 화산 폭발이 있었고 그에 대한 지질학적 연구가 자세히 수행된 키리시마 화산복합체 내 신모에다케 화산 지역을 대상으로 그레이스 인공위성을 이용하여 측정된 화산지역의 광역적인 지오이드 변화와 화산하부 마그마 활동 변화 간의 상관성에 대해 연구하였다. 그 결과 신모에다케 화산 지역에서 2002년 이후 계속적으로 증가하는 지오이드 변화는 화산하부 물질의 중력이 증가함에 의해 발생하였음을 확인하였고, 이는 기존 연구에서 밝혀진 2011년 화산 폭발 수년 전부터 염기성 마그마가 마그마 저장소로 계속 공급되었다는 사실과 잘 일치한다. 이는 앞으로 많은 연구가 필요하기는 하지만 그레이스 인공위성으로 측정된 지오이드의 변화가 화산 폭발 감시 및 예측에 사용될 수 있는 가능성이 높음을 지시한다.

백두산에서는 2002년부터 화산성 지진활동의 증가, 정밀 수준측량 관측을 통한 지표면 팽창, 특정 화산가스 방출량의 증가, 온천수의 온도 증가 등 화산 전조활동이 활발해짐으로써 나타나는 전조현상들이 관측되었다. 이러한 관측결과 중 정밀 수준측량 데이터를 활용한 백두산 천지 칼데라 주변의 수직, 수평 지표변위 경향 분석을 통해 2002년 이후 2009년까지 지표가 팽창하는 경향을 나타냄으로써 백두산 지하 마그마 챔버의 부피가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이후 2010년을 기점으로 지표가 수축하는 경향을 나타내기도 하였으나 이후 다시 팽창하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다. 북측 사면에서 2002년부터 2003년까지 칼데라 외륜산 일대의 지표면이 46.33 mm 융기 팽창한 것을 바탕으로 지하 마그마 챔버의 부피 변화량을 계산해 보면, 약 0.008 km3 (7.7-8.0×106m3)의 부피가 증가한 것으로 계산되었다. 이는 백두산 산정부로부터 지하 약 5 km 지점에 천처 마그마 챔버가 형성되고 0.008 km3의 마그마가 주입된 것으로 해석된다.

본 연구에서는 제7차 교육과정에 의해 편찬된 21종의 과학 교과서와 지도서에 나타난 섭입경계에서의 마그마 형성 관련 내용에 대한 본문 진술과 제시된 그림들을 분석하여 문제점을 지적하고 그 개선방안을 모색하였다. 분석 결과 교과서간 마그마의 정의에 일관성이 없었으며, 대부분의 교과서에서 마그마의 생성기원에 관한 과학적 개념 진술이 정확하지 않거나 기재되지 않았다. 또한 교과서에 제시된 그림들은 본문 내용과 일치하지 않았으며, 판구조론과 섭입경계에서의 화성활동에 대한 학생들의 과학적 개념형성에 부족하고 잘못된 내용을 포함하고 있다. 이들은 주로 마그마의 생성기작(형성과정), 기원물질, 생성위치와 관련된 것들로서, 본 연구에서는 최근에 발표된 연구결과들을 바탕으로 섭입경계에서 분출되는 대부분의 중성마그마가 쐐기맨틀의 부분용융에 의해 형성된다는 사실을 종합적으로 이해할 수 있는 적절한 개념도를 제시하였다.

지구가 마그마 바다 상태에서 현재의 층상화된 내부 구조로 분화되는 진화과정의 체계적인 이해를 위하여 규산염 용융체와 같은 비정질 산화물의 결정화과정 메커니즘 규명이 필요하다. 이를 위하여 결정화 과정에서 수반하는 용융체의 원자구조 변화를 실험적으로 측정하여 결정화 과정을 정량적으로 정립할 수 있다. 본 연구에서는 고상 핵자기 공명 분광분석(NMR)을 이용하여 졸겔법으로 합성한 비정질 알루미나(Al2O3)의 온도-가열 시간 변화에 따른 원자구조 변화로부터, 비정질-결정질 상전이 과정을 원자 단위에서 규명하였다. 비정질 Al2O3의 27Al 3QMAS NMR 실험 결과 다량의 배위수 4, 5의 알루미늄([4,5]Al)과 소량의 배위수 6인 알루미늄([6]Al)이 명확히 구분되어 관찰되었고, 973 K와 1,073 K에서 각각 가열시간을 증가시킬수록 배위수 5인 알루미늄([5]Al)이 감소하였다. 본 연구에서는 [5]Al의 분율을 결정화의 지표로 이용하여 27Al 3QMAS NMR 결과를 정량 분석하였다. 분석을 통해 점진적인 원자구조의 변화로 관찰되는 비정질 산화물의 상전이 과정이 결정화 혹은 비정질 내 구조적 무질서도의 변화와 같은 복합적인 단계로 구성될 수 있음을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 다양한 자연계의 다성분계 규산염 용융체 결정화 과정 및 마그마 바다의 분화와 지구의 화학적 진화에 대한 원자 단위의 이해증진에 도움을 줄 것이다.

Behavior of platinum group elements during crystallization within ore magma is of interest. In this study platinum is selected and its mineralogical and geochemical behavior in the presence of antimony and tellurium is investigated at 600℃. High purity Pt, Sb, and Te are used as starting material and silica quartz tubings are as container. Rection products have been examined by use of ore microscope, X-ray diffractometer, electron microprobe analyser and micro-indentation hardness tester. stable phases at 600℃ are platinum (Pt), Pt5Sb, Pt3Sb, PtSb, stumpflite (PtSb), geversite (PtSb), PtTe, Pt3Te4, Pt2Te3, moncheite (PtTe2), tellurantimony (Sb2Te3), and antimony (Sb). Geversite is the mineral showing the most significant extent of solid solution by up to 27 at% between Sb and Te elements. Isothermal section of 600℃ is established in this study. It is noted that platinum cannot coexists with stumpflite or geversite under equilibrium condition, and stumpflite composition in equilibrium with geversite may be used as geothermometer.