경북 안동 사문암 지역의 소나무군락에서 2017년 01월부터 2017년 12월까지 1년간 매목조사, 미기상 및 토양호흡 측정을 통해 탄소수지를 측정하였다. 사문암 지역에서 토양호흡량은 연중 42.48 ~ 262.61 g CO2･m-2･month-1의 범위 로, 평균 151.71 ± 75.09 g CO2･m-2･month-1로 측정되었다. 대조구인 비사문암 지역의 소나무림에서는 연중 20.94 ~ 449.24 g CO2･m-2･month-1의 범위로 조사되었으며, 평균 165.09 ± 118.96 g CO2･m-2･month-1로 측정되었다. 사문암 지역과 비사문암 지역의 총 탄소저장량은 각각 91.90, 222.85 ton･ha-1로 나타났으며, 연간 탄소흡수량은 각각 7.99, 17.41 ton･ha-1･yr-1로 나타났다. 사문암 지역은 연간 5.3 ton C･ha-1, 비사문암 지역은 연간 14.49 ton C･ha-1를 흡수하는 것으로 나타났다.

본 연구는 안동 사문암지대의 관속식물상, 현존식생 및 토양특성에 대한 조사를 수행하였다. 2014년 4월부터 10월까 지 총 7회에 걸쳐 현지조사를 실시한 결과 관속식물은 88과 239속 311종 6아종 33변종 6품종 3교잡종으로 총 359분류 군이 확인되었으며, 본 연구에서 249분류군의 분포가 새로이 밝혀졌다. 안동 사문암지역은 식물구계학상 온대중부지역 에 속하고 낙엽활엽수와 침엽수의 혼합림으로 구성된다. 한반도 고유종은 외대으아리, 은사시나무, 오동나무, 벌개미취 가 확인되었다. IUCN 평가기준에 따른 적색목록식물은 7분류군으로 준위협종(NT)에 채고추나물, 원지, 쑥방망이, 관심대상종(LC)에 낙지다리, 솜양지꽃, 창포, 미평가종(NE)으로 멱쇠채가 조사되었다. 식물구계학적 특정식물은 Ⅳ등 급 2분류군, Ⅲ등급 5분류군, Ⅱ등급 4분류군, Ⅰ등급 7분류군 등 19분류군이 발견되었다. 귀화식물은 34분류군으로 확인되었으며, 귀화율 9.5%, 도시화지수 10.6%로 나타났다. 연구지역의 산림토양은 표층~20㎝에서 양토와 미사질양 토, 20㎝~40㎝에서 양토와 미사질점토인 것으로 분석되었다. 토양 내 중금속은 Ni과 Cd의 함량이 높은 것으로 나타났다.

본 연구는 사문암 토양의 화학적 성질과 토양미생물량 및 토양효소 등 토양의 생물학적 활성을 대조구의 비사문암 토양과 비교하고, 사문암과 비사문암에서 공통으로 서식하는 새(Arundinella hirta)와 억새(Miscanthus sinensis var. purpurascens)의 낙엽이 입지가 다른 사문암지역과 비사문암 지역에서 분해될 때 분해율의 차이가 어떻게 유발되는지 9개월 동안 야외에서 교차 실험하였다. 사문암 토양은 비사문암 토양에 비하여 높은 pH, 낮은 dehydrogenase 와 urease활성을 나타내었으며 alkaliphosphatase의 활성은 높았다. 두 토양에서 microbial biomass-C와 N의 차이는 유의하지 않았으나 사문암 토양에서 microbial biomass-N함량이 더 높게 나타나 비사문암 토양에서 보다 낮은 토양의 C/N을 나타내는 원인이 되었다. 사문암지역에서의 낙엽분해실험에서는 사문암지역에서 획득한 새와 억새 낙엽이 각각 39.8%, 38.5%의 중량감소를 보였으며, 비사문암 토양에서 획득한 낙엽은 각각 41.1%, 41.7%의 중량감소를 나타내었다. 비사문암지역에서의 낙엽분해실험에서는 사문암낙엽이 46.8%, 42.2% 그리고 비사문암낙엽은 44.8%, 37.4%의 중량감소를 각각 보였다. 이러한 결과는 중금속을 포함하는 토양의 영향보다는 낙엽의 질적 차이가 분해율에 더 큰 영향을 미쳤음을 나타내준다. 일반적으로 낮은 C/N을 갖는 낙엽이 더 빨리 분해된다는 결과와는 달리 낮은 C/N을 갖는 사문암낙엽의 분해가 느린 것은 낙엽에 포함된 중금속의 저해가 낙엽의 C/N이나 lignin/N과 같은 낙엽의 질적 차이에서 유발되는 낙엽분해의 저해보다 큰 영양을 미친다는 결과를 보여주었다. 또한 낙엽분해가 진행되는 동안 낙엽내의 Cr, Ni과 Mg, Fe의 농도는 점차 증가하였으며 이러한 경향은 사문암지역에서 현저하였다.

This study attempted to compare the litter decomposition rate of Arundinella hirta and Miscanthus sinensis var. purpurascens which collected from serpentine soil acting potentially toxic concentration of heavy metals and non-serpentine soil by using the m

충남지역 사문암의 기원암인 더나이트와 해즈버자이트로부터의 사문석화작용의 진행 정도는 O'Hanley(1996)의 사문석 조직의 발달단계를 잘 따르고 있다. 사문암내 크롬스피넬의 색은 더나이트내의 것이 갈색 또는 적색이고, 해즈버자이트내의 것은 적색이다. 사문암내 크롬스피넬의 색은 사문석화가 진행될수록 갈색 또는 적색에서 차츰 검은 색이 짙어지고 활석화되면 더욱 검게 변하는데, 이는 변질작용의 진행에 따라 서서히 Fe가 증가하기 때문이다.

충남지역 사문암은 주로 사문석으로 구성되어 있으며, 감람석 기원의 사문석은 감람석의 가상을 이루고 있고 이 사문석결정들의 외곽을 자철석들이 둘러싸서 전체적으로 망상구조를 보인다. 또한 사문암중에는 부분적으로 기원암인 더나이트와 해즈버자이트의 잔류 구성광물인 감람석과 휘석이 이들의 결정경계나 결정내 간극을 따라 사문석화가 일어났다. 감람석에서 사문석으로 변할 때 Mg 이온은 크게 감소하고, Si 이온은 크게 증가하였으며 Fe2+ Fe3+ 이온이 약간 감소하였고, 이 철들이 자철석을 형성하였다. 휘석에서 사문석으로 변할 때 Si 이온은 크게 감소하고 Mg 이온은 크게 증가하였으며, 기타 이온은 별 변화가 없다. 충남지역 사문암의 기원암인 더나이트와 해즈버자이트로부터의 사문석화작용은 기원암이 형성된 후 작용한 여러 가지 물에 의해서, 그리고, 녹색편암상 내지 각섬암상에서 백립암상에 이르는 변성작용시의 변성수의 영향으로 이루어졌다.

충남 사문암 지역인 광천, 홍성, 백동, 대흥 및 유구지역의 토양, 식물체(참억새, 쑥, 리기다소나무) 및 지표수, 갱내수의 중금속 함량을 분석한 결과 사문암 토양의 Ni, Cr 및 Co 원소가 변성암 토양에 비하여 10~13배높았으며 이 원소들이 serpentine factor로 생각된다 사문암 지역간에는 이들원소의 차이가 뚜렷하지 않았다 변성암 토양식물에서보다 사문암 토양 식물에서 Ni, Cr, Co등이 높았다 리기다소나무의 원소 흡수량은 비교적 낮았고 3종 식물에서 대체로 뿌리의 원소 함량이 지상부 함량보다 높았으며 사문암 토양에서는 Ni, Cr, Co, Mo, Sc, As 및 Fe 원소들이 쑥보다 참억새에서 높았다 사문암 토양에서 생육하는 식물체 지상부의 생물학적 흡수계수는 Ni, Cr, Co, Zn, Sc, As 및 Fe 원소는 참억새에 높고Zn은 쑥에서 높았다,. 사문암 토양에서 뿌리로부터 지상부로의 원소 전이는 Ni, Cr, Co, Zn As 및 Fe 원소에 대해 쑥에서 높았고 Mo와 Sc 원소는 리기다소나무에서 높았다. 따라서 사문암 토양에서 참억새가 중금속의 흡수율은 높고 중금속에 대한 내성은 강할 것으로 사료된다 대흥지역에서 광산의 오염이 지표수 및 갱내수의 Ni. Cr, Co, Zn 및 Fe 등의 원소 농도를 높게 하였으며 비오염 계류는 오염계류의 원소 농도를 희석시켰다.

경상북도 안동 사문암지역 및 부근의 화강암지역에 분포하는 암석, 토양 및 식물체에 함유되어 있는 원소의 농도를 조사한 결과는 다음과 같다. 본 조사지역에분포하는 사문암에 함유되어 있는 주요 전이원소 함량(Ni 1.164ppm. Cr 366ppm. Co 109ppm. Fe 7.48%) 및 다른 대부분의 전이원소(Sc, Mn, Cu)도 화강암보다 높았으며 우리나라 efms 지역의 사문암에 함유되어 있는 농도와 비교하여 볼 때 매우 유사한 경향을 보이고 있다. 사문아토양의 경우 암석풍화토양 및 산림토양 모두 화강암토양에 비해 Ni, Co, Cr, Fe, Sc, Mn, Cu, Mg, Zn 농도가 높았으며 Pb는 반대의 경향을 나타내었다. 토양내 원소 함량은 이들의 모암에 함유되어 있는 원소 함량의 변화와 일치하고 있으며 같은 모암인 경우 산림식생의 영향에 따라 면 원소들의 차이가 다소 나타났다. 식물체 내 원소의 농도는 토양의 농도에 비해 모두 낮았다. 참억새, 쑥, 소나무에 함유되어 있는 원소별 평균 농도는 모두 동일종간 대부분의 전이원소(Ni, Co, Cr, Fe) 및 As 농도가 화강암토양에 비해 사문암토양에서 더높았다 사문암토양에서 생육하는 식물체 3종 모두 대부분의 원소(Ni, Co, Cr. As, Sc, Fe) 함랴이 지하부에서 더 높았으며 Zn과 Mo는 지상부와 지하부의 농도 차이가 크게 나타나지 않았다 화강암토양에서 생육하는 식물체의 경우 원소별 지상부 및 지하부의 농도차이는 사문암토양에 비해 크지 않았다.

충남 홍성에 위치한 백동 사문암지역에서 암석 및 토양에 함유되어 있는 중금속 함량과 이 지역에서 생육하고있는 소나무 및 리기다소나무에 의해 식물체의 부위별로 흡수된 중금속 농도를 다른 모암지역(각섬석 편암 및 편마암)과 비교하여 측정하였다. 암석의 경우 사문암의 Ni, Cr, Co, Fe 농도가 각섬석 편암 및 편마암에 비해 더 높았다. 상부토양도 암석과 매우 유사한 결과를 나타내고 있어서, 특히 Ni, Cr, Co, Fe는 사문암토양이 가장 높았고, Zn과 Sc는 각섬석 편암이 더 높았다. 소나무의 평균 중금속 함량은 사문암지역에서 Ni, Cr, Co, Au, As, Sb. W농도가 가장 높았으며, 이 중 Ni, Cr, Co는 암석 및 토양내 높은 함량 변화와도 일치하였다. 그외에 Zn, Sc는 각섬석 편암지역이 높았으며, Fe, Mo는 편마암이 각각 높았다. 같은 사문암지역에 분포하는 두 수종을 비교하면 대부분의 원소에서 소나무보다 리기다소나무내 함량이 더 높았으며(Ni 및 W은 예외), 이로 보아 식물체로의 중금속 흡수량이 리기다소나무가 더 크다는 것을 알 수 있다. 식물체의 부위별로 비교해 보면 두 수종 모두 모암의 구별없이 대부분 원소에서 뿌리부분이 지상부보다 흡수량이 높았다. 사문암지역에서 대부분 원소(Ni, Cr, Co, Zn, Sc, Fe)의 상대적인 비(평균 식물체 함량/토양 함량)는 모두 사문암보다 각섬석 편암이나 편마암지역에서 더 높았다. 특히 편마암지역은 Zn을 제외하고 전 원소에서 가장 높게 나타났다.

간접 탄산화(indirect method) 및 양이온 공급원으로 사문암(serpentinite)을 이용하여 광물탄산화 연구를 수행하였다. 이산화탄소와 사문암 내 알칼리 토금속(칼슘과 마그네슘)의 탄산화 반응을 통해 고 순도의 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 합성할 수 있었다. 마그네슘 추출을 위해 황산암모늄을 사용하였고 Mg 추출률 향상을 위해 황산암모늄 농도, 반응온도 및 사문암과 추출 용매의 비(고액비) 등 여러 반응 변수를 검토하였다. 본 연구로부터 2 M 황산암모늄을 사용하여 300℃ 반응온도에서 고액비(5 g/66 mL) 실험을 진행한 경우 약 80 wt% 이상의 Mg를 얻을 수 있었다. Mg 추출률은 추출 용매 농도 및 반 응온도와 비례하여 증가하였다. 사문암의 Mg 추출 과정에서 얻어진 암모니아(NH3)는 회수하여 탄산화 과정에서 필요한 pH 복원제(pH swing agent)로 활용하였다. 본 연구를 통해 약 1.78 M 암모니아를 회 수할 수 있었고 지구화학 모델링을 통해 사문암의 Mg 추출 과정의 핵심 단계를 해석하고자 하였다.

Rare earth contents(REE) were analysed for the plants, M. sinensis, A. vulgaris and R. crataegitolius, from two different soils serpentine area consisting of serpentinite(SP) and non-serpentine area, containing amphibole schist(AS) of Gapyeong area, and were compared with soils and host rocks. The AS were high with the differences of several times in the top soils, and with the differences of several to ten times in the host rocks relative to the SP. In the same area, the SP were high in the soil, but the rocks for the AS. In the plants, the A. vulgaris were high, but low in the R. crataegitolius. Root parts were higher than the upper parts. Differences between the upper and root parts were big in the SP rather than the AS, and were big in the R. crataegitolius, but small in the M. sinensis. Among the parts of the plants, high elements were shown in the R. crataegitolius of the SP, and the A. vulgaris and M. sinensis of the AS. In the correlation coefficients, most of the REE showed positive relationships among the element pairs, especially high positive correlation coefficients in the upper parts of the SP. Differences of the soils and plants(average) were smalle in the M. sinensis and big in the R. crataegitolius. In the upper parts. contents of the A. vulgaris were close to the soils while the R. crataegitolius showed large discrepancies with the soils. In the root parts, contents of the A. vulgaris showed discrepancies with the soils regardless of soil types, but close in the R. crataegitolius of the SP and M. sinensis of the AS.

국내에서 산출하는 사문석은 산업원료자원으로 활용되는 있는 주요한 원료광물 중 하나이다. 국내 사문암은 초염기성암의 열수변질산물로 해석되어 왔으며, 울산 철광상지역, 경북 안동지역, 충남홍성-청양지역 및 경기 가평지역에서 산출하고 있다. 이 연구에서는 울산 철광상 일대에 분포하는 사문암에 대해 주로 야외에서의 산출상태, 광물학적 연구 및 화학성분분석을 통하여 석회암, 철광화작용 및 사문석변질작용의 관련성에 대한 해석이 시도되었다. 울산지역 사문암은 초염기성암인 페리도 타이트를 구성하는 감람석이나 휘석의 수화작용에 의해 사문석을 형성시키고, 이 사문석이 다시 변질되어 활석을 형성시킨다. 이러한 변질을 초래시키는 열수유체는 백악기 화강암 관입에 의해 도입되었을 가능성이 가장 높으며, 천수의 혼화에 의해 보다 많은 양의 유체가 공급된 열수순환계에 의해 열수변질작용을 초래 시킨 것으로 해석된다. 변질암들의 SiO2, Fe2O3, MgO 등 일부 주성분원소의 변화는 사문석화작용, 활석화작용 및 철광화작용의 변질세기에 주로 지배되고 있다. 그러나 Al2O3와 CaO의 함량범위는 변질되지 않고 잔존된 방해석 및 각섬석이나 변질광물인 녹니석 등 광물의 함량비에 더욱 더 지배된다. 탄산염암의 존재는 해성퇴적기원(천해성 석회암)이든 화성기원(카보너타이트)이든 간에 스카른형 철광상을 형성시킬 수 있는 지질학적인 환경을 제공 한 것으로 보인다. 지질 및 구성 광물의 공생관계로 보아 탄산염암의 형성→백악기 화강암 정치→사문석변질작용 → 철광화작용의 순으로 형성되었을 것으로 판단된다.