Barnea manilensis is a bivalve which bores soft rocks, such as, limestone or mudstone in the low intertidal zone. They make burrows which have narrow entrances and wide interiors and live in these burrows for a lifetime. In this study, the morphology and the microstructure of the valve of rock-boring clam B. manilensis were observed using a stereoscopic microscope and FE-SEM, respectively. The chemical composition of specific part of the valve was assessed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis. 3D modeling and structural dynamic analysis were used to simulate the boring behavior of B. manilensis. Microscopy results showed that the valve was asymmetric with plow-like spikes which were located on the anterior surface of the valve and were distributed in a specific direction. The anterior parts of the valve were thicker than the posterior parts. EDS results indicated that the valve mainly consisted of calcium carbonate, while metal elements, such as, Al, Si, Mn, Fe, and Mg were detected on the outer surface of the anterior spikes. It was assumed that the metal elements increased the strength of the valve, thus helping the B. manilensis to bore sediment. The simulation showed that spikes located on the anterior part of the valve received a load at all angles. It was suggested that the anterior part of the shell received the load while drilling rocks. The boring mechanism using the amorphous valve of B. manilensis is expected to be used as basic data to devise an efficient drilling mechanism.

이 연구는 광물과 암석을 주제로 진행된 야외지질학습에 참여한 초등학생들의 학습 효과를 생소한 경험 공간 (Novelty space) 개념을 중심으로 탐색하는 것을 목적으로 한다. 방과 후 자율 동아리 활동 형식으로 서울의 한 공립 초등학교에서 진행된 본 프로그램에 6학년 학생 총 10명이 참여하였다. 학생들은 교실 학습 환경에서 광물과 암석 표 본을, 야외 학습 환경에서 노두에 노출되었거나 정원석 등으로 쓰이고 있는 광물과 암석을 각각 관찰하였다. 저자들은 각 차시별 연구 참여자들이 작성한 활동지(글, 그림), 연구자 참여 노트, 연구 참여자의 활동이 담긴 영상 및 음성 자료 와 사후 인터뷰 자료를 수집하였다. 인지적 영역에서 학생들의 학습 효과를 분석하기 위해 Remmen and Frøyland (2020)의 암석 분류를 위한 관찰 분석틀과 Oh (2020)의 암석 기술어 분석틀을 활용하였다. 또한 심리 및 지리적 영역 의 학습 효과를 탐색하기 위해 학생들의 그림과 담화 및 면담 자료를 귀납적으로 분석하였다. 연구 결과 학생들은 교 실 학습 환경에서 ‘일상적’, ‘과도기적’ 관찰 양상을 보였으며 야외 학습 환경에서(학교 운동장, 지역사회)는 ‘과도기적’ 및 ‘과학적’ 관찰 단계까지 발전하는 모습을 나타냈다. 덧붙여 과학적 관찰 단계로 갈수록 더 많은 종류의 암석 기술어 가 사용되는 것 또한 확인되었다. 심리, 지리적 측면에서 학생들은 익숙한 야외 학습 환경으로의 답사 장소 선정, 야외 지질학습에 대한 긍정적인 인식, 심미적 감상 등을 표현하였다. 끝으로 이 연구는 학생들의 학습 효과 분석을 위한 도 구로써 생소한 경험 공간 개념이 유용한 도구가 될 수 있음을 강조하며 아울러 가상야외지질학습과 같은 새로운 학습 환경을 고려하는 학술적인 접근이 필요함을 제안하는 바이다.

본 연구는 귀추가 적용된 야외 지질 답사에서 중학생들의 관찰을 통한 문제 인식과 단서 포착 과정을 조사했다. 이를 위해 진단 평가, 야외 지질 답사, 답사 정리 순서로 진행되는 8회에 걸친 프로그램을 개발하여 중학교 1학년 학생 6명에게 적용했다. 야외 지질 답사는 2회로 자료 제공, 관찰, 규칙 생성, 가설 생성, 최종 가설 발표 순서로 진행됐다. 연구 자료로 야외 지질 답사 수업 녹음 및 녹화 자료, 학생 활동지 등이 수집되어 질적으로 분석됐다. 분석 결과, 야외 지질 답사 수행에서 세 가지 관찰 양상이 나타났다. 첫째, 관찰한 후 단서로 활용한 경우, 둘째, 관찰한 후 단서로 활용 하지 않은 경우, 셋째, 관찰하지 못해 단서로 활용하지 않은 경우 등이다. 각각은 단서의 지질학적 중요도, 주목도, 단서의 종류, 관찰 특징(주목도 요소), 단서 활용 내용, 단서 버림 이유 등으로 구분할 수 있다. 이러한 결과를 종합해 각 양상에 해당하는 교육적 적용 방안을 모색하여 제시했다.

본 연구의 목적은 암석 판별 탐구에서 중학교 영재학생들의 과학적 관찰과 추론의 특징을 탐색하기 위함이었다. 이를 위하여 영재교육원에 다니는 19명의 중학교 1학년 학생들에게 과학 교과서에서 중요하게 다루는 화성암, 변성암, 퇴적암이 포함된 5가지 암석 샘플을 나누어 주고 각 암석의 형성과정, 종류, 이름 등을 유추해 보도록 하였다. 연구 결과, 학생들이 주로 주목하는 암석의 특징은 색, 조직, 구조로 나타났다. 전형적인 암석의 경우 기억에 의존하여 즉각적으로 암석 판별에 성공하나 관찰에 근거한 유의미한 추론이 이루어지지 못하는 반면, 판별에 어려움을 겪는 암석의 경우 관찰에 근거한 유의미한 추론 과정이 담화를 통해 드러나기도 하였다. 또한 유의미한 관찰 결과로부터 과학적 추론 을 타당하게 구성하였으나 암석 판별에 실패한 경우도 나타났다. 본 연구 결과는 중학생들의 암석 판별 탐구 활동에서 학생들의 현 수준을 파악하고, 학교 현장에서 이루어지는 암석 판별 탐구가 학생들에게 과학적 관찰과 추론의 경험을 제공할 수 있도록 방안을 모색하고, 시사점을 제공하고자 한다.

국내에는 독자적으로 연구가 수행되어 개인적으로 보관 중인 지질 연구 자료가 다량 존재하는데, 이 자료에 대한 접근성이 떨어지기 때문에 다른 연구자들과의 공유가 용이하지 않다. 이런 자료에 대한 메타데이터를 체계적으로 구축하고 총괄적으로 관리하여 이 자료를 필요로 하는 연구자들이 효과적으로 연구를 수행할 수 있는 기회를 제공하는 것이 이 연구의 목적이다. 국내에서 연구된 약 1000여개의 지질 시료(900여개의 암석과 화석 시료, 100여개의 박편 시 료)를 수집하였고, 각 시료의 고화질 사진, 분류, 시료명, 보유기관, 산지, 좌표, 특징 등에 대한 메타데이터를 구축하였다. 암석과 화석 시료 100개에 대해 추가적으로 3D 모델링을 수행하였다. 이 연구를 통해 유실되거나 방치되는 중요한 지질 자료에 대한 연구자들의 접근성이 높아지고 자료의 공유가 가능해진다. 따라서 연구자들은 반복적인 연구 자료 수 집 작업으로 인한 시간과 비용의 낭비를 줄일 수 있고, 효율적인 연구를 수행하여 경쟁력을 갖춘 연구 결과를 획득할 수 있다. 또한 이미 확보된 시료에 대한 무분별한 반복 채집으로 인해 중요한, 그리고 피해에 취약한 자료가 훼손되는 것을 방지할 수 있다. 향후 전국의 대학과 연구기관에서 보관중인 다양한 암석과 박편 시료에 대한 메타데이터를 추가로 구축하면 자료의 식별 및 진전된 연구가 가능하고, 더불어 전문적인 광물학 및 암석학의 기초 지식에 대한 비교와 분석을 기대할 수 있다.

본 연구의 목적은 두 가지 서로 다른 과제 맥락에서 학생들이 사용하는 암석 기술어를 비교하고 암석 학습에 적합한 과제의 특징을 밝히는 것이었다. 이를 위하여 24명의 초등학교 3학년 학생들에게 3가지 퇴적암에 관한 기술 과제와 추론 과제를 제시하고, 각 과제의 맥락에서 학생들이 사용한 암석 기술어를 학생의 개념에 관한 자원 기반 관점에 따라 분석하였다. 그 결과, 기술 과제에 비하여 추론 과제에서 일상적인 기술어를 사용하여 암석의 특징을 기술한 학생 수와 일상적인 기술어의 사용 빈도가 감소하였다. 또, 학문적으로 보다 적절한 기술어를 사용한 학생이 암석의 생성 과정에 대해서도 과학적으로 타당한 추론을 하는 것을 알 수 있었다. 반면, 과학적인 타당성이 부족한 추론들은 대개 일상적인 기술어를 사용하여 암석의 특징을 기술한 경우에 발견되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 지구과학의 본질적 특징에 적합한 암석 학습을 위해서는 추론적인 과제가 제시되어야 함을 논의하였다.

본 연구는 광화문 월대로 사용된 석재를 대상으로 암석학적 연구를 활용한 석재공급지를 추정하기 위해 수행되었다. 월대는 2010년에 일부 구간이 다시 복원된 것으로 원부재인 담홍색 화강암과 신석재인 회백색 화강암이 사용되었다. 석재공급지 추정을 위해 북한산과 수락산의 지질조사를 수행하였으며 채취한 시료는 모두 담홍색 화강암과 유사한 특징을 보였다. 전암대자율은 북한산에 비해 수락산의 값이 크고 암석의 색에서 부분적인 차이를 보이지만 수락산이 상대적으로 선명한 담홍색을 띤다. 수락산은 월대에 사용된 원부재와 비슷한 암석기재적 특징, 전암대자율, 역사적 사료 그리고 야외조사 시 발견된 채석흔적 등을 통해 최종 복원용 석재공급지로 판단된다. 물성시험 결과, 월대 원부재는 풍 화로 인해 147 MPa로 다소 낮은 수치를 보이며 석재공급지로 생각되는 수락산은 244 MPa 높은 값을 보여 안정성까지 확보되어 양질의 석재로 사용 가능하다. 수락산 일대는 주거지역이 일부 포함 되어 있어 행정적인 문제, 자연파괴, 인근 주민 생활권 침해가 발생하여 채석활동은 어렵다. 또 다른 대안으로 QAP조성, 광물조직, 암색 등의 암석학적특징 및 물리적 특성까지 유사한 중-조립질 담홍색화강암의 포천 창수석과 영중석을 제안할 수 있다.

전라남도 해남군 문내면 일대에 축성된 전라우수영 성곽의 부재를 대상으로 암석학적 연구를 수행하고 산지를 추정하여 보수정비를 위한 자료를 제공하고자 한다. 연구대상인 전라우수영은 2016년에 사적 제535호로 지정되었으며 성곽의 잔존구간은 약 15% 정도로 보존관리가 필요한 실정이다. 이번 연구에서는 성곽 부재에 대한 암석기재적 특징을 바탕으로 축성에 사용된 암석을 분류하고 사용비율을 산출하였으며 동시에 전암대자율을 측정하였다. 채취한 성곽 시료의 현미경관찰로 광물 구성 및 조직 등을 파악하였으며 주변지역에 대한 지질조사를 통해 축성 재료의 가능성이 있는 주변암과 비교하였다. 연구 결과, 성곽 부재는 크게 응회암류와 기타 암석으로 구분할 수 있으나 대부분이 응회암류이며 세부적으로는 응회암, 화산력 응회암, 화산력암이다. 부재로 사용된 비율을 살펴보면 화산력 응회암이 60.3%로 가장 많이 사용되었으며 이어서 응회암(34.7%), 화산력암(2.5%) 순이다. 전암대자율 측정 결과 응회암류는 1×10−3 SI unit 이하의 낮은 값과 1-14×10−3 SI unit의 높은 값을 보이는 유형으로 구분할 수 있다. 주변암은 응회암이 우세하나 위치마다 기재면에서 차이를 보이며 그 외의 응회암류는 화원면 신덕리 일대에 분포한다. 암석기재적인 특징과 전암대자율값, 채석산지의 가능성을 고려하면 부재의 응회암은 문내면 동외리, 화산력 응회암은 화원면 신덕리 일대가 산지로 추정된다. 추가로 축성 재료의 기준 설정을 위해 성곽의 주요 부재를 대상으로 물성시험을 수행하였으며, 압축강도 면에서 응회암이 약 156 MPa의 양호한 값을 보였다. 물성시험 결과와 부재의 암종 별 사용량을 종합하면 성곽의 보수정비 시 대체석으로는 응회암이 적절할 것으로 판단된다.

PURPOSES: It is difficult to estimate tunnel stability because of lack of timely information during tunnel excavation. Tunnel deformability refers to the capacity of rock to strain under applied loads or unloads during tunnel excavation. This study was conducted to analyze a methods of pre-evaluation of stability during tunnel construction using the critical strain concept, which is applied to the results of tunnel settlement data and unconfined compression strength of intact rock or rock mass at the tunnel construction site. METHODS: Based on the critical strain concept, the pre-evaluation of stability of a tunnel was performed in the Daegu region, at a tunnel through andesite and granite rock. The critical strain concept is a method of predicting tunnel behavior from tunnel crown settlement data using the critical strain chart that is obtained from the relationship between strain and the unconfined compression strength of intact rock in a laboratory. RESULTS: In a pre-evaluation of stability of a tunnel, only actually measured crown settlement data is plotted on the lower position of the critical strain chart, to be compared with the total displacement of crown settlement, including precedent settlement and displacement data from before the settlement measurement. However, both cases show almost the same tunnel behavior. In an evaluation using rock mass instead of intact rock, the data for the rock mass strength is plotted on the lower portion of the critical strain chart, as a way to compare to the data for intact rock strength. CONCLUSIONS : From the results of the pre-evaluation of stability of the tunnel using the critical strain chart, we reaffirmed that it is possible to promptly evaluate the stability of a tunnel under construction. Moreover, this research shows that a safety evaluation using the actual instrumented crown settlement data with the unconfined compression strength of intact rock, rather than with the unconfined compression strength of a rock mass in the tunnel working face, is more conservative.

이 연구는 예비과학교사들의 암석에 대한 이해수준에 따른 육안분류 능력을 알아보기 위한 것이다. 이를 위하여 광물과 암석에 대한 비과학적 개념과 관련된 설문지를 개발한 후 예비 과학교사 132명에게 응답하게 하였고, 수집된 자료는 라쉬 모형을 이용하여 암석에 대한 이해수준에 따라 숙달 집단과 미숙달 집단으로 구분하였다. 이렇게 구분된 집단의 육안분류 능력을 알아보기 위해 17종(화성암 6종, 퇴적암 5종, 변성암 6종)을 제시한 후 각자의 기준에 따라 암석을 분류하도록 하였다. 분석 결과 예비 과학교사들은 주로 조직, 색깔, 입자 크기 등을 분류기준으로 사용하였다. 또한 화성암을 분류하는 것은 비교적 쉽게 해결하였지만 퇴적암과 변성암은 동일한 기준을 사용하여 분류하는데 혼동하고 있었다. 한편 암석에 대한 이해수준과 생성원인에 따른 분류능력은 유의미한 상관관계를 보였지만 암석명을 정확하게 분류하는 능력과는 유의미한 상관관계가 없었다. 하지만 생성원인에 따른 분류 능력과 암석명을 정확하게 분류하는 능력과는 높은 상관관계를 보였다.

강원도 고성 뒤배재 현무암은 산출상태, 구성광물, 주성분원소 및 미량원소의 특징에 의해 하부 현무암과 상부 현무암으로 구분된다. 하부 현무암은 집괴암의 특징을 보이고, 맨틀 및 지각기원의 포획암과 감람석, 휘석, 사장석 포획광물이 있다. 상부 현무암은 주상절리로 산출되며, 맨틀 포획암이 상대적으로 더 많고, 포획광물로는 감람석이 우세하다. 현무암의 주성분원소 및 미량원소 분석 결과 상부 현무암은 하부 현무암에 비하여 초생 마그마에 가까운 조성을 보인다. 원시맨틀로 표준화한 미량원소 및 희토류원소의 부화 및 결핍 패턴은 두 현무암이 매우 유사하나, 하부 현무암이 상부 현무암 보다 LREE의 부화 정도가 더 크다. 뒤배재 화산체의 하부 현무암은 약 0.8-1.2%, 상부 현무암은 약 3.7-4.0%의 동일한 맨틀 물질인 석류석 페리도타이트의 배취 용융으로 형성되었다. 그리고 하부 현무암내의 포획된 화강암, 포획광물의 반응연 및 사장석, 석영 등의 포획광물은 하부 현무암을 형성한 마그마와 지각물질과의 동화 가능성을 지시한다.

본 연구는 호주 남동부 지역 Otway 산맥 일대에서 확인되는 신기 지체구조 운동의 성격과 매커니즘을 규명하기 위해 현상적 융기 패턴과 중력이상 및 현생 응력 체계 등의 지구물리 자료간의 상관관계를 분석하였다. Otway 산맥의 융기축은 높은 중력값을 보이는 지역과 일치하는 반면 주변의 두꺼운 제3기 퇴적층 지역은 낮은 중력값을 보이는 지역과 일치하고 있어 높은 중력값의 이상 구간은 제3기 퇴적층 지역에 의해 구분되는 형태를 보여주고 있다. 한편 단층, 습곡 활동으로 특징되는 연구 지역 일대의 지질 구조 및 분포 패턴은 호주 남동부 지역의 현생 응력 체계와 잘 일치한다. 지형 고도와 중력 간의 양의 상관관계는 가설적으로 연구 지역 일대의 융기 운동이 대규모(102 km 대)의 암석권 휨 현상에 의해 발생하고 있음을 보여주고 있으며, 판 경계 응력에 의한 암석권 내 기존 약대들의 재활성화는 이러한 대규모 변형 양식에 있어 중요한 역할을 담당하고 있는 것으로 판단된다.

KURT 지하수의 지구화학적 특성을 조사하기 위하여 단열충전광물과 지하수의 지구화학적 성분이 조 사되었다. KURT내의 시추공들로부터 얻어진 시추코아로부터 방해석(calcite), 일라이트(illite), 로먼타이트(laumonite), 녹니석(chlorite), 녹염석(epidote), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 카올리나이트 (kaolinite) 및 일라이트와 스멕타이트(smectite)의 혼합층상광물 등이 감정되었다. 시추공 DB-1, YS-1, YS-4에서 채취한 대부분의 지하수는 pH 8이상의 알칼리 환경을 보여주었으며 YS-1을 제외한 두 관측공 의 전기전도도는 약 200 μS/cm를 나타냈으며 이들 시추공에서 천부지하수는 Ca-HCO3 와 Ca-Na-HCO3 유형 이였으며 심부 250m이하에서는 Na-HCO3 유형을 나타냈다. DB-1 공의 심부지하수에서 낮은 용존 산소량(DO)와 Eh값의 감소를 측정하였으며 이는 환원환경을 지시한다. KURT의 지하수 시료의 Cl- 이온 의 농도는 5 mg/L 이하이며 전 샘플링구간에서 커다란 변화 없이 일정하게 나타났다. 이러한 현상은 KURT 지역의 천부와 심부지하수가 혼합(mixing)되어 Cl-의 농도가 깊이에 따라 큰 변화가 없는 것으로 해석된다. 지하수 시료의 δ18O과 δD 분석 값은 각각 -10.4~-8.2‰과 -71.3~-55.0‰의 범위로 지하수가 순환수 기원임을 보여준다. 긴 순환경로를 거친 심부지하수의 수소, 산소 동위원소 값은 천부지하수에 비 해 감소하며 이러한 값은 일반적으로 높은 불소농도를 동반하였다. 이는 불소함량이 높은 지하수가 물-암 석 반응에 의해 생성되었음을 보여준다. KURT 지역에서 채취한 지하수의 14C를 이용한 연대측정분석에 서 지하수의 체류시간(residence time)이 약 2,000~6,000년으로 측정되었다. 이러한 체류시간은 KURT 지역의 화강암에 존재하는 지하수가 다른 유럽의 화강암지역(예, 스트리파 지역, 스웨덴)보다 상대적으 로 지하수의 연령이 오래되지 않은 것으로 측정되었다.

이 연구의 목적은 초등학교 과학 교육에서 활용하는 암석 표본의 문제점과 개선 방안을 알아보기 위한 것이다. 연구를 위하여, 경북 K시 소재 5개 초등학교에서 활용하고 있는 암석 표본 세트 중 대표성을 띠는 암석 표본 세트 20종을 임의로 선정하여 현장 조사와 사진 촬영을 실시하고, 과학 업무를 5년 이상 담당한 경험이 있는 초등 교사 3인을 대상으로 면담을 실시하였다. 연구 결과, 초등학교 교육과정이 반영된 암석 표본 세트는 10%에 불과하였다. 유효 기간이 약 30년 지나 교육적 가치가 떨어지고 명패와 설명서에 제시된 정보들에서 많은 오류가 발견되었으며, 암석 표본의 크기가 너무 작고 특징이 나타나지 않아서 학습 자료로 활용하기에는 다소 문제가 있는 것으로 나타났다. 이 외에도 암석 표본의 구입과 검증 절차를 소홀히 하거나 교사의 관심과 관련 지식 부족, 암석 표본에 대한 정보의 부족 등으로 교육을 위한 좋은 암석 표본을 구입하는 데 어려움이 있었다. 따라서 이를 개선하기 위해서는 암석 표본에 대한 전문가의 검증이 필요하며, 암석 표본은 교육과정과 교과서의 내용을 충실히 반영되어야 한다. 개선 방안의 일환으로서 초등학교 과학 교육용 암석 표본 설명서를 제안하였다.

본 연구의 목적은 잘 알려진 광물과 암석의 한국어, 조선어, 영어, 중국어, 일본어 용어의 유래를 분석하는 것이다. 광물과 암석의 영어와 중국어는 모두 표준화되어 있지만, 일본어, 조선어, 한국어 중 일부분은 표준화되어있지 않다. 한국의 많은 연구자들은 이러한 상황을 인식하고 용어를 표준화하기위해 노력하고 있지만, 대부분의 광물과 암석 용어는 연구되지 않은 채 사용되고 있다. 광물 용어는 28가지 지질학적 성질 중 주로 화학 조성, 색, 모양, 물질을 기초로 명명되었으며, 암석 용어는 30가지 지질학적 성질 중 주로 광물 조성, 성인, 물질, 모양을 기초로 명명되었다. 124종의 영어 용어 중 23종이 사람 이름이나 지역 이름에서 기원한 것이고, 동양에서는 오직 3종만이 지역 이름에서 명명되었다. 동양 용어는 동일 영어 용어에 비해 더 복합적인 지질학적 성질로 구성되는 경향이 있다. 복합적인 지질학적 성질을 가진 광물 용어의 경우, 영어는 2종, 동양 용어는 평균 28종으로 동양 용어가 압도적으로 많으며, 암석 용어의 경우, 영어는 5종, 동양 용어는 평균 9.25종으로 동양 용어가 많은 것으로 분석된다. 일부의 한국어 용어는 일본어나 영어 용어를 어떠한 고려도 하지 않고 그대로 반영되었기 때문에 학생들이 이해하기 매우 어렵다. 그러므로 선행적으로 용어의 의미와 적절성에 대해서 논의되어야 한다.

교실에서 이루어지는 암석과 광물에 대한 지구과학 수업은 잘 설계된 학교 암석원에서 암석과 광물 표품의 야외 조사를 통해 향상될 수 있다. 암석과 광물 표품은 바르게 감정되고 표시되고 설치되어야 한다. 암석원은 조경 차원에서가 아니라 학생들이 자유롭게 탐구 할 수 있어야 한다. 선정된 표품의 구성은 그 지역의 전형적인 기반암 뿐 만 아니라 한국의 대표 시료여야 한다. 전주시 초 중 고등학교 130개 학교 중 암석원이 설치된 곳은 35개교로 26.9%에 해당된다. 암석원이 설치된 학교가 늘어야하고 전시된 표품 또한 증가해야한다. 현재 설치된 암석원도 다음과 같은 사항이 개선되어야 한다. 어떤 표품은 암석이 잘못 감정되어 안내되고 있다. 어떤 암석은 이중으로 전시하고 있을 뿐 만 아니라 중요한 암석이 누락돼 있다. 전시되는 암석과 광물의 구성과 수는 교육과정과 깊은 관련이 있어야 하고 그 주변의 대표적인 기반암이 반영되어야 한다.