리튬-함유 백운모는 삼팔면체 레피돌라이트(lepidolite)와 함께 화강암 페그마타이트 주변에서 발견되는 대표적인 리튬광물 중 하나이다. 백운모 결정구조를 고려하면 Li+ 이온은 층간 K+ 자리(Int)에 위치하거나 Al3+ 팔면체층의 원자 빈자리(Sub)에 위치할 수 있지만, 실험만으로 백운모의 리튬 함유 기작을 규명하는데 어려움이 있다. 이번 연구에서는 밀도범함수(density functional theory, DFT)를 사용하여 백운모 결정구조 내에 Li+이 함유되는 위치와 이에 따른 미시적 구조 및 에너지 변화를 조사하였다. Li+이 Int 또는 Sub에 위치할 경우, 운모의 결정상수, ab 면과 가지는 수산기의 각, 층간 거리 등 상당한 차이를 보여주었다. 뿐만 아니라, DFT 에너지 계산은 순수 백운모 구조에서는 Li+이 K+를 대신하여 Int에 위치하는 것이 Sub에 위치하는 것보다 더 낮은 에너지를 보여주었다. 그러나 팔면체층에 Fe2+ 치환이 일어난 경우에는, Li+이 Sub에 위치하는 것이 오히려 더 낮은 에너지를 보여주었다. 이번 DFT 연구결과는 기존의 Li-함유 백운모 화학분석으로부터 발견한 Fe2+와 Li+의 상관관계를 설명해 줄 수 있으며, 백운모의 Li+ 함유기작에서 팔면체층의 양이온 치환의 중요한 역할을 제시한다.

충남 부여군 홍산면 일대의 백운사층 셰일에서 산출되는 운모류 광물(혼합상 백운모)과 십자석에 대한 EPMA 연구를 수행하여, 혼합상 백운모와 십자석 생성 과정과의 관계 및 백운사층 셰일의 변성환경을 규명하고자 하였다. 암석에서 산출되는 운모류 광물의 평균 화학조성은 (K1.11Na0.26Ca0.04)(Al3.93Fe0.21Mg0.07)(Si6.08Al1.92)O20(OH)4로 층간 양이온 함량이 낮으며(1.41) 팔면체 자리에 Fe, Mg를 함유한 일라이트, 즉 백운모/파이로필라이트/녹니석 혼합상(Mu70.5Py23.5Ch6.0)의 화학조성을 보인다. 한편 십자석은 암석 내에서 혼합상 백운모, 단일 결정의 파이로필라이트 및 알루미늄 규산염 광물과 함께 산출되는데, 이들 중 파이로필라이트가 십자석 생성에 참여한 것으로 판단된다. 혼합상 백운모에서 분리된 파이로필라이트와 녹니석이 반응하여 클로리토이드를 형성한 이후, 변성도가 증가하면서 파이로필라이트와 클로리토이드가 반응하여 십자석이 생성된 것으로 보이며, 이때 클로리토이드는 모두 소모되어 암석 내에서 관찰되지 않는 것으로 판단된다. 결국 일라이트가 백운모로 전이되는 과정에서 형성되는 혼합상 백운모는 십자석 생성에 필요한 광물을 공급하는 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 이 반응이 300℃ 이상에서 일어나는 점과 혼합상 백운모에서 분리된 파이로필라이트가 약 350℃에서 알루미늄 규산염 광물로 전이되는 점을 감안할 때, 백운사층 셰일은 300~350℃의 변성환경을 경험한 것으로 판단된다.

강원도 삼척시 석개재에서 산출되는 직운산층 셰일의 운모류 광물(일라이트)에 대한 EPMA 연구를 수행하였다. 정량분석으로 계산된 운모류 광물의 평균 화학식은 (K1.17Na0.04Ca0.01)(Al2.80Mg1.17Fe0.78)(Si6.34Al1.66)O20(OH)4로, 소위 일라이트에 해당되는 화학조성을 보인다. 낮은 층간 양이온 값과 팔면체 자리의 높은 Mg, Fe값으로 보아 일라이트는 백운모, 파이로필라이트 및 녹니석의 혼합상으로 판단된다. 이 연구에서 분석된 일라이트에 해당되는 화학식을 각각의 구성광물로 분리하였고, 그 분리 방법을 새로이 고안하여 제시하였다. 일라이트의 화학식으로부터 K(Na, Ca 포함)를 기준으로 백운모의 함량을, Mg+Fe로부터 녹니석의 함량을 추산하고 나머지를 파이로필라이트로 간주하였다. 파이로필라이트는 이상화학식을, 녹니석은 평균 분석값을 사용하여 일라이트의 분석값에서 빼면, 나머지는 백운모의 화학식이 되는데 이는 원칙적으로 백운모의 이상화학식이 된다. 이 연구에서 분석한 운모류 광물의 평균 분석값을 이 방법으로 분리하면 백운모 61%, 녹니석 27.3%, 파이로필라이트 11.7%로 되며, 여기에서 계산된 백운모의 화학식은 (K,Na,Ca)2.00Al3.69(Si6.75Al1.25)O20(OH)4이다. 이 백운모의 화학식은 대체로 낮은 Al값을 보이나 암석의 낮은 Al 함량과 녹니석 화학조성의 불확실성을 감안할 때 대체로 합리적인 것으로 간주되며, 이는 또한 이 연구에서 제시한 분리 방법이 합당하다는 것을 뒷받침한다.

강원도 태백지역에 분포하는 만항층 셰일의 운모류 층상규산염광물입자에 대한 EPMA 및 TEM 연구를 수행하였다. EPMA 분석에 의한 만항층 셰일 내 운모류 층상규산염광물의 평균 화학식은 K1.35(Fe0.18Mg0.03Al3.86)(Si6.55Al1.45)O20(OH)4이며, 이는 백운모의 이상화학식과 비교하면 층간 양이온인 K의 함량이 낮아서 일라이트에 가까운 조성을 갖는다. X-선 회절 분석에 의하면 만항층 셰일에서 파이로필라이트가 흔히 백운모와 함께 산출된다. TEM 격자상 관찰에 의하여 10a의 백운모와 9.3a의 파이로필라이트 층들이 단일 층 수준에서의 층간 혼합 및 층 내 혼합 현상이 동시에 관찰되었다. EPMA 분석에서 K 함량이 백운모에 비해 낮게 분석된 원인은 이처럼 입자 내에서 백운모와 파이로필 라이트가 밀접하게 공존하기 때문으로 판단된다.