납(lead; Pb)은 지구 형성 초기의 원시 맨틀(primitive mantle)에서부터 현재 지구로의 진화 과정 이해에 중요한 정보를 제공하는 미량 원소 중 하나이다. 납은 지구 내부 및 지각에서 다양한 화성 과정에 수반하는 규산염 광물과 용융체 내에 차별적으로 분배된다. 원소 분배 계수 변화는 규산염 용융체 구조와 밀접한 관련이 있을 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구의 목적은 납이 포함된 규산염 용융체의 자세한 구조를 밝히고, 조성에 따라 변화하는 구조와 특성, 특히 규산염 광물과 용융체 간의 원소 분배 계수와의 관계를 제시하는 것이다. 본 연구에서는 고상 NMR 분광분석을 수행하여 비정질 Pb-Na 규산염의 자세한 원자 구조를 확인하였다. 자연계 마그마 용융체의 모델 시스템으로 납이 포함된 비정질 유리 시료[(PbO)_x(Na₂O)_1-x]·SiO₂를 소듐과 납의 단종 Na₂SiO₃에서 PbSiO₃까지 다양한 조성의 비정질을 합성하였으며(x=0, 0.25, 0.33, 0.50, 0.67, 0.86, 1) 납의 함량에 따른 규소 주변 원자 환경의 변화를 확인할 수 있는 ²⁹Si MAS NMR 분광분석을 수행하였다. ²⁹Si MAS NMR 결과 납 함량에 따라 피크의 폭이 넓어지고 피크 최대값의 위치는 -76.2, -77.8, -80.3, -81.5, -84.6, -87.7 ppm으로 이동하였다. 규소와 결합된 연결 산소의 양인 Qⁿ 환경 변화를 정량적으로 분리하기 위하여 ²⁹Si NMR 스펙트럼에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 조성에 따라 NBO/T로 나타낸 중합도가 일정하면서 Qⁿ 환경의 화학적 차폐 이동을 가정한 경우 가우시안 함수의 조합으로 진행하였다. 그 결과 규소 주변 원자 환경 변화에 기인한 화학적 차폐의 이동이 시사된다. Na₂SiO₃의 경우 Q²가 지배적으로 존재하며 Q¹ 및 Q³가 비슷한 비율로 존재하였으나 소듐 대신 납이 포함되면서 Q²가 감소하고 Q¹ 및 Q³가 증가하면서 Qⁿ 환경의 불균화가 증가하였다. ²⁹Si NMR 스펙트럼에 대한 시뮬레이션 결과는 납을 포함한 비정질 규산염에서 조성에 따른 배열 무질서도 및 위상 무질서도 증가를 지시한다. 본 결과로부터 평균 양이온 세기(average cation field strengths)에 따른 불균화 상수(disproportionation factor)의 변화를 정량화하였다. 무질서도의 증가와 비정질의 구조 변화가 납을 포함한 미량 원소의 분배 계수를 감소시킬 것으로 예상된다.

본 연구는 압력을 이용한 제올라이트 내 중금속 양이온 또는 CO₂ 기체 포집 등의 응용연구를 하기 위한 기초 단계로 제올라이트의 압력 및 압력전달 매개체(Pressure-transmitting medium, PTM)에 따른 결정구조의 변화를 알아보기위한 목적으로 실험을 진행하였다. 천연 제올라이트 멜리노이트(Merlinoite, (K,Ca_0.5,Ba_0.5,Na)₁₀ Al₁₀Si₂₂O₆₄× 22H₂O)와 동일한 골격구조를 가지는 합성 물질인 제올라이트-W(K_6.4Al_6.5Si_25.8O₆₄× 15.3H₂O, K-MER)의 압력 하 압력전달 매개체에 따른 선형 압축률 및 체적 탄성률의 변화에 대한 X선 회절연구를 진행하였다. 합성된 시료는 정방정계에 속하는 I4/mmm 공간군으로 확인되었다. 압력전달 매개체 중 제올라이트의 동공 및 채널을 투과할 수 있는 투과 매개체(Penetrating medium)로 물, 이산화탄소를, 비투과 매개체로 실리콘 오일(Silicone-oil)을 각각 사용하였으며, 상압에서 최대 3 GPa까지 약 0.5 GPa 간격으로 가압하였다. 다이아몬드 고압유도장치 및 방사광 X-선원을 이용하여 압력 하 시료의 분말 회절을 측정하였고, 르바일(Le-Bail)법 및 버치-머내한 상태방정식을 이용하여 격자상수 및 체적탄성률의 변화를 관찰하였다. 모든 실험에서 c축의 선형압축률(𝛽^c)은 0.006(1) GPa^-1또는 0.007(1) GPa^-1의 값을 보여 압력 증가 대비 유사한 압축률을 보인 반면, a축의 압축률(𝛽^a)은 실리콘 오일 실험에서 0.013(1) GPa^-1을 보여 물과 이산화탄소 (𝛽^a=0.006(1) GPa^-1) 실험결과에 비해 압축률이 약 두 배정도 큰 것으로 확인할 수 있었다. 체적탄성률(K₀)은 물, 이산화탄소, 실리콘 오일의 실험에서 각각 50(3) GPa, 52(3) GPa, 29(2) GPa로 도출되었다. 압력 증가에 따른 ac면의 orthorhombicity를 측정한 결과 물과 이산화탄소 실험에서는 0.350~0.353의 비교적 일정한 값을 보였으나, 실리콘 오일의 실험에서는 y = -0.005(1)x + 0.351(1)의 함수를 만족시키며 압력이 증가할수록 값이 점차 작아졌다.

젠지고우 연-아연 광상은 중국 동북지역에선 가장 규모가 큰 연-아연 광상 중의 하나로 지체구조상 Jiao Liao Ji belt내 Qingchengzi mineral field에 위치한다. 이 광상의 주변지질은 시생대의 그래뉼라이트(granulite)와 이를 관입한 고원생대의 미그마타이트질 화강암과 고-중원생대의 소딕(sodic) 화강암을 부정합으로 피복한 고원생대의 Liaohe 층군 및 이들을 관입한 중생대의 섬록암과 몬조나이틱 화강암으로 구성된다. 이 광상은 고원생대의 Liaohe 층군내 Langzishan 층 및 Dashiqiao 층내에서 층상 광체 및 맥상 광체로 산출되며 층준규제 퇴적분기형 또는 퇴적분기형 광상에 해당된다. 이 광상에서 산출되는 돌로마이트들은 산출 광물조합 및 정출순서를 기초로 1)모암인 돌로마이트(D₀), 2)녹색편암상의 변성작용에 의한 층상 광체내 돌로마이트(백색운모, 석영, 칼리장석, 섬아연석, 방연석, 황철석, 유비철석)(D₁) 및 3)석영맥과 함께 산출되는 맥상 광체내 돌로마이트(석영, 인회석, 황철석)(D₂)로 산출된다. 이들 돌로마이트의 화학조성은 각각 Ca_1.00-1.03Mg_0.94-0.98Fe_0.00-0.06 As_0.00-0.01(CO₃)₂(D₀), Ca_0.97-1.16Mg_0.32-0.83Fe_0.10-0.50Mn_0.01-0.12Zn_0.00-0.01Pb_0.00-0.03As_0.00-0.01(CO₃)₂(D₁), Ca_1.00-1.01Mg_0.85-0.92Fe_0.06-0.11Mn_0.01-0.03As_0.01(CO₃)₂(D₂)로써 이론적인 돌로마이트의 화학조성보다 미량원소들의 함량이 높다. 특히, 이들 돌로마이트내 FeO 및 MnO 함량은 각각 0.05-2.06 wt.%, 0.00-0.08 wt.%(D₀), 3.53-17.22 wt.%, 0.49-3.71 wt.%(D₁) 및 2.32-3.91 wt.%, 0.43-0.95 wt.%(D₂)로써 층상 광체에서 산출되는 돌로마이트(D₁)에서 높은 함량을 갖는다. 또한 다른 미량원소들은 ZnO, As₂O₅, PbO, Sb₂O₅ 및 HfO₂ 원소들이 소량 함유되며 단지층상 광체에서 산출되는 돌로마이트(D₁)에서 ZnO 및 PbO 원소들의 함량이 다소 높게 나타난다. 젠지고우 연-아연 광상의 D_o 및 D₂는 Ferroan 돌로마이트에 해당되며 D₁는 철백운석(ankerite)과 Ferroan 돌로마이트에 해당된다. 따라서 1)모암에서 산출되는 돌로마이트(D₀)는 고원생대의 Jiao Liao Ji 분지내 해양증발석호(marine evaporative lagoon) 환경에서 퇴적된 Ferroan 돌로마이트, 2)층상 광체내 돌로마이트(D₁)는 고원생대의 화성활동 및 녹색편암상의 변성작용에 의한 열수교대작용으로 의한 돌로마이트화작용에 의해 형성된 철백운석(ankerite) 및 Ferroan 돌로마이트 및 3)맥상 광체내 돌로마이트(D₂)는 중생대의 화성활동에 수반된 열수용액에 의해 형성된 Ferroan 돌로마이트이다.

거창화강암에서 발달하는 여섯 방향의 결(H2~R1)과 관련된 미세균열의 길이(①), 미세균열의 간격(②) 및 압열인장강도(③)의 특성을 분석하였다. 첫째, 결의 고유한 특성을 반영하는 위의 세 주요 인자에 대한 18개의 누적 그래프를 작성하였다. 세 면 및 세 결로 분류한 이들 그래프에 대한 종합 도면을 통하여, 길이, 간격 및 압열인장강도에 대한 28개의 파라미터를 결정하였다. 이들 파라미터 사이의 상관성 분석의 결과는 다음과 같다. 둘째, 위의 파라미터는 세 결 및 세 면 사이의 파라미터 값의 크기에 대한 정렬순서에 따라 여섯 그룹(I~VI)으로 분류하였다. 그룹 I 및 II에 속하는 파라미터의 값은 R(1번 결) < G(2번 결) < H(3번 결) 및 H2, 𝚫s, 𝚫L 및 oS^mean), 지수(λ_L^mean 및 λ_S^mean), 기울기(a^mean) 그리고 이방성 계수(An^mean)에 대한 8개의 파라미터의 값은 R < G < H 그리고 H'(3번 면) < G'(2번 면) < R'(1번 면)의 순이다. 셋째, 세 면과 세 결 사이의 분포 형태에 있어서 주목할 만한 차이점은 다음과 같다. 세 면에 대한 도면으로부터, 두 적합선이 X축 상에서 만나는 두 점 사이의 거리에 해당하는 𝚫L, 𝚫s 및 𝚫σ_t의 값은 R' < H' < G'의 순으로 증가한다. 특히, 길이 및 압열인장강도와 관련된 R2 및 G2의 두 그래프는 서로 거의 평행하며 3번 면의 특성을 보여준다. 압열인장강도와 관련된 그래프 중에서, 3번 면에 대한 전체적인 모양은 2번 결의 전체적인 모양과 유사하다. 세 결에 대한 도면으로부터, 길이와 관련된 그래프의 기울기는 R