• 한국광물학회지
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• 제26권4호
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• pp.229-244
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• 2013

비소의 오염은 다양한 자연적 또는 인위적 원인들로 인하여 발생할 수 있다. 비소의 자연상 다양한 화학종 중 3가와 5가 형태로 대부분 존재하고, 비소의 거동은 Al, Fe, Mn 산화물 등에 의해 영향을 받는다. 이에 본 연구는 Mn, Si, Ca 등의 성분이 많이 포함된 망간슬래그를 이용한 비소 수착특성을 규명하기 위해 수행되어졌다. 망간슬래그의 수착제로서의 주요한 특성을 조사하고 평형론과 반응 속도론 실험을 통해 비소 화학종별 수착양상을 고찰하였다. 망간슬래그의 비표면적은 $4.04m^2/g$, 전위차 적정법에 의해 측정된 영전하점(point of zero salt effect, PZSE)은 7.73으로 측정되었다. pH 4, 7, 10의 조건으로 두 비소 화학종의 수착반응에 대한 평형실험 결과 3가 비소보다 5가 비소가 수착량이 더 컸으며 망간슬래그와의 친화력이 더 높은 것으로 나타났다. 3가 비소는 pH 7에서, 5가 비소는 pH 4에서 수착량이 가장 높게 나타났는데 이는 pH에 따른 두 비소 화학종의 존재형태와 망간슬래그의 표면전하 간 상호작용에 기인한 것이다. 수착반응은 3가 비소와 5가 비소 모두 2시간 이내에 최대 수착량에 도달하였고, 반응속도 실험결과를 다양한 반응속도 모델들에 모사하였을 때, 유사이차(pseudo-second-order)와 포물선(parabolic) 모델이 가장 적합한 모델로 조사되었다.

• 자원환경지질
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• 제8권3호
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• pp.117-124
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• 1975

경북(慶北) 봉화군(奉化郡) 소재(所在) 장군광산(將軍鑛山)의 표성산화(表成酸化)망간광석중(鑛石中)에서 필자(筆者)에 의(依)하여 발견명명(發見命名)된 신종건물(新種鍵物) 장군석(將軍石)은 국제(國際) 광물학회내연합(鑛物學會內聯合)에 있는 "신종광물(新種鑛物) 및 광물명위원회(鑛物名委員會)"의 공인(公認)을 받았는바 이에 대(對)한 광물학적(鑛物學的)인 연구결과(硏究結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. (1) 장군석(將軍石)은 표성산화(表成酸化)망간 광석중(鑛石中) cementation zone에서 산출(産出)되며, 엔소타이트, 토도로카이트, 방해석(方解石)을 수반(隨伴)한다. 대체로 공동(空洞)에서 수기상(樹技狀) 또는 방사상(放射狀)을 이루는 엽편상(葉片狀) 세립집합체(細粒集合體)(입자(粒子)의 크기 <0.05mm)로 또는 교질상대(膠質狀帶)로 산출(産出)한다. (2) 색(色)은 흑색(黑色)이며 광택(光澤)은 무염(無艶), 조흔(條痕)은 흑갈(黑褐)~암갈(暗褐色)이다. 벽개(劈開)는 한방향(方向)으로 완전(完全)하다. 경도(硬度)(H)=2-3이며 역쇄성(易碎性)이다. 비중(比重)(G)=3.59(실측시(實測植)), 3.58이론치(理論値)이다. (5) 화학분석치(化學分析値)로부터 계산(計算)된 장군석(將軍石)의 화학식(化學式)은 $Mn^{4+}{_{4.85}}(Mn^{2+}{_{0.90}}Fe^{3+}{_{0.30}})_{1.20}O_{8.09}(OH)_{5.91}$이며, 이상식(理想式)은 $Mn^{4+}{_{5-x}}(Mn^{2+},\;Fe^{3+}){_{1+x}}O_8(OH)_6$ ($x{\approx}0.2$)이다. (6) 장군석(將軍石)은 사방정사 속(屬)하며 X선(線) 분말회절분석(粉末廻折分析) 결과(結果), 단위포(單位胞)의 크기는 $a=9.324{\AA}$, $b=14.05{\AA}$, $c=7.956{\AA}$이며, 단위포(單位胞)의 체적(體積)은 $1042.25{\times}10^{-24}cm$이다. 보솔(輔率) a : b : c=0.663 : 1 : 0.566. 단위포함유수(單位胞含有數) (Z)=4. (7) 시차열분석곡선(示差熱分析曲線)은 $250{\sim}370^{\circ}C$와 $955^{\circ}C$에서 흡열(吸熱)피크를 보여준다. 전자(前者)는 장군석(將軍石)이 탈수(脫水) 및 산화(酸化)를 받아 $(Mn,\;Fe)_2O_3$이 생성(生成)된데 기인(基因)하며 후자(後者)는 hausmannite 형(型)의 구조(構造)를 갖는 $(Mn,\;Fe)_3O_4$의 생성(生成)에 기인(基因)하는 것이다. $(Mn,\;Fe)_2O_3$는 등보정사이고 $a=9.417{\AA}$이었고 $(Mn,\;Fe)_3O_4$는 정방정사이고 $a=5.76{\AA}$, $c=9.51{\AA}$이었다. (6) 장군석(將軍石)의 적외선흡수분광(赤外線吸收分光)스펙트럼은 $515cm^{-1}$와 $545cm^{-1}$에서 Mn-O stretching 진동(振動)을, $1025cm^{-1}$에서 O-H bending 진동(振動)을 그리고 $3225cm^{-1}$에서 O-H stretching 진동(振動)을 보여준다. (3) 장군석(將軍石)은 불투명광물(不透明鑛物)이며 현미경하(顯微鏡下)에서 반사도(反射度)는 13~15%이고 복반사율(複反射率)은 공기중(空氣中)에서 현저(顯著)하며 침액중(浸液中)에서 강(强)하다. 반사다색성(反射多色性)은 백색(白色)~담회색(淡灰色)이다. 십자(十字)니콜하(下)에서의 편광색(偏光色)은 공기중(空氣中)에서 청색(靑色)을 띈 황갈(黃褐)~회색(灰色)이고 침액중(浸液中)에서는 黃褐(황갈)~청갈(靑褐)~회색(灰色)이다. 내부반사(內部反射)는 없다. (4) 연마면(硏磨面)에 대(對)한 에칭반응(反應)은 HCl(conc.)와 $H_2SO_4+H_2O_2$ 회색(灰色), 퇴색(褪色), SnCl(sat.): 암색(暗色), $HNO_3$ (conc.) : 회색(灰色), $H_2O_2$ : 거품을 내며 퇴색(褪色). (9) 신종광물(新種鑛物) 장군석(將軍石)은 독특(獨特)한 화학조성(化學組成)과 단위포(單位胞)를 가지고 있어서 이의 발견(發見)은 산화(酸化)망간광물(鑛物)의 분류(分類)와 연구(硏究)에 새로운 방향(方向)과 지침(指針)이 되었다.

• 광물과 암석
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• 제36권1호
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• pp.33-40
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• 2023

토도로카이트(todorokite)는 MnO6 팔면체가 모서리를 공유하는 터널구조에 Mg²⁺가 포함된 망간산화광물로, 이의 Cs 흡착 및 고정물질로의 적합성과 효율성을 알아보기 위해 합성된 토도로카이트에 Cs을 이온교환시킨 후 고온 처리 및 용출 실험을 통해 Cs의 용출양을 측정하였다. 본 연구에 사용된 토도로카이트는 Na-버네사이트(birnessite)를 Mg-부저라이트(buserite)상태로 조성 후 이를 전구물질로 이용하여 합성하였다. Cs을 이온교환시킨 토도로카이트를 고온 처리한 결과, 온도가 증가함에 따라 버네사이트, 하우스마나이트(hausmannite)로 광물상의 변화가 나타났다. Cs이 이온교환된 토도로카이트는 증류수와 1 M NaCl 용액과 반응 시간을 달리하여 용출량을 측정하였는데 용출량 변화는 온도구간에 따른 광물상 변화, 반응시간, 반응 용액의 종류에 따라 상이한 용출량을 보였다. 전반적으로 1 M NaCl과 반응한 시료에서 Na와의 이온교환 반응에 의하여 용출이 더 컸으나 어느정도 Cs의 고정 효과가 있는 것으로 나타났다. 처리 온도가 높을수록 Cs의 용출량은 증가하다 다시 감소하였는데 이는 각 온도에서 형성된 광물상과 밀접한 관련이 있으며 버네사이트가 형성되면서 용출량은 증가하나 버네사이트가 감소함에 따라 용출량은 다시 감소하고 고온에서 하우스마나이트로 상변화되면서 Cs의 용출량은 급격히 줄어들었다. 이러한 연구 결과는 Cs을 이온교환시킨 토도로카이트의 고온 처리를 통하여 Cs을 효과적으로 고정하고, 확산을 막는 물질로 활용할 수 있음을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제5권2호
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• pp.102-108
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• 1992

장군광산의 산화망간광석에서 자연산 (Ca, Mg)-부서라이트를 발견하였는바, 이는 퇴적 또는 변성기원이 능망간석의 표성 풍화에 의해 형성되었다. 부서라이트는 란시아이트와 함께 세립의 부서라이트-란시아이트 염편을 이룬다. 이 (Ca, Mg)-부서라이트-란시아이트는 엽상의 작은 결정으로 산출되나. 이는 세립의 다카넬라이트 집합체 주위에 침전되어 있다. 전자현미분석 결과, 장군 광산의 (Ca, Mg)-부서라이트는 ($Ca_{.08}Mg_{.07}Mn_{.05}6{2+})Mn_{.89}^{4+}O_2{\cdot}1.46H_2O$의 화학식을 갖는다. 상대습도의 조절 및 가열에 의한 탈수실험과 상대습도 조절에 의한 재수화 실험에의하면, (Ca, Mg)-부서라이트는 90${\circ}C$에서 완전히 탈수되며 27%만이 재수화된다. 상대습도 26%에서의 (40$^{\circ}C$로 가열한 경우와 일치하는) 탈수현상은 9.86${\AA}$ 회절선의 9.60${\AA}$으로의 감소 및 강도의 감소로 특징지워진다. 이는 층간의 매우 약하게 결합된 물분자의 방출에 기인한다. 40$^{\circ}C$에서 90$^{\circ}C$까지의 가열에 의한 탈수현상은 001 회절선이 9.60${\AA}$에서 7.42${\AA}$까지 점이적 이동으로 특징지워진다. 이는 층간에 약하게 결합되어 있는 물분자의 방출에 의한 것이다.

• 보존과학회지
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• 제34권5호
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• pp.421-431
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• 2018

경주 불국사 삼층석탑에서 발생한 무기오염물과 보수물질의 생성 원인 및 재질 특성을 규명하기 위해 분석을 실시하였다. 그 결과, 황색 오염물은 외부 기원 토양 또는 풍화토의 침착으로 인한 변색, 적갈색 오염물은 산화철 광물의 한 종류인 침철석(Goethite, FeOOH)에 의한 오염, 흑색 오염물은 망간(Mn) 산화물이 부재 표면에 고착되면서 암석의 색상 변화를 유발하는 것으로 확인되었다. 과거에 사용된 보수 재료 중 시멘트 모르타르는 외부 환경과 반응하여 백화현상을 야기한 것으로 판단된다. 이를 통해 석탑 오염물질과 관련된 기초 자료를 확보하고, 효율적인 보존처리 방안마련 자료로 활용하였다. 한편, 외부환경에 노출되어 있는 석탑은 오염물 재형성 가능성이 높으므로 지속적인 모니터링을 통한 체계적인 관리가 요구된다.

• 한국광물학회지
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• 제15권1호
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• pp.1-10
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• 2002

이 논문은 온산공업단지 내 화강암의 풍화 및 토양화 과정, 그리고 토양 내 중금속 오염과 토양 광물간의 관계에 관한 연구이다. 프로화일 연구를 위해 각 깊이별로 토양시료를 채취하여 각 샘플에 대한 실험분석을 실시하였다. X선 회절분석 결과 주 구성 점토광물은 캐올린 광물과 버미큘라이트, 그리고 미량의 일라이트이다. 포름아마이드 처리를 통해 프로화일 내 토양 중의 캐올린 광물의 종류에 대해 분석한 결과 프로화일 하부에 존재하는 캐올린 광물은 대부분 할로이사이트 임이 밝혀졌으며, 지표면으로 갈수록 상대적으로 캐올리나이트에 대한 할로이사이트의 양이 감소하는 경향을 보이는데, 이는 상부로 갈수록 할로이사이트에서 캐올리나이트로의 전환이 이루어지고 있음을 의미한다. $110^{\circ}C,\;300^{\circ}C,\;550^{\circ}C$ 열처리를 한 결과 X선회절분석 그래프 상의 $10\;{\AA}에서\;14\;{\AA}$ 사이의 피크가 분화된 형태를 보여주는 것이 관찰된다. 이는 시료상에 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트가 존재함을 지시한다. 이것은 구연산나트륨 처리실험을 통해 버미큘라이트 층간 불순 알루미늄 이온을 추출하여 원형상으로 전환시킴으로써 열처리시 $14\;{\AA}$피크가 다시 $10\;{\AA}$으로 변화하는 것을 관찰함으로써 재확인하였다. 토양의 수소이온농도 분포 양상이 하부에서 3.9, 상부에서 3.6으로 상부로 갈수록 산성화경향이 심해지는 경향을 보여주는데, 이는 산성화된 토양에서 안정적으로 나타나는 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트의 존재를 뒷받침하고 있다. 토양 내 중금속 이온의 존재양상에 대한 연구를 위해 연속추출실험을 실시하였다. 그 결과 상대적으로 많은 양의 중금속 이온이 프로화일의 상부의 철/망간 산화물과 유기물에 흡착되어 있으며 점토광물에는 적은 양만이 흡착되어 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 대부분의 중금속 오염물들이 상부 토양에 농집되어 있고 점토광물에는 낮은 중금속 함량을 보여주는 것은 산성화된 토양을 이루고 있는 주 점토광물인 캐올린광물과 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트가 낮은 흡착능력을 가지고 있기 때문인 것으로 판단한다.

• 광물과 암석
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• 제34권4호
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• pp.241-253
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• 2021

유라시아 대륙 주변부 북극해의 천해에서도 태평양이나 인도양의 심해저에서와 같이 많은 망가니즈단괴가 발견되고 있지만, 이에 관한 자세한 연구는 많이 수행되고 있지 않다. 아라온호의 북극해 탐사를 통하여 동시베리아해에서 채취한 망가니즈단괴는 Mn/Fe 비가 매우 높아 Mn 자원으로서의 가능성이 매우 크다. 이번 연구에서는 북극 동시베리아해에서 산출되는 망가니즈단괴 중 약 7%를 차지하는 비구형 단괴를 외부형태에 따라 구분하고, 크기와 무게, 내부조직을 관찰하였으며, X선회절분석 그래프의 피크 면적비를 이용한 산화망가니즈광물의 반정량 분석과 지화학분석을 실시하여, 그 결과를 구형 단괴와 비교하였다. 비구형 망가니즈단괴는 외부형태에 따라 5가지로 구분되며, 타원체형, 판상형과 불규칙형이 대부분을 차지하며, 장경과 무게는 비례하는 경향이 있다. 비구형 단괴는 모두 핵을 가지며, 핵 성분은 이질 퇴적물이 주를 이룬다. 산화망 가니즈광물의 평균 함량은 버네사이트, 부서라이트, 토도로카이트 순으로 감소하며, 함량비는 외부형태, 내부조직이나 핵 성분과는 상관관계가 없지만, 단괴의 내부에서 외부로 갈수록 토도로카이트와 부서라이트는 감소하고, 버네사이트가 증가하는 경향이 있다. 북극해의 다른 천해는 물론 태평양이나 인도양의 심해저의 단괴에 비하여 Mn 함량이 많고, Mn/Fe 비가 높다. 비구형 단괴는 구형 단괴에 비하여 크기가 크고 무겁고, Mn 함량이 적고 Mn/Fe 비는 낮지만, 광물조성이나 내부조직에서는 큰 차이가 없다. 동시베리아해에서 채취된 모든 망간단괴는 Mn/Fe 비가 5 이상으로 높으므로 대부분 속성작용에 의하여 형성된 것으로 여겨진다.

• 자원환경지질
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• 제35권4호
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• pp.355-368
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• 2002

대원사 다층석탑(보물 제1112호)의 훼손도 평가와 지질학적 안전진단을 실시하였다. 이 다층석탑의 부재는 주로 화강암질 편마암으로 이루어져 있으며, 부분적으로 세립질 화강편마암과 우백질 화강편마암이 혼재한다. 보륜석은 흑운모 화강암이며 원추형 보주는 도기로 되어 있다. 탑의 부재는 박리와 박락이 심하고 탑신과 옥개석의 일부는 파손되어 시멘트로 조악하게 접착되어 있는 상태이다. 이 탑은 전체적으로 비정질 철수산화 광물의 침전과 피복으로 인하여 황갈색 또는 적갈색을 띤다. 또한 망간산화물에 의한 암갈색 각질과 시멘트 몰탈에서 용해된 석고와 방해석 침전물이 표면의 백화현상을 야기하였다. 각각의 탑신, 옥개석 및 상륜부의 구성암석에는 방사상 또는 선상 미세균열과 이를 충전한 회백색 탄산염광물들이 산재한다. 이 탑에는 균류, 조류, 지의류나 선태류가 암석의 표면에 고착되어 기생하면서 황갈색, 청남색 및 진녹색을 나타내는 반점상으로 산출된다. 한편 대원사 경내 및 계곡에 분포하는 암석도 다층석탑과 마찬가지로 심한 적화현상을 볼 수 있다. 이는 대원사 부근에 분포하는 암석이 일반적인 편마암류의 철과 망간 함량에 비하여 아주 높고, 이들이 강수 또는 지표수와의 반응에 따라 산화물을 형성하여 표면을 피복한 자연적인 현상이다. 따라서 이 탑의 이차오염을 가중시키는 적화 및 백화현상을 차단하기 위한 보존처리와 석탑의 부재와 지반의 구조적 안정을 위한 열극계의 보강과 접착이 필요하다.

• 한국광물학회지
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• 제32권3호
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• pp.213-222
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• 2019

버네사이트(birnessite, $7{\AA}$ manganate, ${\delta}-MnO_2$)는 망간단괴를 구성하는 주요한 광물이다. 버네사이트는 또한 이온교환제와 배터리 재충전 물질로서 사용될 수 있기 때문에 다양한 합성법이 연구되고 있다. 그러나 버네사이트는 화학양론적으로 성립하지 않는 화학조성을 가지기 때문에 합성 시 단일 상을 수득하기에는 어려움이 존재한다. 버네사이트 합성과정 중에서 중간생성물로 페이크네타이트(${\beta}-MnOOH$)가 나타나는데, 본 연구에서는 이 중간생성물이 버네사이트로 상전이 하는 특성 차이를 XRD와 SEM 결과를 통해 비교하였다. 이번 연구에서는 기존에 연구된 합성 방법 중에서 산화-환원(redox)반응을 기작으로 하는 Feng et al. (2004)와 Luo et al. (1998) 두 방법을 이용하였다. Feng et al. (2004) 방법으로는 $27^{\circ}C$에서 60일, Luo et al. (1998) 방법으로는 $60^{\circ}C$에서 3일 에이징 한 시료에서 단일 상의 버네사이트를 수득할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 두 시료의 상전이 특성은 $Mg^{2+}$ 도핑여부에 따라 차이가 나타나는 것으로 판단되며 $Mg^{2+}$ 도핑된 Luo et al. (1998) 방법으로 합성된 버네사이트의 경우 페이크네타이트 상전이 속도가 느리게 나타났고 고온에서 거의 단일 상 버네사이트를 확인할 수 있었으며 결정 표면 및 형태 또한 두 방법 간의 차이를 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제35권6호
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• pp.553-565
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• 2002

본 연구는 시흥 동연아연 및 나주 덕음 금은 폐광산 주변 오염 논토양을 대상으로 시기별 중금속의 수직적 분포 및 함량변화를 실내 microcosm실험을 통하여 조사하였으며 산화환원 환경 변화에 따른 중금속의 지구화학적 거동 양상을 평가하고자 하였다. 두 지역의 원 논토양은 광물학적 구성, 중금속 함량 및 pH와 같은 지구화학적 특성이 차이를 나타내었으며 특히 덕음에서 상대적으로 낮은 중금속 함량에 비해 높은 교환성 형태의 비율로 중금속 용출이 높을 것으로 예상되었다. 18주의 침수기간동안 microcosm토양 상하부는 산화환원 환경 차이를 유지하였으며 pH의 경우 시흥의 상하부 토양 및 덕음의 하부 토양에서는 중성-알칼리성을 유지하였으나 덕음 상부는 3.2-3.8의 강산성을 나타내었다. 용존 Fe, Mn은 상부에 비해 하부에서 높은 농도를 보여 환원성 용해현상에 의한 용출거동을 나타내었다. Pb 및 Zn는 산화환경인 상부에서 그 용출이 높게 나타나며 pH가 높은 시흥의 경우 상층수/토양 경계면에 철 및 망간이 풍부한 층이 형성되고 중금속의 이동을 억제하는 트랩역할을 하여 용출정도가 낮았다. 반면 pH가 낮은 덕읍에서는 원 토양의 상대적으로 낮은 중금속 함량에 비해 그 용출정도가 높았으며 침수 및 배수의 시기별 화학적 존재 형태의 변화도 나타났다. 강산성의 논토양에서는 침수기에 토양 상층부에서 벼작물의 중금속 흡수도가 증가할 수 있으며 배수후에는 교환성 형태의 증가로 역시 그 흡수도가 높아질 것으로 예상된다.