• 천문학회보
• /
• 제46권2호
• /
• pp.58.1-59
• /
• 2021

Exploration of asteroids' internal structure is essential for understanding their evolutional history. It also provides a fundamental information about the history of coalescence and collision of the solar system. Among several models of the internal structures, the rubble-pile model, confirmed by the near-Earth asteroid (25143) Itokawa by Hayabusa mission [1], is now widely regarded as the most common to asteroids with size ranging from 200 m to 10 km [2]. On the contrary, monolithic and core-mantle structures are also possible for small asteroids [3]. It is, however, still challenging to look through the interior of a target object using remote-sensing devices. In this presentation, we introduce our ongoing research conducted at Seoul National and propose an idea to infer the internal structure of Apophis using available instruments. Itokawa's research provides an important benchmark for Apophis exploration because both asteroids have similar size and composition [4][5]. We have conducted research on Itokawa's evolution in terms of collision and space weathering. Space weathering is the surface alteration process caused by solar wind implantation and micrometeorite bombardment [6]. Meanwhile, resurfacing via a collision acts as a counter-process of space weathering by exposing fresh materials under the matured layer and lower the overall degree of space weathering. Therefore, the balance of these two processes determine the space weathering degrees of the asteroid. We focus on the impact evidence on the boulder surface and found that space weathering progresses in only 100-10,000 years and modifies the surface optical properties (Jin & Ishiguro, KAS 2020 Fall Meeting). It is important to note that the timescale is significantly shorter than the Itokawa's age, suggesting that the asteroid can be totally processed by space weathering. Accordingly, our result triggers a further discussion about why Itokawa indicates a moderately fresh spectrum (Sq-type denotes less matured than S-type). For example, Itokawa's smooth terrains show a weaker degree of space weathering than other S-type asteroids [7]. We conjecture that the global seismic shaking caused by collisions with >1 mm-sized interplanetary dust particles induces granular convection, which hinders the progression of space weathering [8]. Note that the efficiency of seismic wave propagation is strongly dependent on the internal structure of the asteroid. Finally, we consider possible approaches to investigate Apophis's internal structure. The first idea is studying the space weathering age, as conducted for Itokawa. If Apophis indicates a younger age, the internal structure would have more voids [9]. In addition, the 2029 close encounter with Earth provides a rare natural opportunity to witness the contrast between before and after the event. If the asteroid exhibits a slight change in shape and space weathering degree, one can determine the physical structure of the internal materials (e.g., rubble-pile monolithic, thick or thin regolith layer, the cohesion of the materials). We will also consider a possible science using a seismometer.

• 지질공학
• /
• 제19권4호
• /
• pp.529-541
• /
• 2009

이 연구는 이천과 포천지역 일대에 분포하고 있는 온천에 대하여 화학성분, 산소 및 수소 동위원소, 그리고 헬륨과 아르곤 같은 영족기체의 동위원소 특성을 분석하여 온천별 지화학적 특성을 밝히고, 영족기체의 기원과 지하수의 지화학적 상관성을 해석하고자 하였다. 이를 위하여 연구지역에서 7점의 온천수와 가스성분을 채취하였고, 온천공 주변 지하수와 지표수 17개 시료를 채취하여 분석하였다. 연구지역 온천수는 환원성환경의 중성내지는 약알카리성의 pH 특성을 보이고, 전기전도도는 $310{\sim}735\;{\mu}S/cm$ 범위를 보여준다. 온천수의 수온은 $21.5{\sim}31.4^{\circ}C$ 범위로 저온형이며, 성분상 단순온천에 해당된다. 이천지역 온천수는 중성의 pH 조건과 주변지역 지하수와 유사한 $Ca-HCO_3$ 내지는 $Ca(Na)-HCO_3$ 수리화학적 유형을 보이는 반면, 포천지역 온천수는 알카리성의 pH 조건과 $Na-HCO_3$ 유형으로 지화학적으로 상당히 진화된 특성을 보인다. 이천온천수는 우라늄의 함량이 높고, 포천지역 온천수에는 불소의 함량이 높은 것이 특징이다. 온천수의 $\delta^{18}O$와 ${\delta}D$값은 각각 $-8.85{\sim}-10.1%o$과 $-60.8{\sim}-72.2%o$의 범위로 순환수기원을 보인다. 동위원소 조성을 보면 포천지역 온천수는 지하수에 비해 고지대 함양과 긴 유동경로를 거친 것으로 해석된다. 온천수내 영족기체 동위원소비 분석 결과 $^3He/^4He$ 동위원소비는 $0.094\;{\times}\;10^{-6}{\sim}0.653\;{\times}\;10^{-6}$ 범위를 보인다. 이천지역 온천수는 대기기원의 헬륨이 우세하지만 맨틀(마그마)와 같은 심부기원의 혼합율이 포천지역 온천수보다 높은 특성을 보인다. 포천지역 온천수는 지각기원의 헬륨 혼합율이 높다. 또한 온천수별 동일한 기원의 혼합선상에서도 천부지하수와 심부지하수의 혼합상태에 따라서 서로 다른 $^4He/^{20}Ne$ 비를 보인다. 온천수의 $^{40}Ar/^{36}Ar$ 비는 대기기원의 값과 유사한 범위를 보인다.

• 광물과 암석
• /
• 제34권3호
• /
• pp.157-167
• /
• 2021

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.

• 자원환경지질
• /
• 제40권5호
• /
• pp.635-649
• /
• 2007

이 연구에서는 호남지역에 분포하는 5개 온천(죽림, 변산, 지리산, 덕산, 화순)에서 9개 온천시료와 인근의 지하수 시료 3개를 채취하여 수질화학 성분과 안정동위원소 $({\delta}^{18}O,\;{\delta}D,\;{\delta}^{34}S)$ 및 영족기체(He, Ne, Ar) 동위원소 분석을 통하여 온천수의 지화학적 특성, 지화학적 진화, 그리고 황, 헬륨, 아르곤의 기원을 해석하고자 하였다. 호남지역 온천수의 수온은 $23.0{\sim}30.5^{\circ}C$ 범위로 저온형 온천특성을 보이고 pH는 $7.67{\sim}9.98$ 범위로 알카리성의 특성을 보여주었다. 전기전도도는 $153{\sim}746{\mu}S/cm$ 범위로 지역에 따라서 큰 차이를 보여주었다. 온천주변 지하수의 수질특성은 온천수보다 낮은 pH와 전기전도도의 특성을 보여주었다. 온천수와 지하수의 지화학적 성분은 파이퍼도상에서 크게 3개의 유형으로 구분된다($Na-HCO_3$ 유형, Na-Cl 유형, $Ca-HCO_3$ 유형). 온천수의 지화학적 진화과정을 보면 초기에 $Ca-HCO_3$ 유형에서 출발하여 $Ca(Na)-HCO_3$ 유형을 거쳐 $Na-HCO_3$ 유형으로 진화하였으며, 일부 온천수는(JR1)의 경우 pH 9.98의 알카리성으로, $Na-HCO_3$ 유형의 종말점까지 도달하여 지화학적 진화의 최종단계에 도달되었음을 보여준다. 온천수의 산소 및 수소동위원소 조성은 순환수선을 따라 도시되며 지역에 따라 위도효과를 보인다. 황산염에 대한 황동위원소 대부분 화성기원을 보인다. 그러나 JR1 온천은 고염수에서 기원한 것으로 보이는 해양성기원을 보인다. 온천수의 $^3He/^4He$ 비와 $^4He/^{20}Ne$ 비는 $0.0143{\times}10^{-6}{\sim}0.407{\times}10^{-6}$ 범위와 $6.49{\sim}584{\times}10^{-6}$ 범위를 각각 보여주어 대기와 지각성분의 혼합선상에 도시된다. 이는 온천수내 헬륨가스의 대부분이 지각기원임을 의미한다. 죽림온천(JR1)의 경우 맨틀기원의 헬륨가스의 혼합율이 다른 온천에 비해 다소 높은 비율을 보여준다. 이들 동위원소비와 온천수의 pH와는 대체적으로 정의 상관관계가 확인되었다. 아울러 $^{40}Ar/^{36}Ar$비가 $292.3{\times}10^{-6}{\sim}304.1{\times}10^{-6}$ 범위로 대기기원임을 지시한다.

• 암석학회지
• /
• 제28권4호
• /
• pp.251-277
• /
• 2019

고군산군도는 신원생대 암석으로 이루어진 말도-명도-광대도-방축도와 백악기 암석으로 이루어진 야미도-신시도-무녀도-장자도-선유도로 구성되어 있다. 말도-명도-광대도-방축도는 930-890 Ma 경에 화산호 환경에 형성된 염기성화성암과 산성화성암에 의해 관입된 하부 방축도층과 825-800 Ma 경에 퇴적된 상부 방축도층으로 구성되어 있다. 이들 섬들에는 동서 방향의 습곡축을 갖는 대규모의 습곡구조가 아름답게 형성되어 있고 그중 말도의 습곡구조는 천연기념물로 지정되어 있으며 광대도에는 대규모의 아름다운 셰브론 습곡이 발달하여 장관을 이루고 있다. 이 외에도 염기성화성암과 산성화성암이 동시에 관입하여 만든 특이한 얼룩말 무늬 바위와 해안 침식에 의해 형성된 독립문 형태를 보이는 기암이 나타난다. 이에 반해 야미도-신시도-무녀도-장자도-선유도는 주로 92-91 Ma 경에 형성된 백악기 화산암으로 구성되어 있으며 신시도에는 92 Ma 경에 퇴적된 난산층이 나타난다. 이들 화산암들은 섭입하는 해양판의 후퇴가 야기한 인장력에 의해 상승한 맨틀이 공급한 열에 의해 대륙지각이 용융되어 형성되었다. 야미도와 신시도는 유문암으로 구성되어 있으며 야미도에는 여러 번에 걸친 용암 분출 시 용암 하부가 냉각되어 형성된 띠 형태의 수직 절리대가 나타나며 신시도에는 분출된 용암이 흐르면서 식어서 형성된 대규모 수직 절리대가 발달되어 있다. 그리고 장자도의 대장봉과 선유도의 망주봉은 유문각력암으로 구성되어 있으며 환형의 군도를 형성함으로써 자연 항구 조건을 제공하여 이곳의 해양문화가 발달하는데 큰 공헌을 하였고 다른 섬들과 함께 선유 8경을 포함한 아름다운 전경을 제공하고 있다. 고군산군도는 위에 언급한 바와 같이 많은 가치 있는 지질유산과 함께 그에 연관된 문화, 역사자료를 풍부하게 보유하고 있어 국가지질공원으로 충분한 가치가 있다.

• 자원환경지질
• /
• 제20권1호
• /
• pp.35-60
• /
• 1987

한국(韓國)에 분포(分布)하는 지질시대(地質時代)와 공간(空間)을 달리하는 대표적(代表的)인 15개(個)의 화강암체(花崗岩體)를 대상(對象)으로 광물(鑛物) 및 주(主) 미량(微量) 원소(元素) 지화학적(地化學的) 특징(特徵)을 밝히고 암석성인(岩石成因)과 지체구조진화(地體構造進化)와 연관시켜 연구(硏究)하였다. 그 암석지화학적(岩石地化學的) 특징(特徵)을 바탕으로 선(先)캄브리아기(紀) 화강암(花崗岩), 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(cratonic과 mobile belt)와 백악기(白堊紀)~제삼기(第三紀) 화강암(花崗岩)으로 구분(區分)된다. 선(先)캄브리아기(紀) 화강편마암(花崗片麻岩)(I-형(型) 및 티탄철석계열(鐵石系列))은 지화학적(地化學的)으로 진화(進化)된 화강암류(花崗岩類)가 변성작용(變成作用)을 받아서 형성(形成)되었으며, 선(先)캄브리아기(紀) 화강암(花崗岩)(S-형(型) 및 티탄철석계열(鐵石系列))은 퇴적기원(堆積起源)의 변성암류(變成岩類)가 부분용융(部分熔融)되어 생성(生成)된 것으로 사료(思料)된다. 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(S-형(型) 및 티탄 철석계열(鐵石系列))은 주(主)로 하부지각(下部地殼)의 변성퇴적암(變成堆積岩)이 부분용융(部分熔融)되어 형성(形成)되었다. 또한, 백악기화강암(白堊紀花崗岩)(I-형(型) 및 자철석계열(磁鐵石系列))은 하부지각(下部地殼) 또는 상부(上部)맨틀의 화성원암류(火成源岩類)로부터 생성(生成)된 마그마의 분별(分別) 결정작용(結晶作用)으로 결정화(結晶化)되었음이 밝혀졌다. 퍼다이트질(質) 알카리장석(長石)의 용리(溶離)(exsolution)에 의(依)한 지질온도계(地質溫度計)는 선(先)캄브리아기(紀) 및 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)은 각(各) 암체내(岩體內) 그 온도변화폭(溫度變化幅)이 작으며(${\pm}20{\sim}30^{\circ}C$), 약(約) 3~5kbar의 가상압력하(假想壓力下)에서 $315{\sim}430^{\circ}C$의 낮은 온도조건(溫度條件)에서 화학적(化學的) 평형(平衡)을 이룬것으로 나타났다. 이는 화강암관입시(花崗岩貫入時) 주위모암(母岩)들은 광역변성작용(廣域變成作用)과 같은 열류량(熱流量)이 높은 영역하(下)에 있었으며, 그 후(後) 모암(母岩)은 화강암(花崗岩)과 함께 천천히 냉각(冷却)되었기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)들은 각(各) 암체(岩體)마다 1~3kbar 압력하(壓力下)에서 $520^{\circ}C$의 온도(溫度)에서 평형(平衡)을 이루었으며 그 변화폭(變化幅)(${\pm}110^{\circ}C$)이 크다는 것으로 밝혀졌는데, 이는 친(親)마그마가 지표(地表)가까운 천처(淺處)까지 관입(貫入)하여 급속(急速)히 결정화(結晶化)되었음을 시사(示唆)한다. 장석(長石)이 정출(晶出)될때의 산소분압(酸素分壓)은 옥천변성대(沃川變成帶)에 분포(分布)하는 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)이 가장 낮고, 경상분지(慶尙盆地)의 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)에서 높은 것으로 밝혀졌다. 쥬라기(紀) 화강암(花崗岩)(Hercyno-형(型))은 큐라-퍼시픽(Kula-Pacific)판(板)이 빠른속도(速度)로 북서(北西)쪽으로 밀려와서 대륙간분지(大陸間盆地)(Intracontinental basin)인 옥천분지(沃川盆地)가 closing-collision으로 지각하부(地殼下部)의 부분용융(部分熔融)에 의(依)하여 형성(形成)된 마그마(Wet magma)로 부터 형성(形成)된 후(後) 주위 모암(母岩)과 함께 융기(隆起)되었다. 백악기(白堊紀) 화강암(花崗岩)(Andino-형(型))은 큐라-퍼시픽 해영(海嶺)의 Subduction에 의(依)하여 생성(生成)된 마그마(Dry magma)가 구조적(構造的) 약선대(弱線帶)를 따라 빠른 속도(速度)로 지각천처(地殼淺處)까지 관입(貫入)되었다.

• 자원환경지질
• /
• 제41권1호
• /
• pp.15-32
• /
• 2008

강화 석모도 지역 석모도 온천수의 영족기체와 온천수의 지화학적 진화와 기원을 해석하고 온천수의 지화학적 특성을 규명하기 위해 온천수, 지하수, 지표수의 수리화학, 안정 동위원소, 영족기체 동위원소 분석이 이루어졌다. 온천수와 지하수의 pH는 각각 $6.42{\sim}6.77,\;6.01{\sim}7.71$로 약산성을 보이고 있다. 석모도 온천 지역의 온천수의 유출수온은 $43.3{\sim}68.6^{\circ}C$이다. 온천수의 전기전도도는 $60,200{\sim}84,300{\mu}S/cm$으로 비교적 높은 값이며 석모도 온천수가 해수와 혼합되어졌음을 암시하고 있다. 석모도 온천수의 화학 조성은 Na-Ca-Cl형이다. 반면, 지하수와 지표수는 각각 Na(Ca)-$HCO_3$, Na(Ca)-$SO_4$형과 Ca-$HCO_3$ 형으로 구분된다. 석모도 온천수의 산소와 수소 동위원소비는 각각 $-4.41{\sim}-4.47%o$와 $-32.0{\sim}-33.5%o$로 순환수 기원이다. 지하수에서의 산수 수소 동위원소비는 각각 $-7.07{\sim}-8.55%o,\;-50.24{\sim}-59.6%o$이다. 석모도 온천수에 $^{18}O$와 $^2H$가 부화된 특성은 온천수가 담수와 해수의 혼합대에서 유래되었음을 암시하고 있다. 석모도 온천수 중의 황산염이온의 황 동위원소비는 $23.1{\sim}23.5%o$로 이 지역 해수의 황 동위원소비(20.2%o)와 유사하다. 이는 온천수의 황이 해수의 황산염으로부터 유래되었음을 의미한다. 석모도 온천수의 $^3He/^4He$ 비는 $1.243{\times}10^{-6}{\sim}1.299{\times}10^{-6}cm^3STP/g$로 온천수 중의 He 가스가 부분적으로 맨틀에서 유래되었음을 보여준다. 온천수에서의 아르곤 동위원소비$(^{40}Ar/^{36}Ar=298{\times}10^{-6})cm^3STP/g$는 대기기원의 값을 보인다.