10월 26일(금)․광물학
2007 추계지질과학연합학술대회 초록집 99
지구구성물질의 미시적구조 및 무질서도
이성근
서울대학교 지구환경과학부, [email protected]
결정질 지구물질인 경우 원자-분자구조로부터 거시적인 물성을 구할 때 일반적으로는 단위 포내의 원자의 위치로부터, 대부분의 열역학적인 물성을 예측가능하며, 이는 결정화학(또는 지구화학) 의 아버지라 불리는 골드슈미트의 초기연구에서부터 기존의 실험적-이론적 방법론 을 통하여 잘 알려져 있다. 이에 더하여 최근에는 양자화학적계산방법의 발달로 실험결과의 의존하지 않아도 실험적으로 구한 물성과 매우 근사한 계산결과를 얻을 수 있게 되었다. 따라 서 결정질인 경우 실제 자연계에서의 지질현상을 설명하는데 기존의 x-ray 와 같은 이론적 실 험방법이나 양자계산과 같은 전산묘사를 통하여 획득한 원자 단위의 정보를 이용하여 정량적 인 구조-물성-지구시스템의 과정에 대한 이해 고양이 가능하다. 비정질 물질인 경우는 단위포 의 크기가 무한대이고 이에 비하여 실험으로 구할 수 있는 구성원자들의 정보는 주로 1nm 이 하의 정보이므로 정확한 물성을 실험적으로 구하여진 원자구조부터 구하는 것이 근본적으로 불가능하고 현대 과학이 풀어야 할 난제 중에 하나로 남아 있다. 이는 광물학을 포함한 지구과 학에서 수용액환경에서 생성되어 환경변화에 중요한 역할을 하는 비정질 산화물이나 지각-지 구내부의 마그마의 구조-물성관계의 정립 또한 매우 어렵다는 것을 지시한다. 본 발표에서는 결정질이나 분자들의 원자구조와 이의 운동 특성으로부터 이들의 물성과 지구화학적 과정을 설명한 최근의 계산결과를 소개하고, 또한 구현하기 힘든 비정질의 원자구조를 이들로부터 유 추한 화학적-위상적 무질서도라는 변수화하여 비정질 물질의 열역학적-동력학적 성질을 규명 하는 최근의 연구들을 소개한다. 이러한 결과들을 통하여 광상형성에서의 동위원소농도의 온 도에 따른 변화가 수용액에서의 분자들의 진동운동의 자세한 기제를 통하여 설명하였고, 마그 마 용융체와 평형을 이루는 암석간의 원소 분배계수 또한 비연결산소주변의 다양한 원자 환경 변화에 의하여 변하는 것을 규명하였다. 마지막으로 비정질 지구물질의 동력학적성질에 영향 을 주는 화학적-위상적 무질서도를 고상 핵자기 공명분광분석을 통하여 정량화할 수 있으며, 대체로 이러한 무질서도가 압력의 증가에 따라 증가하나, 알루미노 규산염인 경우 구조 형성 이온들의 혼합에 의한 화학적 무질서도가 압력에 따라 비선형적으로 감소하는 양상을 보이는 데 이는 무질서도의 변화가 비정질의 조성에 매우 복잡한 의존성을 가지는 것을 지시한다.
3-8 구두
