제주 화산쇄설물의 물리적 특성에 대한 연구

Abstract

제주 동북부 및 북부 중산간, 해안, 동부 지역 소화산(오름)에서 채취한 스코리아 시료들에 대한 철 화합물들의 물리적 특성을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. X-선 회절 분석을 통해 채취된 제주 스코리아 시료들은 SiO₂, anorite와 같은 규산염 광물과 olivine, pyroxene, ilmenite, hematite와 magnetite 등의 광물이 분포되어 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 함량이 적거나 동형치환, 다형광물 그리고 비정질 광물의 효과로 인하여 피크가 약하거나 위치가 다소 이동되어 일부 시료인 봉개 검은오름, 소수산, 송당칡오름 시료는 산화철을 미약하게 확인할 수 있었다. 따라서 스코리아 내의 철 화합물은 hematite 및 magnetite와 같은 단일 광물의 조성을 나타내기 보다는 다양한 점토광물 형태로 존재하고 있음을 알 수 있었다. 또한 봉개 검은오름, 어도오름, 저지오름, 녹남봉, 수월봉, 소산봉 둔지, 돚오름 시료에서는 hematite나 magnetite를 확인할 수 없었다. XRF 분석을 통해 일부 SiO₂ 함량이 57.54%, 57.53%인 중성암을 제외하고는 대부분 SiO₂가 28.08% ～ 49.84%인 염기성암 또는 초염기성암으로 분류되며, 전체 Fe화합물의 함량이 7.94 wt%에서 20.19 wt%로 분포되는 고철질 광물임을 알 수 있었다. 또한 중산간 지역의 MgO 분화지수와 비교한 중요 화합물의 변화가 다른 지역에 비해 비슷한 양상을 띠므로 중산간 지역 소화산들이 비슷한 성격을 띠고 있었다. IGUS분류에 의한 분석을 통해 제주 스코리아들은 전역이 대부분 현무암의 성격을 띠고 있으며, 특히 중산간 소화산들이 아주 비슷한 특성을 띠고 있음을 알 수 있었다. 즉 대부분의 스코리아는 고알루미나질 그리고 알카리 계열이며, 일부 해안 시료인 물메에서는 솔레아이트질도 확인되었다. Al₂O₃에 따른 Fe/Mn의 비율 값이 대부분 66% 이상이고, Mg수는 0.10～0.70인 현무암의 성격을 띠므로, 제주 스코리아는 상부 맨틀 이상에서 생성된 마그마의 작용에 의해서 생성된 것임을 알 수 있다. M?ssbauer 스펙트럼으로부터 olivine, pyroxene, ilmenite 그리고 다른 Fe^(2+),Fe^(3+)의 점토광물인 철 화합물에 의한 이중선들과 일부 시료들을 제외하고는 hematite와 magnetite에 의한 6중선을 볼 수 없었으며 이는 XRD결과와 일치하였다. Mössbauer 스펙트럼에 의한 총 면적비를 분석한 결과 중산간, 동부, 해안 지역의 총 철 화합물에 대한 평균 Fe^(3+)의 함량이 동북부 중산간(Aa)은 79.96%, 북부 중산간(Ab)은 79.96%, 동부(C)는 73.44%, 해안(B)은 67.31%로 나타나고 있어 해안지대로 갈수록 Fe^(2+)의 비율이 커짐을 알 수 있었다. 한편, 제주 화산활동에서 제1, 2기의 화산활동의 지형으로 분류되는 지역에 해당하는 소화산들에 나타나는 olivine, pyroxene, ilmenite을 포함하는 Fe^(2+)화합물의 총 면적비를 살펴보면 Fe^(2+)면적비가 높다. 즉, 서부지역 끝자락에 위치한 어도오름, 저지오름, 녹남봉, 수월봉들은 Fe^(2+)의 함량이 평균 70.58%, 그리고 동부지역 둔지, 돚오름에서는 Fe^(2+)의 함량이 평균 59.37%로 이루어져 있어 주 철 원자가 상태가 Fe^(2+)임을 보였다. 반면에 나머지 스코리아에 대한 M?ssbauer 면적비는 Fe^(3+)비율이 높고 이들 Fe^(3+)의 I.S. 값 범위는 0.19 mm/s ～ 0.35 mm/s 값을 나타내므로 나머지 중산간, 해안, 동부지역 스코리아 시료의 철 화합물들의 산화 상태는 대부분 Fe^(3+)상태임을 확인하였다. 또한 이들 스코리아들은 제주 화산암에 많이 포함된 Fe^(2+)화합물 olivine, pyroxene, ilmenite도 적은 양이지만 다양한 비율로 포함되어 있음을 알 수 있었다. 이는 대부분의 스코리아들은 Fe^(2+)인 지하 내부 암석으로 존재했던 2분출기의 화산암과 형성 시기가 비슷한 일부 소화산 시료와 달리 중산간과 동부 시료들 대부분의 스코리아의 생성 시기가 3, 4분출기의 화산 분출에 의한 화산쇄설물로 지표면에서 간헐적 분출에 의해 공기 중에서 생성되었기 때문이라 해석된다. Mössbauer 분석에 의하면 6중선이 나타나지 않는 해안 지대의 일부 시료, 동부 그리고 북부 중산간 일부 시료인 봉개 검은오름, 어도오름, 저지오름, 녹남봉, 수월봉, 소산봉 둔지, 돚오름 시료는 수중 분화 성격을 띤 소화산으로 추측된다. 따라서 Mössbauer 분광법을 통해 자성을 띤 6중선의 유무가 수중 분화 또는 육상 분화 소화산체인 제주 오름들의 구분 방법이 될 수 있을 것이다. XRF 분석에서도 다른 지역에 비해 비슷한 성격을 띠는 동북부 중산간 소화산의 스코리아 모두에서 6중선의 hematie와 magnetite가 나타남을 알 수 있고 1차광물 olivine, pyroxene, ilmenite의 I.S., Q.S. 값을 비교했을 때 비슷한 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 이들 광물에 대한 Mössbauer 분석에 의해, olivine의 I.S. 값은 1.15～1.17 mm/s 그리고 Q.S. 값은 2.81～2.99 mm/s이었다. 또한 pyroxene의 I.S. 값은 1.13～1.15 mm/s 그리고 Q.S. 값은 2.46～2.53 mm/s이며, ilmenite의 I.S. 값은 1.12～1.13 mm/s 그리고 Q.S. 값은 0.84～0.87 mm/s로 분석되었다. 따라서 이들 중산간 소화산들은 비슷하거나 같은 근원 마그마에서 분출한 소화산들로 추정할 수 있고, 이것은 열점 분화 활동에 의한 제주 소화산체의 생성에 대해 중요한 자료가 될 수 있음을 알려준다. 북부 중산간 소화산의 스코리아에서도 대부분 비슷한 특징을 확인할 수 있었다. 따라서 Mössbauer 분광법을 통한 1차광물의 비교를 통해 제주 소화산체인 오름의 생성 원인 및 마그마의 성격을 알아볼 수 있는 방법으로 활용할 수 있다.

Jeju is a volcanic island created through four different major volcanic eruptions since 1,200,000 years ago. Jeju has the top of Halla Mountain at its center and 360 small volcanoes, so-called small volcano(Orum) distributed over the whole Jeju island from mid-mountain(mid-Mt.) side to the seashore. Main element of the small volcanoes is scoria that contains the iron originated from the Earth's interior. Therefore, if we perform a careful study on the chemical composition and spectral Spectroscopy features of scoria iron compounds, we could figure out not only when the small vocanoes were created but also how different environment affect the forming of them. In this dissertation, scoria samples were taken from three different region of Jeju: the Northern and Eastern mid-Mt. area(A), the eastern area(B), the sea-side area(C). The chemical compositions in a sample can be identified by X-ray diffraction technique (XRD), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and Mössbauer spectroscopy make it possible to investigate the state of the iron atoms in a sample and their magnetic properties too. (1) The results of X-ray diffraction (XRD) reveals that all sample include SiO₂ and a small amount of iron oxide. (2) X-ray fluorescence (XRF) analysis shows that the total amount of iron compounds varies from 7.94 wt% to 20.19 wt% depending on the region where they were taken. (3) X-ray diffraction and the Mössbauer spectra analysis lead us to conjecture that some small volcanoes in regions B and C were formed under the sea without being exposed to the air, and volcanoes in region A were created from the same hotspot under the ground. XRD analysis show much of the mineral silica are included, such as SiO₂, and anorite. So rather than a single type hematie and magnetie is a form of a variety of clay minerals. So, the compounds are the status of some of the iron atoms Fe^(2+) in olivine, pyroxene and ilmenite, Fe^(3+) in hematite and magnetite. Clay minerals are Fe^(2+) and Fe^(3+). This reasoning, including the iron and clay mineral characteristics that appear in the Fe^(2+), Fe^(3+) in the double-line with the results and will be detected by Mö ssbauer spectroscopy. By the Mössbauer spectrum, look at the average levels of Fe^(3+). The northeastern part of mid-Mt.(Aa) of 79.96%, northern mid-Mt.(Ab) of 79.96%, eastern(C) is 73.44%, sea-side(B) appears to have 67.31%. So as getting to the sea-side of Jeju island, the ratio of Fe^(2+) is growing. The most of scoria samples M?ssbauer spectrum area of Fe^(3+) is more than Fe^(2+). According to thesse samples' the I.S. value of 0.19～0.35 mm/s, most of samples iron state is Fe^(3+). In addition, they have some of Fe^(2+) compounds ilmenite, pyroxene, olivine also contains a small percentage. The reason, most of the sample, compared to the Jeju basalt 2st time is different. The most of samples generation time is 3st and 4st season in Jeju vocanic activity and was created out of the air by the eruption intermittently. Meanwhile, the ratio of Fe^(2+) is more than Fe^(3+) in some of Jeju small volcano is classified as 1st and 2st of activity in Jeju volcanic activity. Thease are adoorum, jejiorum, nocknambong, suwalbong located in the end of western and dunjiorum, dotorum in the eastern of Jeju island. The average levels of Fe^(2+) was 70.58% in located on the western tips, and the average levels of Fe^(2+) was 59.37% in loscted easern. There are guessed by underwater eruption samples, bonge gumunorum, adoorum, gujiorum, nocknambong, suealbong, sosunsanbog and dotorum in the sea-side, mid-Mt., and some of eastern area of Jeju island. Thease samples not shown the magnetic 6 lines by Mössbauer spectrum. And through this method, water and land forms can be formed to separate the small volcano(Orum). As estimated by the study, the existing generation of these mid-Mt. small volcanos was by the volcanic activity of Earth's interior is the same Hotspot. This reason was checked by Mössbauer spectroscopy, also. In other words, all the northeastern part of samples are similar to XRF analysis, and hematite and magnetite appears in Mössbauer spectrum. Meanwhile, Mössbauer analysis of the case, according to the I.S. value of the primary mineral pyroxene of I.S. value of 1.15～1.17 mm/s, Q.S. value of 2.81～2.99 mm/s, and olivine of I.S. value of 1.15～1.17 mm/s, Q.S. value of 2.46～2.53 mm/s, and ilmenite of I.S. value of 1.12～1.13 mm/s, Q.S. value of 0.84～0.87 mm/s, so they can see the value that is almost identical. Therefore, the existing generation of these small volcano, as estimated by the study, the same Jeju differentiated magma from the volcano, and the Earth's interior hotspot is a good workout by the physical evidence to show that the volcanic activity.