현무암과 포놀라이트 비정질 규산염의 원자구조 차이에 대한 고상핵자기 공명 분광분석 연구 (A Solid-state 27Al MAS and 3QMAS NMR Study of Basaltic and Phonolitic Silicate Glasses)

서지정보

· 발행기관 : 한국광물학회
· 수록지 정보 : 광물과 암석 / 28권 / 1호 / 61 ~ 69페이지
· 저자명 : 박선영, 이성근

초록

현무암과 포놀라이트 조성을 가진 마그마는 분화 양상과 거시적 물성에서 많은 차이를 보이나이에 대한 원자구조 단위의 근본적인 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 일차원과고해상도 이차원 고상 핵자기공명 분광분석(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)을 이용하여 현무암질마그마의 모델인 투휘석과 아노르다이트 공융점 조성을 가진 비정질 규산염과 포놀라이트 조성의 비정질 규산염의 Al 주변 원자 구조를 관찰하였다. 27Al MAS NMR 실험 결과 두 조성 모두 [4]Al 피크가 지배적인 것을 보여주며 현무암 조성의 비정질 규산염의 피크 반치폭이 포놀라이트 조성보다 약 2배 더 넓은 것으로 관찰된다. 이것은 현무암질 조성에서의 Al 주변의 위상 무질서도가 포놀라이트 조성보다 높다는 것을 의미한다. 27Al 3QMAS NMR 실험 결과 [4]Al과 [5]Al이 구별되어 관찰되며 현무암조성의 비정질 규산염에서 포놀라이트 조성에는 관찰되지 않는 [5]Al이 약 3.3% 관찰된다. 이는 현무암질 마그마가 포놀라이트 마그마에 비해 Al 주변의 배열 무질서도가 더 큰 것을 의미한다. 사중극자상호관계를 설명하는 계수 또한 현무암 조성의 비정질 규산염이 포놀라이트 조성의 비정질 규산염에비해 큰 값을 나타내며 이것 또한 [4]Al 주변의 위상 무질서도가 더 큰 것을 확증해준다. 본 논문에서규명한 현무암과 포놀라이트 조성의 비정질 규산염의 원자 구조 차이는 점성도와 같은 조성에 따른마그마의 물성 차이에 대한 미시적 기원을 제시한다.

영어초록

While the macroscopic properties and eruption style of basaltic and phonolitic melts aredifferent, the microscopic origins including atomic structures are not well understood. Here we reportthe atomic structure differences of glass in diopside-anorthite eutectic composition (basaltic glass) andphonolitic glass using high-resolution 1D and 2D solid-state Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The27Al MAS NMR spectra for basaltic glass and phonolitic glass show that the full width at halfmaximum (FWHM) of [4]Al for basaltic glass is about twice than phonolitic glass, suggesting thetopological disorder of basaltic magma is larger than that of phonolitic magma. The 27Al 3QMASNMR spectra for basaltic glass and phonolite glass show much improved resolution than the 1D MASNMR, resolving [4]Al and [5]Al. Approximately 3.3% of [5]Al is observed for basaltic glass, demonstrating the configurational disorder of basaltic magma is larger than phonolitic magma. This result confirmsthat the topological disorder of [4]Al in basaltic glass is larger than that of phonolitic glass. Theobserved structural differences between basaltic glass and phonolitic glass can provide an atomisticorigin for change of the macroscopic properties with composition including viscosity.

참고자료

· 없음