스틸바이트의 압력전달매개체에 따른 체적탄성률 비교 연구 (Changes in the Linear Compressibility and Bulk Modulus of Natural Stilbite Under Pressure with Varying Pressure-Transmitting Media)

서지정보

· 발행기관 : 한국광물학회
· 수록지 정보 : 광물과 암석 / 35권 / 3호 / 367 ~ 376페이지
· 저자명 : 황희정, 이용문, 이현승, 이수진, 정재우

초록

본 연구는 섭입대 환경에서 다양한 액체들과 제올라이트와의 반응을 이해하기 위한 선행단계로, 섭입대 내 대표 제올라이트 중 하나인 스틸바이트(NaCa4(Al9Si27)O72·28(H2O))의 압축거동을 관찰하였다. 물과 NaHCO3 용액을 매개체로 사용하였으며, 상압에서 최대 2.5 GPa까지 가압하였다. 1.0 GPa 이하에서는 두 실험 모두 0.001~0.004 GPa-1 범위의 낮은 선형압축률과 220(1) GPa의 높은 체적탄성률을 보였다. 이는 물분자 또는 양이온이 스틸바이트의 채널 내부로 유입되면서 구조가 매우 치밀해졌기 때문으로 추측된다. 반면, 1.0 GPa 이상에서는 두 실험의 경향이 다르게 관찰되었다. 물의 실험에서는 c축, NaHCO3의 실험에서는 b, c축의 선형압축률이 모두 0.006(1) GPa-1으로 급격하게 증가하였다. 체적탄성률은 물과 NaHCO3의 실험에서 각각 40(1), 52(7) GPa의 값을 보여, 1.0 GPa 이전과 비교했을 때 압축률이 4배 이상 높아졌다. 이는 1.0 GPa 이상의 압력에서 압력매개체 내 물이 얼기 시작하면서 스틸바이트 내부로 유입이 멈추었고, 단지 채널 내에서 양이온 및 물분자가 이동함에 따라서 생기는 현상으로 판단된다. 특히 NaHCO3의 실험에서는 소듐 양이온이 치환됨에 따라 구조 내부의 분포가 달라졌을 것으로 추측되며, 이는 (001)과 (020)피크의 상대강도 비율이 물의 실험과 다른 경향으로 나타난 것을 근거로 예상해볼 수 있다.

영어초록

This study is a preliminary step to understand the reaction between various liquids and zeolite in the subduction zone environment. Stilbite, NaCa4(Al9Si27)O72·28(H2O), was selected and high pressure study was conducted on compressional behavior by the pressure-transmitting medium (PTM). Water and NaHCO3 solution that can exist in the subduction zone was used as PTM, and samples were pressurized from ambient to a maximum of 2.5 GPa. Below 1.0 GPa, both experiments show a low linear compressibility in the range of 0.001 to 0.004 GPa-1 and a high bulk modulus of 220(1) GPa. This is presumably because the structure of the stilbite becomes very dense due to insertion of water molecules or cations into the channel. On the other hand, at 1.0 GPa or higher, the trends of the two experiments are different. In the water run, the linear compressibility of the c-axis is increased to 0.006(1) GPa-1. In the NaHCO3 run, the linear compressibility of the b- and c-axis is increased to 0.006(1) GPa-1. The bulk modulus after 1.0 GPa shows values of 40(1) and 52(7) GPa in water and NaHCO3 run, respectively, confirming that stilbite becomes more compressible than that before 1.0 GPa. It is caused by the migration of cations and water molecules inside the channel, as the water molecules in the PTM start to freeze and stop to insert toward the channel at 1.0 GPa or more. In the NaHCO3 run, it is assumed that the distribution of extra-framework species inside the structure is changed by substitution of the Na+ cation. It can be expected from tendency of the relative intensity ratio of the (001) and (020) peaks which show a different from that of the water run.

참고자료

· 없음