KIGAM 한국지질자원연구원

첨단 분석 장비로 푸는 땅의 비밀

- 지질자원분석센터

경남 합천군 초계분지는 약 5만 년 전 형성된 한반도 최초의 운석 충돌구이다. 

이를 밝히는 데 결정적인 역할을 한 것이 가속기질량분석장비 AMS다. 

지질자원분석센터는 AMS를 비롯해 지질자원 특성에 맞는 다양한 첨단 분석기술을 개발하고, 분석 서비스를 제공한다. 

지구의 환경 변화를 연구하는 데 없어서는 안 될 든든한 지원군과도 같다.

넓은 활용 범위로 1년 365일 24시간 가동 중

지질자원분석센터 내부에 들어서자, 가장 먼저 눈에 들어온 것은 귀를 울릴 만큼 큰 소리를 내며 돌아가는 거대한 AMS(Accelerator Mass Spectrometer)다. AMS는 방사성탄소와 초극미량 우주선 유발 방사성 동위원소의 비율을 측정하여 유기물 및 지질 자원의 생성 시기, 즉 연대를 측정하는 장비이다. 방사성탄소를 통해 6만 년 전의 시료까지 연대측정이 가능하다.

AMS는 암석이나 광물의 정밀한 연대를 측정하는 것은 물론 지질의 퇴적률과 암석의 융기율 등을 측정하는 데에도 활용된다. 지질 분야가 아닌 다른 분야에서도 분석 의뢰가 끊이지 않는다. 국립과학수사연구원과의 업무협약을 통해 신원미상의 시신에서 생몰연대를 추정하는 연구를 지원해 법의학에도 기여한다. 덕분에 AMS는 1년 365일 24시간 쉬지 않고 가동 중이다.

이처럼 과거를 밝히는 연구뿐만 아니라 미래를 위한 환경 연구에도 AMS가 활용된다. 지질자원분석센터에서는 매년 전국의 은행잎 시료를 채취하여 은행잎 속 화석연료로 인한 이산화탄소 비율을 측정해 지역별 대기오염 정도를 모니터링한다. 또한 AMS의 정밀도를 높이기 위해 십수 년간 국내 나이테 시료를 이용하여 한반도 기준 방사성탄소 농도 자료를 구축하고 있다.

땅의 비밀을 추적하는 다양한 장비

AMS 다음으로 찾은 곳은 FE-EPMA(Field Emission-Electron Probe Microanalyzer)가 설치된 분석실이다. 지질자원분석센터는 최근 5년간의 수요조사를 바탕으로 FE-EPMA 장비를 도입하여 원활히 운영 중이다. 분석실에 들어서자, 전처리 과정을 거쳐 유리처럼 매끈한 광택을 자랑하는 암석 시료들이 책상에 놓여 있다.

이 시료를 FE-EPMA에 넣으면 비파괴 표면 분석을 통해 암석이나 광물 표면의 아주 작은 영역에 있는 원소가 정밀하게 분석된다. 광물이 어떻게 성장했는지, 해당 지역이 과거에 어떤 환경 변화를 겪었는지 추적할 수 있는 것이다. 예를 들어, 암석의 생성연대를 추정하는 ‘저어콘’ 광물을 분석하여 이 암석이 여러 차례 변질 과정을 겪었음을 밝혀내고, 언제 지역이 융기하고 침강했는지, 주변 화산 활동은 언제 일어났고 어떤 영향을 주었는지 예상할 수 있다.

또한, 준보석광물인 ‘석류석’을 대상으로 유용한 광물을 품고 있는 열수의 영향 범위와 시기, 지층의 위치를 분석하여 광산 탐사에 유용한 자료를 제공 중이다. 이외에도 FE-EPMA는 냉간압연강판의 합금 균질도 측정, 열처리된 강재의 풀림 특성 분석 등 산업적으로도 활용된다.

세계가 인정한 우수한 분석 서비스

지질자원분석센터는 전세계 지질분석기관이 참여하는 분석 숙련도 시험인 ‘GEO-PT’에서 매년 상위 20% 이내의 성과를 기록하고 있다. 또한 다른 기관에서는 쉽게 지원하지 않는 알칼리퓨전법, 강열감량, 희토류 원소 분석, 알파셀룰로오스 추출법 등 다양한 분석 서비스를 제공하여 연구자들의 수요를 충족시키고 있다. 최근에는 ICP-OES/MS, IC 분석용 자동 질량 희석 장치를 개발하여 보다 신속하고 정밀한 분석을 가능하게 했다.

이러한 끊임없는 노력 덕분에 지질자원분석센터는 연구원 내부뿐만 아니라 외부 기관으로부터도 높은 신뢰를 받고 있다. 앞으로 폐자원 시료 분석 처리 시스템을 확립하고 우주 환경 연구 인프라를 구축하는 데에도 힘껏 지원할 것이라 하니 지질자원분석센터가 밝혀낼 새로운 이야기를 기대해본다.