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융해실험 및 일차원모델을 이용한 얼음과 융해수의 동위원소교환반응에 대한 연구

A study on isotopic exchange between ice and meltwater using a melting experiment and 1-D model
지질학회지 제53권 제6호, 2017.12, 773-780 (8 pages)
DOI :10.14770/jgsk.2017.53.6.773
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초록
얼음 동위원소의 시간적 변화를 규명하기 위하여 얼음 용융실험을 수행하였다. 적외선램프(75 W)를 이용하여 얼음과 램프사이의 거리를 일정하게 유지하면서 2 kg의 얼음을 13시간 동안 녹이면서 배출속도(1.96 ± 0.4 cm/hr)를 최대한 일정하게 유지하였다. 증발 또는 승화로 인한 질량 감소는 거의 없었으므로(회수율 98.8%), 얼음의 동위원소변화는 고체상인 얼음과 액체상인 얼음이 녹은 물의 동위원소교환반응에 의해 설명할 수 있다. 얼음의 동위원소변화를 조절하는 것은 얼음이 동위원소교환반응에 얼마만큼 참여하는 가(f)와 동위원소교환상수(kr)에 의해 결정되며 이를 결정하기 위하여 Lee et al. (2010a)에서 사용된 모델을 적용하였다. 얼음이 녹은 물의 산소와 수소의 안정동위원소의 선형관계는 기울기가 6.64로 계산되었으며, 이는 승화에 의한 동위원소변동은 무시할 수 있으며, 주로 얼음과 물의 동위원소교환반응으로 설명할 수 있다. 모델과 실험결과를 비교하여 산소와 수소동위원소의 f값은 각각 0.28, 0.20이었으며, kr 값은 각각 0.30, 0.41 hr-1로 계산되었다. 이는 통계적으로 유의미하게 다르다고 할 수 없으므로 향후 추가적인 실험이 요구된다.

We conducted a melting experiment to observe how stable isotopic compositions of ice vary. With an infrared lamp (75 W), discharge rate remained constant (1.96 ± 0.4 cm/hr) due to a constant distance between ice surface and the infrared lamp with melting of 2 kg of ice. There was no evaporation or sublimation by mass loss (98.8% of recovery) and the isotopic variation of meltwater from ice was explained by isotopic exchange between liquid water and ice. The isotopic compositions of meltwater from ice were controlled by how much ice was involved in the isotopic exchange (f) and isotopic exchange rate constant (kr). To determine these values, a model used by Lee et al. (2010a) was adopted. A slope from the linear relationship between two stable isotopes of meltwater (δ18O and δD) was 6.64, which ignored the effect of sublimation. This can be attributed to the isotopic exchange between liquid water and ice. By comparison between model and melting experiment, the f value of oxygen and hydrogen was 0.28, 0.20, respectively and the kr value of oxygen and hydrogen was 0.30, 0.41 hr-1, respectively. This requires more various experiments because those values were not statistically different.

목차
요약
ABSTRACT
1. 서론
2. 연구방법
3. 연구결과 및 토의
4. 결론 및 의미
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