마그네사이트

3. 형성

마그네사이트는 다양한 지질 환경에서 형성된다. 접촉 및 광역 변성암 지형에서는 초염기성암, 사문암 및 기타 마그네슘이 풍부한 암석이 변질될 때 맥상(vein) 형태로 산출된다. 이렇게 형성된 마그네사이트는 종종 미정질 상태이며, 오팔이나 처트 형태의 규산(SiO₂)을 함유하기도 한다. 또한, 초염기성암 상부의 토양층이나 하층토에서도 발견되는데, 이는 지하수에 녹아 있는 CO₂가 마그네슘 함유 광물을 용해시킨 후 이차 탄산염으로 퇴적된 결과이다.

활석 탄산염 변질 작용을 통해서도 마그네사이트가 형성될 수 있다. 특히 감람암과 같은 초고철질 암석이 높은 온도와 압력 하에서 물과 이산화탄소와 반응할 때, 감람석의 탄산화 작용으로 마그네사이트가 만들어진다. 이는 녹색편암상과 같은 변성 환경 조건에 해당한다.

마그네슘 사문석(리자다이트)이 이산화탄소와 반응하여 마그네사이트로 변하는 변성 반응도 알려져 있다.

:2 Mg₃Si₂O₅(OH)₄ (사문석) + 3 CO₂ → Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ (활석) + 3 MgCO₃ (마그네사이트) + 3 H₂O

하지만 실험실 환경에서 상온에서 이 반응을 시도하면, 무수 탄산 마그네슘(마그네사이트) 대신 수화된 형태인 네스케호나이트(nesquehonite, MgCO₃·3H₂O)가 형성된다.^[6] 이러한 관찰을 통해 마그네사이트가 저온에서 쉽게 형성되기 어려운 "탈수 장벽"이 존재한다는 가설이 제기되었다.^[7] 그러나 물 대신 폼아미드와 같은 비수용액을 사용한 실험에서는 이러한 탈수 장벽이 결정적인 요인이 아님을 보여주었다. 즉, 근본적인 원인은 양이온(Mg²⁺)의 탈수 문제보다는, 탄산염 음이온(CO₃^2-)의 공간적 배열이 저온에서 마그네사이트 결정핵 형성을 어렵게 만들기 때문으로 지목된다.^[8]

그럼에도 불구하고 마그네사이트는 현대의 퇴적물, 동굴, 토양에서도 발견된다. 약 40°C 정도의 비교적 낮은 온도에서 마그네사이트가 형성되려면, 침전과 용해가 반복적으로 일어나는 과정이 필요한 것으로 알려져 있다.^[9][10][11] 이러한 저온 마그네사이트 형성 메커니즘은 대규모 탄소 격리 기술 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있다.^[12] 최근 연구에서는 대기압과 약 43°C 조건에서 소량의 염산과 탄산나트륨 용액을 주기적으로 첨가하는 방식으로, 몇 시간 내에 용해와 침전 주기를 반복시켜 마그네사이트를 산업적으로 생산할 수 있는 가능성을 제시하기도 했다.^[13][14]

마그네사이트는 지구 밖에서도 발견되었다. 화성에서 유래한 운석인 ALH84001에서 확인되었으며, 화성 탐사 위성의 적외선 분광법 관측을 통해 화성 표면에서도 그 존재가 확인되었다.^[15] 특히 예제로 분화구 근처에서 감지된 마그네슘 탄산염은 과거 그곳에 존재했던 호수 환경에서 형성된 것으로 추정된다.^[16] 다만, 화성의 탄산염이 형성된 정확한 온도에 대해서는 여전히 논쟁이 진행 중이며, ALH84001 운석 내 마그네사이트는 저온에서 형성되었을 가능성이 제기되었다.^[17][18]

마그네사이트 형성은 주변 암석의 광물 조성에도 영향을 받는다. 마그네슘이 풍부한 감람석(forsterite)은 감람암 내에서 마그네사이트 생성을 촉진하는 반면, 철이 풍부한 감람석(fayalite) 환경에서는 자철석-마그네사이트-실리카 조합이 더 선호된다.

이 외에도 마그네사이트는 스카른 광상이나, 백운석질 석회암이 변질 작용을 받을 때 형성되기도 하며, 이때 규회석, 페리클레이스, 활석 등과 함께 산출되는 경우가 많다.

고온과 고압에 강한 특성 때문에 마그네사이트는 지구 맨틀에서 탄산염을 함유하는 주요 광물 중 하나로 여겨진다.^[19] 따라서 지구 깊은 곳의 탄소를 저장하고 운반하는 중요한 역할을 할 가능성이 제기되었다.^[20] 실제로 스위스 중부 알프스의 변성된 감람암^[21]이나 중국 톈산 산맥의 고압 에클로자이트 암석에서도 마그네사이트가 발견된다.^[22]

마지막으로, 특정 종류의 박테리아가 존재하는 호수 환경에서는 생물학적 과정을 통해 수화된 마그네슘 탄산염이나 마그네사이트가 직접 침전되기도 한다.^[23][24]

3. 1. 동위원소 구조

3. 1. 1. 덩어리 동위원소 (Clumped Isotope)

3. 1. 2. 분석 및 보정

4. 용도

• ''경소'' 제품은 일반적으로 450°C에서 900°C 사이의 온도로 소성하여 만든다. 이 제품은 표면적이 넓고 반응성이 우수하다.
• ''사소'' 제품은 900°C 이상의 고온에서 소성한다. 이 온도에서는 재료가 반응성 있는 결정 구조를 잃고 화학적으로 비활성 상태가 된다. 이러한 특성 때문에 용광로 내벽과 같은 내화물 재료로 더 선호된다.

• 화재 분석: 마그네사이트 컵은 높은 온도를 견딜 수 있어 컵핑(cupellation) 과정에 사용될 수 있다.
• 건축 자재: 바닥재(마그네사이트 스크리드)의 결합제로 사용된다.^[25]
• 화학 산업: 합성 고무 생산 시 촉매 및 충전재로 사용되며, 마그네슘 기반 화학 물질 및 비료 제조에도 활용된다.
• 환경 연구: 온실 가스인 이산화탄소를 대규모로 격리하는 방안으로 마그네사이트 활용 연구가 진행 중이다.^[26] 특히 사문암에서 유래한 오피올라이트(지각 위에 놓인 맨틀 암석)가 이산화탄소와 반응하여 마그네사이트를 생성할 수 있다는 점에 주목하고 있다. 오만의 오피올라이트를 이용한 연구에서 일부 진전이 있었으나^[27], 인공적인 과정에서 유체 흐름을 위한 충분한 다공성-투과성을 확보하는 것이 주요 과제로 남아있다.

5. 이산화탄소 격리

마그네사이트는 비교적 낮은 온도에서도 형성될 수 있는데, 이는 대규모 탄소 격리 기술 개발에 중요한 의미를 가질 수 있다.^[12] 온실 가스인 이산화탄소를 마그네사이트 형태로 대규모로 저장하여 격리하는 방안의 실용성을 평가하기 위한 연구가 진행 중이다.^[26]

이 연구는 주로 오피올라이트에 주목하는데, 오피올라이트는 지각 위에 놓인 맨틀 암석으로 사문암을 포함하고 있으며, 이 사문암이 이산화탄소와 반응하여 마그네사이트를 생성할 수 있기 때문이다. 오만의 오피올라이트를 이용한 연구에서 일부 진전이 보고되었다.^[27] 하지만 이러한 인공적인 탄소 격리 과정이 성공하려면 이산화탄소를 포함한 유체가 암석 내부를 원활하게 통과할 수 있는 충분한 공간(다공성)과 연결성(투과성)이 필요한데, 감람암과 같은 암석은 이러한 특성이 부족하다는 점이 주요한 어려움으로 지적된다.

6. 브로이넬석

철을 조금 포함하는 아종을 '''브로이넬석'''(breunnerite|브로이넬석^영어)이라고 한다.

7. 안전성

사람들은 직장에서 마그네사이트를 흡입하거나, 피부 또는 눈에 접촉함으로써 노출될 수 있다.

미국 직업 안전 보건청(OSHA)은 작업장에서 마그네사이트 노출에 대한 법적 제한(허용 노출 기준)을 8시간 작업일 기준으로 총 노출 15mg/m³, 호흡 노출 5mg/m³로 설정했다. 미국 국립 직업안전보건연구원(NIOSH)은 8시간 작업일 기준으로 총 노출 10mg/m³, 호흡 노출 5mg/m³의 권고 노출 기준(REL)을 설정했다.^[45]

참조

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