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철질운석

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목차

1. 개요

철질 운석은 M형 소행성과 유사한 스펙트럼 특성을 보이며, 충돌로 파편화된 고대 소행성의 핵 파편으로 추정된다. 초기 태양계의 방사성 붕괴 및 충돌열로 인해 모체가 용융 및 분화되었으며, 화학 및 동위원소 분석 결과 50개 이상의 모체에서 기원한 것으로 나타났다. 철과 니켈 합금인 카마사이트와 테나이트로 구성되며, 구조적 분류와 화학적 분류를 통해 13개의 그룹으로 나뉜다. 역사적으로 운철을 얻기 위한 자원으로 사용되었으며, 문화적 물건, 도구, 무기로 제작되었고, 제련술 등장 이후에는 학술적, 수집적 가치를 지닌다.

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철질운석
유형 분류
분류철 운석
구성 유형철
구성
주성분95% 이상 철, 니켈, 코발트
니켈 함량5–25%
특징
구조적 분류해당 없음
모체50개 이상
총 알려진 무게약
표본 수해당 없음
이미지
[[타멘티트]] 철 운석
타멘티트 철 운석, 1864년 사하라에서 발견, 무게 약 . 프랑스 불카니아 공원에 전시됨.
[[세임찬 운석]]의 에칭 및 연마된 조각에서 보이는 [[위드만스테텐 구조]]
세임찬 운석의 에칭 및 연마된 조각에서 보이는 위드만스테텐 구조. 스케일 불명.

2. 기원

철질 운석은 가시광선 및 근적외선 영역에서 유사한 스펙트럼 특성을 가지기 때문에 M형 소행성과 관련이 있다. 철질 운석은 충돌로 인해 파편화된 더 큰 고대 소행성의 핵 파편으로 여겨진다.[8] 초기 태양계에서 짧은 수명을 가진 핵종인 26Al과 60Fe의 방사성 붕괴로 방출된 열은 모체들의 용융 및 분화의 그럴듯한 원인으로 여겨진다.[9][10] 충돌 열로 인한 용융은 용융과 분화의 또 다른 원인이다.[11] IIE 철질 운석은 예외일 수 있는데, 이들은 아마도 S형 소행성 6 헤베의 지각에서 기원했을 것이다.

화학 및 동위원소 분석 결과, 적어도 약 50개의 서로 다른 모체가 관여했음이 밝혀졌다. 이는 소행성대에 한때 적어도 이만큼 많은 수의 크고 분화된 소행성이 존재했음을 의미하며, 이는 오늘날보다 훨씬 더 많은 수이다. 분화된 소행성의 금속 핵이 기원이라고 생각된다.

3. 구성 성분

철질 운석은 대부분 Fe-Ni 합금인 카마사이트와 테나이트로 구성된다. 부성분 광물이 나타나는 경우, 종종 트로일라이트나 흑연의 둥근 결절을 형성하며, 이는 슈라이버사이트와 코헤나이트에 둘러싸여 있다. 슈라이버사이트와 트로일라이트는 판 모양의 내포물로도 존재하며, 절단된 표면에서 cm 길이, mm 두께의 라멜라(얇은 판)로 나타난다. 트로일라이트 판은 ''라이헨바흐 라멜라''라고 불린다.[12]

화학 조성은 95% 이상을 차지하는 Fe, Ni, Co 원소가 대부분이다. 니켈은 항상 존재하며, 농도는 거의 항상 5% 이상이고 최대 약 25%까지 높을 수 있다.[13] 상당한 니켈 함량은 일반적인 낮은 니켈 함량의 인공 철 제품과 운석 철을 구별하는 데 사용될 수 있지만, 운석 기원을 증명하기에는 충분하지 않다.

광물학적으로는 니켈이 적은 카마사이트와 니켈이 풍부한 테나이트로 구성된다. 이 외에 포유물도 있으며, 철 광물인 트로일라이트(FeS), 슈라이버사이트((Fe,Ni,Co)P), 코헤나이트((Fe,Ni,Co)C)가 대표적이다. 가벼운 광물인 흑연, 다이아몬드, 규산염 광물을 포함하기도 한다.

4. 발견 및 보존

철 운석은 석질 운석에 비해 상당히 희귀하여 목격된 낙하의 약 5.7%만을 차지하지만, 역사적으로 운석 컬렉션에서는 많이 발견되었다.[6] 이는 다음과 같은 몇 가지 요인 때문이다.


  • 석질 운석과 달리, 특이한 것으로 쉽게 인식된다. 사막과 남극에서 이루어지는 현대 운석 탐사는 전체적으로 훨씬 더 대표적인 운석 표본을 얻는다.
  • 풍화에 훨씬 더 강하다.
  • 대기 진입에서 살아남을 확률이 훨씬 높고, 결과적인 절제에 더 강하다. 따라서 큰 조각으로 발견될 가능성이 더 높다.
  • 금속 성분 때문에 표면 금속 탐지 장비를 사용하여 묻혀 있는 경우에도 발견될 수 있다.


철 운석은 석질 운석보다 밀도가 높기 때문에 알려진 모든 운석 질량의 거의 90%인 약 500ton을 차지한다.[7] 가장 큰 운석인 호바 운석을 포함하여 알려진 가장 큰 모든 운석이 이 유형에 속한다.

5. 분류

철질운석은 구조적 분류와 화학적 분류, 두 가지 방법으로 분류된다.[16]


  • 구조적 분류: 비드만슈테텐 구조의 유무와 니켈 함량에 따라 헥사헤드라이트(H), 옥타헤드라이트(O), 아탁사이트(D)로 분류한다.
  • 화학적 분류: 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 이리듐(Ir) 등의 미량 원소 함량 비율을 기준으로 분류한다.

5. 1. 구조적 분류

비드만슈테텐 구조의 유무와 니켈 함량에 따라 구조적으로 분류할 수 있다. 산으로 부식시킨 철질운석의 연마된 단면을 관찰하면 나타나는 비드만슈테텐 구조의 유무와 철-니켈 합금에서의 상대적인 니켈의 함량을 기준으로 분류한다.

  • 헥사헤드라이트(H): 니켈 함량이 낮고, 비드만슈테텐 구조가 나타나지 않는다. 노이만 선이 나타나기도 한다.[17] 니켈 비율은 4.5–6.5%이며, 카마사이트로 구성된다.
  • 옥타헤드라이트(O): 니켈 함량이 중간에서 높음 정도이며, 비드만슈테텐 구조가 나타난다. 가장 흔한 유형이다. 카마사이트 라멜라(판)의 폭을 기준으로 세분화된다.[17] 니켈 비율은 6.5–13%이며, 카마사이트와 테나이트의 혼합물이다. 카마사이트와 테나이트는 정팔면체 구조를 형성한다.
  • 가장 거친 옥타헤드라이트(Ogg): 라멜라 폭 3.3mm 초과
  • 거친 옥타헤드라이트(Og): 라멜라 폭 1.3mm–3.3mm
  • 중간 옥타헤드라이트(Om): 라멜라 폭 0.5mm–1.3mm
  • 미세 옥타헤드라이트(Of): 라멜라 폭 0.2mm–0.5mm
  • 가장 미세한 옥타헤드라이트(Off): 라멜라 폭 0.2mm 미만
  • 플레시틱 옥타헤드라이트(Opl): 옥타헤드라이트와 아탁사이트 사이의 과도기적 구조[18]
  • 아탁사이트(D): 니켈 함량이 매우 높고, 비드만슈테텐 구조가 나타나지 않는다. 희귀하다. 니켈 비율이 13% 이상이며, 테나이트와 미량의 카마사이트의 세립 혼합물, 즉 플레사이트로 구성된다. 내부에 뚜렷한 구조가 없어 육안으로 구별하기 어렵다.


철질운석은 구조에 따라 헥사헤드라이트(H), 옥타헤드라이트(O), 아탁사이트(D)로 크게 나뉜다. 이러한 구조의 차이는 니켈 함유 비율을 반영한다. 대략적으로 니켈이 적을수록 옥타헤드라이트는 더 조립의 형태가 된다.

5. 2. 화학적 분류

갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 이리듐(Ir) 등의 미량 원소 함량 비율을 기준으로 철질 운석을 분류하는 화학적 분류 체계가 사용된다. 이 체계는 철질 운석을 서로 다른 소행성 모천(母天)에 해당하는 여러 클래스로 구분한다.[19] 이 분류는 니켈 함량을 다른 미량 원소(Ga, Ge, Ir 등)에 대해 도표화한 다이어그램을 기반으로 하며, 서로 다른 철질 운석 그룹은 데이터 포인트 클러스터로 나타난다.[3][20]

원래는 로마 숫자 I, II, III, IV로 네 그룹이 지정되었으나, 더 많은 화학적 데이터가 확보되면서 그룹이 세분화되었다. 예를 들어, 그룹 IV는 IVA와 IVB로 나뉘었다. 이후 중간 운석이 발견되면서 IIIA와 IIIB가 IIIAB으로 재결합되기도 했다.[21]

2006년 기준으로 철질 운석은 13개의 그룹으로 분류되며, 분류되지 않은 철질 운석을 위한 그룹도 하나 존재한다.[3] 각 그룹의 특징은 다음과 같다.

철질 운석의 화학적 분류 (2006년 기준)[3]
그룹주요 특징
IAB
ICNi 6.1–6.8%. Ni 농도는 As(4–9 μg/g), Au(0.6–1.0 μg/g) 및 P(0.17–0.40%)와 양의 상관관계를 보이며 Ga(54–42 μg/g), Ir(9–0.07 μg/g) 및 W(2.4–0.8 μg/g)와 음의 상관관계를 보인다.
IIAB
IIC플레시틱 팔면체, Ni 9.3–11.5%, Ga 37–39 ppm, Ge 88–114 ppm, Ir 4–11 ppm, Ge-Ni 상관관계 양수
IID미세에서 중간 팔면체, Ni 9.8–11.3%, Ga 70–83 ppm, Ge 82–98 ppm, Ir 3.5–18 ppm, Ge-Ni 상관관계 양수
IIE다양한 조립도의 팔면체, Ni 7.5–9.7%, Ga 21–28 ppm, Ge 60–75 ppm, Ir 1–8 ppm, Ge-Ni 상관관계 없음
IIIAB중간 팔면체, Ni 7.1–10.5%, Ga 16–23 ppm, Ge 27–47 ppm, Ir 0.01–19 ppm
IIICD아탁사이트에서 미세 팔면체까지, Ni 10–23%, Ga 1.5–27 ppm, Ge 1.4–70 ppm, Ir 0.02–0.55 ppm
IIIE조립 팔면체, Ni 8.2–9.0%, Ga 17–19 ppm, Ge 3–37 ppm, Ir 0.05–6 ppm, Ge-Ni 상관관계 없음
IIIF중간에서 조립 팔면체, Ni 6.8–7.8%, Ga 6.3–7.2 ppm, Ge 0.7–1.1 ppm, Ir 1.3–7.9 ppm, Ge–Ni 상관관계 없음
IVA미세 팔면체, Ni 7.4–9.4%, Ga 1.6–2.4 ppm, Ge 0.09–0.14 ppm, Ir 0.4–4 ppm, Ge-Ni 상관관계 양수
IVB아탁사이트, Ni 16–26%, Ga 0.17–0.27 ppm, Ge 0.03–0.07 ppm, Ir 13–38 ppm, Ge–Ni 상관관계 양수
분류되지 않은 운석위에서 언급한 클래스에 속하지 않는 100개 이상의 운석(전체의 약 15%)으로, 약 50개의 서로 다른 모천에서 유래한 것으로 추정된다.



추가적인 그룹 및 소그룹도 과학 문헌에서 논의되고 있다. 예를 들어, IIG 그룹은 조립 슈라이버사이트를 가진 육면체로, 운철의 니켈 농도가 낮다.[22]

과거에는 철질 운석을 마그마 철과 비마그마(원시) 철의 두 종류로 분류했으나, 현재는 이 분류법을 사용하지 않는다.

과거 철질 운석 분류 (현재 사용되지 않음)
철 종류그룹
비마그마 또는 원시 철 운석IAB, IIE
마그마 철 운석IC, IIAB, IIC, IID, IIF, IIG, IIIAB, IIIE, IIIF, IVA, IVB


6. 역사적, 문화적 이용

철질 운석은 역사적으로 운철을 얻기 위해 사용되었으며, 문화적 물건, 도구 또는 무기로 제작되었다. 제련술의 등장과 철기 시대의 시작으로, 적어도 그러한 기술을 개발한 문화권에서는 철질 운석의 자원으로서의 중요성이 감소했다. 철기 시대 이전의 고대 이집트 및 기타 문명에서는 철이 금만큼이나 귀했는데, 이는 둘 다 운석에서 나왔기 때문이다. 투탕카멘의 운철 단검이 그 예이다.[14] 이누이트는 케ープ요크 운석을 훨씬 더 오랫동안 사용했다. 철질 운석 자체는 때때로 수집품이나 심지어 종교적 상징으로도 사용되었다. 클래커머스족이 윌라멧 운석을 숭배한 것이 그 예이다.[15] 오늘날 철질 운석은 학술 기관과 개인 수집가들에게 소중한 수집품이다. 일부는 호바 운석의 경우처럼 관광 명소이기도 하다.

금속 제련 기술이 없었던 시대나 지역의 사람들은 운철을 귀중한 금속으로 만들어 도구에 사용했다. 하늘로부터 온 물질이라는 것이 알려지면서 종교적인 의미가 더해져 귀하게 여겨지기도 했다. 현대에는 주로 운석으로서의 박물학적인 가치만 있다.

고대 서아시아나 중국에서는 철 사용 초기에 운철을 이용했지만, 양이 제한적이었기 때문에 청동을 대신하여 철기가 주류가 되지는 않았다.[25]

참조

[1] 웹사이트 Tamentit https://www.lpi.usra[...] Lunar and Planetary Institute 2024-09-05
[2] 논문 Seymchan: A Main Group Pallasite - Not an Iron Meteorite https://onlinelibrar[...] 2007-08
[3] 서적 Meteorites and the early Solar System II http://haroldconnoll[...] University of Arizona Press 2012-12-15
[4] 논문 Formation of non-magmatic iron-meteorite group IIE https://linkinghub.e[...] 2017-01
[5] 웹사이트 Meteoric Iron- Properties and Use https://www.tf.uni-k[...] 2021-06-05
[6] 서적 Planet earth: cosmology, geology, and the evolution of life and environment https://books.google[...] Cambridge University Press
[7] 서적 The Universal Book of Astronomy: From the Andromeda Galaxy to the Zone of Avoidance https://books.google[...] Wiley
[8] 논문 The iron meteorites, their thermal history and parent bodies 1967-10
[9] 논문 Numerical simulations of the differentiation of accreting planetesimals with 26Al and 60Fe as the heat sources
[10] 논문 Differentiation of Vesta and the parent bodies of other achondrites
[11] 논문 The chemical classification of iron meteorites—III. Hexahedrites and other irons with germanium concentrations between 80 and 200 ppm 1969
[12] 서적 Cosmic Debris: Meteorites in History University of California Press
[13] 서적 Meteorites: Classification and Properties Springer-Verlag
[14] 웹사이트 Iron came from Space before the Iron Age. https://www.atlasobs[...] 2017-12-22
[15] 웹사이트 Meteorites in History and Religion http://www.meteorite[...] 2012-12-13
[16] 서적 Handbook of Iron Meteorites University of California Press
[17] 서적 Encyclopedia of planetary sciences Springer
[18] 간행물 Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 45, Ed. 9–12
[19] 서적 Meteorites Springer-Verlag
[20] 논문 Classification and properties of iron meteorites 1975-01-01
[21] 서적 Meteorites and their parent planets Cambridge Univ. Press
[22] 논문 The IIG iron meteorites: Probable formation in the IIAB core 2009-07-31
[23] 웹사이트 Chinga meteorite https://mrdata.usgs.[...]
[24] 서적 学術用語集 天文学編 日本学術振興会
[25] 서적 図解 技術の考古学 有斐閣選書


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