방사성 폐기물의 이상적인 지하 저장소 조건, 용해작용, 화학적 교결작용과 교대작용 및 탄산염 동굴에 대하여

오염물에 의한 오염, 위험 폐기물의 지하 저장, 용해작용 및 교대작용.pptx

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현대 산업국가 시민들은 수도꼭지를 틀었을 때 당연히 마음 놓고 마실 수 있는 물이 흘러나올 것이라고 생각한다. 그러나 세계의 많은 지역에서 식수는 흔히 인간이 마시기에 적합하지 않다.

자연 상태에서 물속에 용해되어 있는 물질이 물을 마실 수 없게 할 뿐만 아니라, 많은 상수도는 생활 폐기물 및 산업 폐기물로 심각하게 오염되어 있다.

지하수의 화학(용해물질)

많은 우물과 샘의 물을 분석해 보면, 지하수에 용해되어 있는 성분은 주로 염화물, 황산염, 중탄산칼슘, 중탄산마그네슘, 중탄산나트륨, 중탄산포타슘, 중탄산철 등이다.

이물질들은 풍화된 암석 중의 흔한 광물로 추적할 수 있다. 지하수의 성분은 예상할 수 있는 바와 같이 물이 산출되는 암석의 종류에 의존하여 곳에 따라 변한다.

예를 들면, 미국 중앙부의 많은 지역에서 물은 그 지역 석회암과 돌로마이트로부터 용해된 중탄산칼슘과 중탄산마그네슘이 풍부하다. 경수라 부르는 이와 같은 물에 목욕을 하게 되면 썩 유쾌한 기분을 못느낀다.

왜냐하면 비누가 거품을 쉽게 일으키지 않으며 욕조 안에 딱딱한 빵껍질 같은 고리가 생기기 때문이다. 또 경수는 수도관 안에 비늘모양의 껍질을 침전시켜 결국 물의 흐름을 원활하지 못하게 한다.

이와는 달리 용해물질과 칼슘을 많이 포함하지 않는 물을 연수라 부른다. 예를 들면, 이와 같은 물은 화산암과 잡사암이 흔한 미국 북서부의 일부지역에 발견된다. 연수로 샤워를 하게 될 때는 기분 좋은 비누거품을 쉽게 낼 수 있다.

위험 폐기물의 지하처분은 지하수에 대한 관심을 불러일으킨다. 물은 보편적으로 용매이며 대부분의 지하수가 약산성인 점을 유독물질 혹은 방사성물질의 용기를 결국 부식시키게 되고 그 다음은 그 내용물을 용해시켜 저장소로부터 빠져나가게 할 것이다.

물은 지각 암석 내 수 km 깊이까지 존재하며 연 1m 내지 50m의 속도로 순환하고 있다. 이와 같은 느린 속도라 할지라고 수만 혹은 수십만년 이상을 거칠 때 용해물질은 먼거리를 이동할 수 있으며, 수문계의 보다 빨리 유동하는 영역으로 들어갈 수도 있다.

다음과 같은 특징은 방사성 폐기물의 이상적인 지하 저장소 조건으로서 합의 사항으로

▪ 주변 암석은 단열을 거의 갖지 않아야 하고 투수도가 낮아야 한다.

▪ 주변 암석은 현재 혹은 미래 경제성이 있는 잠재광상을 갖지 않아야 한다.

▪ 국지적 지하수 유동은 생활권으로부터 멀어야 한다.

▪ 단지 매우 긴 지하수 유동경로만이 인간이 접근 가능한 장소를 향하게 해야 한다.

▪ 그 지역은 강우가 적어야 한다. ▪ 통기대가 두꺼워야 한다.

▪ 지진 혹은 화산활동의 가능성이 매우 낮아야 한다.

▪ 그 지역의 미래 기후변화는 지하수 상태에 실질적으로 영향을 끼쳐서는 안 된다.

지하 저장소에 유독폐기물과 핵폐기물을 장기적으로 안전하게 저장하겠다는 발상은 지질학자들에게 큰 도전을 제공하고 있다. 역사적으로 지질학자들은 과거사건을 주로 연구해 왔지만 앞으로는 가능한 미래사건을 예측하도록 하고 있다.

용해작용

빗물은 지면에 닿자마자 토양과 기반암에 있는 광물과 반응하기 시작하여 그들을 화학적으로 풍화시킨다. 화학적 풍화작용의 중요한 부분은 광물과 암석물질이 용해 작용을 통하여 바로 용액에 포함된다는 점이다. 지각을 구성하는 암석 가운데 탄산염암은 이 작용으로 가장 쉽게 풍화된다(그림 11.19).

석회암, 돌로마이트, 대리암은 흔한 탄산염이며 지구표면 수백만 km2를 차지하고 있다. 탄산염 광물은 순수한 물에는 거의 용해되지 않지만 빗물이 지하로 투과할 때 탄산에 의해 쉽게 용해된다. 결과적으로 지하수는 칼슘양이온과 중탄산양이온으로 부과된다.

풍화작용은 주로 탄산염 기반암에 발달한 절리와 기타 단열을 따라 일어난다. 그 결과는 인상적으로 나타난다. 화강암이 화학적으로 풍화될 때, 석영과 다른 저항이 강한 광물들은 거의 영향을 받지 않고 토양의 일부로서 남는다.

그러나 석회암이 풍화될 때는 거의 모든 체적이 천천히 이동하는 지하수 속으로 용해되어 없어질 수 있다. 여러 지역의 공개된 장소에 무게를 정확히 측정한 자그만 석회암 조각을 일정한 기간 놓아둔 후 용해된 석회암의 양을 측정함으로써, 석회암 지형이 용해작용으로 낮아지는 평균속도를 추정할수 있다.

비가 많고, 지하수면이 높으며, 연속적인 식생 피복을 갖는 온난 지역에서 탄산염 지형은 천년에 10mm이상 평균속도로 낮아진다. 강우가 드물고, 지하수면이 낮으며, 불연속적인 식생의 건조지역에서 평균속도는 훨씬 낮다. 지하수의 용해작용은 미국 탄산염암 에서 측정했을 때 속도는 사태, 하천에 의한 지면 평균 침식를 능가할수 있다.

화학적 교결작용과 교대작용

퇴적물의 퇴적암으로 전환은 일차적으로 지하수의 작용에 의한다, 바닥 아래에 놓여 있는 퇴적물은 육지에서 포화대에 놓여있는 퇴적물과 같이 물로 포화되어 있다.

물 속의 용액물질은 퇴적물의 암석 및 광물입자 사이에 있는 공간에 교결물로서 침전된다. 속성작용은 푸석푸석한 퇴적물을 단단한 암석으로 변환시킨다. 탄산칼슘, 규산, 철산화물은 이 순서대로 중요한 교결물질이다.

탄산염 동굴

인간 거주의 최초 증거는 플라이스토세 빙하시대 동안 구석기 시대 사람들에게 은식처로 유럽과 아시아의 석회암 동굴이다. 동굴 벽은 선사시대의 암석 화포였으며 빙하시대 짐승 사냥꾼의 포획물을 묘사한 다양한 색채의 그림을 우리들에게 제공하고 있다.

동굴은 크기와 모양이 여러 가지이다. 대부분의 동굴은 작은 규모이지만 어떤 것들은 이례적으로 크다. 뉴 멕시코주 동남부에 있는 칼스베드 큰동굴은 공동 하나만 해도 길이가 1200m, 폭이 190m, 높이가 100m에 이른다.

 

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