Microstructural study on natural ice around Northern Victoria Land, Antarctica

Abstract

얼음의 유동은 직접적으로 해수면상승과 연관되어 있으므로 얼음의 미구조연구는 중요하다. 본 연구에서는 남극 북빅토리아랜드 주변에서 채취한 5개의 얼음 코어시료에서 18개의 얼음시료를 FE-SEM-EBSD 분석법을 통해 획득한 데이터를 해석하였다. FE-SEM-EBSD 분석법을 이용해 얼음시료를 분석하는 경우 얼음의 온도유지와 표면에 형성되는 서리(frost)가 가장 큰 문제점이다. 이 문제를 해결하기 위해서 cryo-stage를 SEM에 장착하여 온도를 ？80 ℃로 유지시키고, SEM의 stage앞에 이동상자(transition box)를 만들어 얼음을 SEM에 삽입시킬 때 이 장치를 통해서 샘플표면에 서리가 끼는 것을 방지하였다. 이 외에도 실온에서 얼음시료를 연마하는 방법, 얼음시료를 홀더에 부착하는 방법 등 다양한 기술적 발전을 이룩하였다. 자연 얼음은 카드가 쌓여있는 것과 같은 구조를 가지며, 미구조는 c-축이 지표면과 수직인 방향으로 분포하는 결정방향성(crystal preferred orientation, CPO)을 가진다. 실험적으로 변형시킨 얼음의 미구조는 순수전단(pure shear)에 의해서 변형된 경우 변형방향으로 콘(cone) 모양의 c-축 배열을 보이고, 단순전단(simple shear)에 의해 변형된 경우 기존과 변형방향으로 각각 두 개의 c-축의 무리(cluster)들을 보인다. 우리는 이 외에도 이전에 보고된 적이 없는 다양한 얼음결정의 c-축 배열을 찾았으며, 이는 다양한 응력에 의해서 현재 또는 이전에 형성된 것으로 생각된다. 특히 한 얼음코어에서는 낮은 깊이에서 단조로운 c-축 무리를 보이고, 특정깊이 이상에서는 대원(great circle)을 같이 c-축 배열에서 보인다. 특정깊이에서는 이와 함께 얼음입자크기, 결정방향성의 세기도 변하는데, 이는 낮은 깊이에서는 지표면과 수직한 방향으로 작용하는 순수전단이, 깊은 곳에서는 단순전단이 함께 작용한 결과로 해석된다.