광물과 문명의 진화 2 - 구리

석기에서 금속으로

문명은 인간의 욕구가 동기가 되어 이루어 낸 기술의 산물이다.구석기,신석기 시대를 거쳐 인간은 더 효과적인 도구를 갈망했고 그 결과로 돌을 위주로 한 자연물을 이용하는 단계에서 구리라는 획기적인 재료인 금속을 찾아 내고 또 이를 추출해 내는 기술을 개발함으로서 이전에 비해 월등한 도구를 만들 수 있게 되었다.이를 토대로 구리와 또 다른 금속인 주석 또는 아연을 합금하는 기술 까지 개발하여 더 우수한 특성을 가진 재료도 만들어 낼 수 있게 되었다.무기로,생활용품으로 ,공예품,조각등 예술품으로,건축 재료로 소위 청동기[Bronze Age]시대를 열어가게 되었다.

왜 구리였을까?

사실 지각을 구성하는 금속 원소중 알미늄8.13%, 철이 5% 인 데 비해 구리는 75ppm[part per million.1/10,000%]밖에 안되는아주 미미한 양이다.그럼에도 불구하고

가장 먼저 사용된 금속의 하나가 된 것은 몇가지 훌륭한 특성을 갖고 있기 때문이다.첫째,

금과 마찬가지로,자연 형태로 발견된다.[native element].야금 기술이 없으니 있는 그 데로
사용할 수 있는 재료이어야 하기 때문이다.상대적으로 양이 많은 알미늄은 자연원소 상태로 존재하지 않고 철도 자연원소 상태로는 희귀하고 , 우주에서 날아온 운석에서 발견되기 때문이다.

석영맥에서 성장한 자연금

광물과 문명의 진화 -흑요석(Obsidian)

인간의 역사는 도구 발명의 역사이자 재료 발명의 역사

문명(civilization)은 인간의 욕구가 동기가 되어 이루어 낸 기술의 산물이다.

이 기술의 원천, 그 본바탕은 재료의 진화이다.있는 그 대로의 자연상태의 재료 즉,돌,나무,동물뼈,조가비,흙을 이용하는 단계에서 인간은 자연으로 부터 새로운 재료를 추출해 내는 기술을 발전시켜 더 진화된 도구를 발명하게되었다.

재료의 진화는 새로운 도구의 발명으로 새로운 문명의 탄생에 기여하게되고,이를 바탕으로 한 시대를 열어가는 문화가 형성되는 데 결정적 역활을 하게 된다.결국 인간의 역사는 도구발명의 역사 이자 그 원천인 재료 발명의 역사라 할 수 있다.

선사이전의 시대 구분도 바로 사용된 도구의 재료로 구분하여 석기(구석기,신석기 ),동기 ,청동기,철기 시대로 나누고 있다.

이 재료는 인간이 자연 즉 광물로 부터 얻어낸 것이다. 각 시대를 열어가는 데 기여한 광물에촛점을 맞추어 이야기를 이미지를  깃들여 전개해 나가고져 한다.

 석기시대의 첨단 소재; 흑요석(Obsidian)

인간( 엄격히 현생 인류 이전의 원인 포함)이 최초로 석기를 사용한 것은 270만년에서 258만년전,인류의 고향으로 알려져 있는 에티오피아의 고나에서 호모 하빌리스가 그 주인공 으로 알려져 있다.

수정((Quartz)과 창조경제

다보스포럼 슈밥[Schwab]회장의 선물.수정[quartz]

년초 박근혜 대통령이 페이스북을 통해 밝힌 2014WEF[다보스포럼]기조 연설시 Schwab회장으로 부터 선물 받은 수정이 화제가 된바 있다.Schwab회장은 복잡한 돌 형상위에 툭툭 튀어나온 수정처럼 창조경제의 영감을 얻어시라는 설명과 함께 사려깊고 창의적인 선물을 박대통령에게 증정했다.

광물에 관심이 깊은 필자인지라 실물을 접할 수 없었지만, 사진을 통해 자세히 관찰해 보았다.지구 지각에서 가장 흔한 산소와 규소가 화학 결합[이산화규소;SiO2]하여 아름다운 석영이 만들어진다.Schwab회장이나 박 대통령도 평범한 것일지라도 서로 융합하는 과정에서 대단한 가치를 창조할 수 있다는 것에서 수정을 통해 창조경제의 영감을 얻을 수 있다고 본 것이다.

지구 옛 생명체의 기록" 화석 이야기"

바쁘다는 핑계로 매월 1-2테마의 글을 올리다 한참만에 글을 쓰게 되었다.여기서 다루는 화석에 관한 이야기는 전문인을 위한 것이라기 보다는 필자 역시 아마추어 수집가에 지나지 않기 때문에 우리가 일상에서 알아두면 좋을 것이라는 취지에서 일반적인 궁금증을 해소하는 데 촛점을 맞추었다.

화석은 옛 생명체의 역사 기록

인간의 역사는 문자 기록을 기준으로 역사시대와 선사시대로 구분한다.역사기록이 체계적으로 잘 정비되어 있으면  타임머신을 타고 ,시간을 거슬러 올라간 것 처럼 그 시대 상황을 잘 알 수 있다.그러나 기록이 부실하면 잘 알 수가 없어 파편적 기록으로 유추한 수 밖에 없다.선사 시대라 할 지라도 울산의 암각화나 프랑스의 선사시대 동굴 벽화등에서도 많은 정보를 얻을 수 있다.
현세 인간의 역사는 불과 몇 만년에 지나지 않으나 ,자연의 역사는 지질 시대로 46억년의 아득히 먼 상상의 역사다.그러나  옛 생명체의 흔적인 화석이라는 기록물을 통해 ,자연 특히 생명체들의 역사를 알 수 있게 되었다.지구에 최초 생물의 출현은 35억년전 단세포 형태로 이는 과거나 현재의 모든 생명체의 공통 조상[last universal common ancestor]으로 알려져 있다.

luca화석이 발견된 호주 해변가의 스톨로마이트

우주에서 온 그대 ,운석 이야기

진주 운석은  국민적 운석 홍보대사

최근 진주에서 발견된 운석이야기로  국민적 관심이 집중되고 있다.특히 우리나라에 떨어진 것으로 운석년감에 공식 보고된 4개중,실체가 있는 것으로는 1943년11월23일 떨어진 전남고흥군 두원면 운석이 유일하다.  일본국립 과학관에 보관중인 것을 국가차원에서 협상하여 영구임대 형식으로 지질 연구원에 전시중이다. 이번 진주 운석은 이후71년만에 공식 확인 된 것으로 현재 까지 4개나 발견되었으니 크기도 두원운석이2.1kg인 데 비해 최초발견 된 것이 9.1kg,4번째 발견된 것은20kg,가 넘는다고 하니 대단한 일이 아닐 수 없다.

국가적 차원에서 천연기념물로 해외반출을 금하는 검토까지 이루어지고, 가격에 대한 기대감이 커 하늘에서 떨어진 로또라 하여 국민적 관심이 커지고 대중 매체에서도 상세히 다뤄 많은 분들이 운석에 대한 이해를 할 수 있는 계기도 되었다.

마이다스의 손! 석고(Gypsum) 이야기

석고(Gyplum)의 다양한 용도

석고는 우리 일상에 아주 친숙한 물질이다. 건축재료의 하얀 내벽 마감재로(석고 Plaster),의료용으로는 골절상을 입었을 때 깁스용으로,치과 casting용으로,농업용으로는 염분이 높은 간척지등의 중화제로,비료,제초제등 광범위하게 활용되고 있다.

또 최근에는 미용용품으로 얼굴 주름살을 펴는 석고팩으로,미술용으로는 Torso등 조각용으로 ,회화용 안료등으로도 많이 사용되고 있다. 특히 내벽 마감재로 사용되는 것을 회반죽 ,Plaster of Paris라고 부르기도 하는데,이는 파리 근교 몽마르트 지역에서 산출된 석고(Gypsum)을 많이 사용한 데서 유래된 것이다.

Montmartre,Pari

지금의 몽마르트는 무명 화가들의 둥지로 알려져 있는 데, 왠 석고의 채석장이라니....

이렇게 석고가 다양하게 이용되는 것은 물과 쉽게 반응하는 화학적 특성 때문이다.

석고의 화학조성은 CaSO4.2H2O로 황산화칼슘과 물이 결합한 것인 데,가열하면 쉽게 수분을 잃게 되거나(이 때는 열을 잃게된다),반대로 분말형 반수 석고나 무수 석고에 물을 첨가하면 쉽게 물과 결합하여 굳어지는 성질(이 때는 열이 발생) 활용하는 것이다.이 성질을 이용하여 골절상을 입었을 때 고정틀 역활을 하는 깁스용으로 사용된다.

먹는 광물 소금. 소금이 만든 Nature Wonders

소금은 사람이 직접 먹는 광물

기록상 BC6000경 루마니아 에서는 광천수를 끓여서 소금을 제조했고, 중국에서도 비슷한 시기에 유사한 방법으로 소금을 제조한 것으로 알려져  일찍부터 인간에게 필수적인 식품이었다.
고대 히브리, 그리스, 로마, 비잔틴에서도 소금은 귀중한 것으로 최대의 무역 상품이기도 했다.

Salary라는 말도 로마시대  병사들애게 소금을 구입하는 명목으로 급여를 지불한 데서 유래된 것이고, 사하라 이남 지역에서는 소금 덩어리가 화폐로서 사용되기도 했다.

소금은 음식물을 오래 보존하기위해,음식 맛을 내기 위해등 인간이 오래 전 부터 직접적으로 섭취해온 광물이다. Salad라는 것도 바로 소금에 절인 채소, Salami는 소금에 절인 고기라는어원에서 비롯된 것이다. 또한, 고대 이집트의 미이라 제작 과정에서도 부패를 막기기 위해 소금을 이용한 것으로 알려져 있다.

우리 역사에서도 부여,고구려의 고대사를 다룬 사극 '주몽'에서 등장하는' 연타발'이라는 소금 무역을 통한 토후세력으로 등장되기도 한 만큼 소금은 중요한 상품이었다.

소금은 화학조성은  NaCl 로 이중 sodium(나트륨)이 40%를 차지하는 데, 이 나트륨이 신경계통 과 근육의 기능을 활성화하는 역활을 한다고 한다.그러나 섭취량이 지나치면 성인병의 주범으로 되어있어 WHO(세계보건기구)일일 성인 권장양은 나트륨2,000mg이하,소금으로 환산하면 일 5g이하다.

소금을 얻는 방법은 크게 3가지로

1. 바닷물을 증발시켜 얻는 것(염전에서 얻는 천일염) 일반적으로 바다물에는 3.5%의 소금이 용해되어 있다.
2. 광물질이 많은 광천수로 부터 증발 혹은 끓여서
3. 암염(rock salt, 광물명으로 halite라고 한다)광산에서 채취.우리가 광물이라고 하는 것은 이 천연의 halite를 뜻한다

년간 세계 총 생산량은 2억톤에 이르고 이중 식용으로 약 6%만 소비되고 ,나머지는 산업등 기타 용도로 사용되고 있다.

소금이 만들어낸  경이로운 경관들

소금 호수 - 터키

필자는 지난 10월경 터키 여행 도중에 광활한 소금호수를 직접 보고 체험할 수 있었다. 소금호수라지만 광활한 소금 평원이었다. 우기에 비가 오면 부분적으로 얕은 염호가 생겨나 지만 대개는 끝이 안보일 정도의 평원으로 유지된다.

광물질 (Mineral)과 우리의 몸

'인간은 별의 먼 후손이자 지구의 자손'

태초에 하느님은 자신을 닮은 '아담'을 흙으로 빚어 만드셨다. 身土不二(신토불이), 몸과 흙은 다른 것이 아니라는 것은 지역 농산물을 마케팅하기 위해 흔히 쓰는 표현이다.

우리가 살고 있는 우주와 지구에는 기본 원소인 수소를 비롯, 현재 118가지의 원소가 알려져 있다.

반면, 우리의 몸은 대략 60여 가지 원소로 이루어져 있다. 그 중량 기준 구성비는 산소, 탄소, 수소, 질소 유기물 원소가 96%로 거의 대부분이고, 칼슘, 인, 칼륨, 황, 나트륨, 염소, 마그네슘, 붕소, 크롬, 코발트, 구리, 불소, 철, 망간, 몰리브덴, 셀레늄, 실리카, 주석, 바나듐, 아연 등 다양한 미량의 무기물(mineral)으로 이루어진 것으로 알려져 있다.

지각을 구성하고 있는 물질의 구성비가 우리 몸을 구성하는 물질이 동일 비율은 아니지만, 지각을 구성하는 8대 원소가 우리 몸에도 중요 구성 물질로 되어 있다.

광물의 특성 - 경도, 투명도, 광택, 빛의 굴절

경도

광물의 다른 특성은 단단함, 즉 경도이다. 보석류는 내구성을 요하기 때문에 경도가 높아야하고 조각용 재료일 경우에는 너무 단단하면 가공이 어렵고 또한 질감(toughness) 같은 특성이 요구 되기도 한다.

광물의 경도는 가장 무른 활석(talc)을 1로 하고, 가장 단단한 다이아몬드를 10으로 상대적 경도인 '모스 경도(Mohs)'로서 표기한다.

우리의 일상에서 자주 접하는 대표적인 광물로 구분하여 '1: 활석, 2: 석고, 3: 방해석, 4: 형석, 5: 인회석, 6: 정장석, 7: 석영, 8: 황옥(토파즈), 9: 강옥(코란덤으로 루비 / 사파이어), 10: 다이아몬드' 으로 표시하는데, 간단히 서로 긁었을때 스크래치가 나는 쪽이 상대 경도가 낮다고 말한다.

광물의 특성 - 색상

"광물은 아름답고 다채로운 색상을 갖고 있다."

이것이 광물 수집에서 핵심이자 매력이다. 광물의 색상은 흰색, 검은색은 물론 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보의 무지개 색을 포함한 팔렛트의 모든 색상을 카버할 만큼 아주 다양하다. 지면상 다 보여 줄 수 는 없지만, 몇가지 표본을 통해 그 아름다움을 엿보기로 하자.

순수한 석영은 무색투명하지만 (일반적으로 수정이라고 함), 다른 광물질이 내포되면 다양한 색상을 나타내게 된다.

옆의 사진은  석영(SiO2)내에 적철광(hematite, Fe2O3)이 내포되어 이렇게 붉은 빛갈을 띄게 되었다. Hematite라는 이름 자체가 희랍어로 붉다는 것에서 유래된 만큼 선사 이전 부터 붉은 색 안료로 동굴 벽화 등에 사용되었다.

광물의 특성 - 결정

광물은 결정(Crystal)을 이룬다

광물의 정의에서 광물은 원자배열이 규칙적으로 이루어진 고체라고 하였다. 원자배열이 규칙적으로 이뤄진다는 것은 결정화(crystallization) 됨을 의미하는데, 광물의 가장 중요한 특징이 바로 결정(crystal)이다.

pyrite,China (LC)

본인의 광물 수집품을 처음 접한 분들은 결정의 다양함과 아름다운 색상에 놀라워하고 자연의 예술에 감탄들 하신다.

정육각형의 노란, 표면이 거울처럼 매끈한 황철광(pyrite: FeS2)을 보면 금이 아닌지, 또 인위적으로 깍고 연마하고 광택을 낸 것이 아닌가하고 의구심을 갖고 조심스레 질문을 하는 경우가 많았다. 그래서 인지 황철광은 별칭으로 fool' gold라 불리우기도 한다.

결정은 엄연히 자연이 빚은 예술품이다.

이것이 수집가들의 수집 열정을 불러 일으키는 주요 요소다. 그러나 결정이 진행되는 과정은 복합적인 물리, 화학요소들이 얽힌 복잡한 현상이라 간단히 쉽게 설명하기란 대단히 어렵다.

광물은 어떻게 생성되는가?

지구 내부 구조의 이해

광물의 생성 조건을 이해하기 위해선 우리가 살고 있는 지구의 내부 구조를 이해하는 것이 필수적이다.

지구의 껍질인 지표와 지각(~150Km), 맨틀, 액체상인 내핵, 고체상태의 내핵으로 구성되어 있다. 지표(crust)는 대략 35km 전후이고 그 밑에 암석으로 이루어진 지각 까지는 대략 150km 전후이다.

그 밑에 반 액체상인 연약권,맨틀,액체상인 외핵,철과 닉켈로 이루어진 고체상의 내핵으로 구성되고 있을 것으로 알려져 있다.

우리가 살고 있는 지각은 10여개의 판으로 이루어져 있고 유라시아판, 인도판, 태평양판 등으로 맨틀 위에서 수평적으로 움직여 판끼리 부딪히거나 상대 판 밑으로 파고 드는 과정(섭입)에서 지진이 발생하고 열이 발생하여 암석이 녹고 축적된 스트레스가 지표의 취약부로 터져 나오는 것이 지진이나 화산 활동이다. 지금도 히말라야 는 아직도 융기중이고 환태평양대에는 많은 화산 활동이 있고 지진이 잦게 일어나는 이유다.

광물 (Mineral)이란?

'다이아몬드'도 광물이다.

취미가 광물 수집이라고 하니까, 대개는 수석을 떠올리거나, 일반적으로 철, 구리 등 제철 제련용의 못생긴 광석 (ore)를 떠올리지만, 다이아몬드, 루비, 사파이어, 에메랄드 등 보석도 바로 광물의 한 종류다.

대부분의 보석은 세련되게 연마하거나, 다듬어서 그 아름다움을 돋보이게 하는데, 이같은 가공 이전의 있는 그대로의 돌을 원석 (gem stone)이라 한다.

보석 중의 보석이라 할 수 있는 다이아몬드도 가공 이전의 원석은  그다지 아름답지 않지만, 장인의 손길을 거쳐 광채 찬란한 가장 인기 있는 보석으로 태어나게 되는 것이다.

킴벌라이트에 내포된 다이아몬드 원석

그러나, 어떤 원석들은 있는 그대로의 모습이 훨씬 아름다운 것들도 많다.

광물 수집가들이 가장  선호하는 것이 바로 이런 원석인 데 일반 광물과 구별해서 Fine Mineral (수집용 광물)이라 하는데 그 가치는 때로는 가공된 보석의 가치를 훨씬 능가한다.

과학 시간에 배운 지식을 잠깐 되 새겨 보면 물질의 기본 단위는 원자이고 동일 원자로된 물질을 원소 (element)라 하는데 수소, 산소, 질소, 철, 구리, 납, 금 등 지구와 우주를 구성하는 있는 물리적 특성이 다른 기본 물질을 말한다.

사실 학창시절 주기율표 외운다고 고생꽤나 했는데, 그때 알려진 원소가 103가지 였으나, 지금은 118가지로 알려져 있다.

광물 (mineral)은 지질 활동 즉, 화산 활동, 마그마, 변성, 퇴적 등에 의해 자연적으로 단일 원소 원자로 결합되거나 서로 다른 원소 원자가 화학 결합하여 물리적 화학적 특성이 동일한 균질의 결정화된 고체상태의 무기물을 뜻한다. (상온에서 액체 상태인 수은 등의 예외도 있다.)