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.)