광물 이야기

다이야몬드는  영원하다.

다이아몬드 공급 및 유통시장을 절대적으로 장악하고 있는 드비어스 사의 마케팅 슬로간이다.세상의 모든 물질중 가장 단단한 물질이면서 변하지 않는 아름다움으로 영원한 사랑을 의미한다.다이아몬드는 희랍어로 정복되지 않는다는 뜻의 그리스 어원 adamas 에서 기원했는데 이는 가장 단단한 물질이라는특성에서 비롯된 것이다.
상대적 경도를 기준으로talc을 1,석고2---- 루비,사파이어가9, 다이아몬드가10으로 가장 단단한 물질이다.절대적 경도 기준으로 보면 상대 경도 9인 루비에 비해 4배나 단단한 월등하게 단단함을 자랑한다.고대 문명에서도 다이아몬드는 알려져 있었지만,가공하기도 어렵고,루비나,에메랄드등 유색 보석에 비해 그다지 아름답지 않았기 때문에 그다지 관심을 끌지 못했다.사실 잘 가공되지 않은 원석 다이아몬드는 그다지 아름답지 않다.1866년 남아프리카 kimberley 인근지역에서 Erasmus Jacobs라는 15세소년에 의해 21.7carat의 매우 반짝이는 돌이 발견되어 세상에 알려지게 되었다.

그림1.마그마챔버에서 직접 지표로 연결되는 킴벌라이트 파이프
이 파이프가 다이아몬드 광상.3톤에서 1carat[0.2g]정도 산출

영화 "잃어버린 세계를 찾아서[journey to the center of the Earth]"지하 깊숙한 곳에서 맞딱드린 벽에 번쩍이는 다이아몬드에 놀라는 장면

이후 이 kimberley 에서 다이어몬드가 상업적으로 대량 채굴되어 보석중의 보석의 위치를 차지하게 되었다. 여기에는 20세기 초 다이아몬드의 아름다움을 극대화할 수 있는 브릴리언트 컷이라는 58면cut 세공 기술이 개발된 것도 중요한 계기가 되었다.다이아몬드는 가장 단단하다는 특성외에 빛의 굴절률[2.42]이 아주 높기 때문에 컷트면이 많을 수록 오색 찬란한 아름다움을 살릴 수 있기 때문이다.다이아몬드의 품질 평가 기준으로 4C- 자연 요소인carat,clarity,colour,인공요소인cut-꼽는 이유다. 킴벌리 광산은 "the big hole"이라는 별명을 가진 다이아몬드를 가장 많이 생산한 광산으로 기록되고 있다. 지금은 이웃 앙골라,자이레,탄자니아,남미의 가이아나,베네주엘라,러시아,오스트레일리아,보르네오, 최근에 중국의 후난성에서도 생산이 되고 있다.얼마전 ,레오나르도 디카프리오가 열연한"Blood Diamond"의 주 무대인 시에라리온,라이베리아등에서도 많은 양이 채굴되고 있다.특히 이들 지역은 정부와 반군들이 무기를 구입하는 큰 자금줄인 다이아몬드를 둘러싸고 치열한 싸움을 벌리고 또 이렇게 얻은 무기로서 수 많은 무고한 사람들이 목숨을 잃게되는 대상이기도 하다.
현재 컷트 기준으로 200만 캐럿[0.2g]정도 공급이 되고 있다니 ,귀한 물질 기준으로 보면 상당한 양이 공급되는 셈인데 ,다이아몬드를 향한 인간의 소유욕구로 수요가 그 만큼 많다는
이야기다. 필자의 돌아가신 어머니도  검소한 생활 습관이 몸에 베인 분 이었지만, 평생 소원중의 하나가 다이아몬드 가락지를 끼워보고 싶다는 것이었으니 ,이해가 되는 양이다.

다이아몬드는 어디에서 발견되나?

 다이아몬드는 순수한 탄소로 이뤄진 결정체다.동질 이상체인 흑연이 점토를 섞어 연필심으로 사용하는 부드러운 물질인 데 반해 세상에서 정복할 수 없는 단단한 물질이 되었는지 ?

그 생성의 비밀을 알아보자.고온,고압이 생성의 조건이다.현재 까지 알려진 학설로는 지하 150Km의 마그마 속에서 최소 온도 섭씨 1050도 이상의 고온에서 생성될 수 있다.

압력 기준으로 환산하면 52,777kg/cm2이라는 상상할 수 없는 연옥의 조건이다.지하 깊숙한  마그마의 바다에 둥둥 떠 있는 것이라 상상하면 된다.이런 조건이니 지상에선 당연히 귀 할 수 밖에 없다.지하 깊숙한 마그마가 지상으로 분출될 수 있는 경우는 화산 폭발에 의한 경우가 있지만, 이런 조건에서는 발견되지 않고, 

첫째[그림2의 1],마그마가 압력에 의해 급속히 지각의 틈새로 올라오는 파이프 형태의 초록색 빛을 띄는 킴벌라이트라는 암석에 점점히 섞인 형태로 발견된다

킴벌라이트 표본.민자연사 소장 .

8면체 다이아몬드 원석

.이런 파이프가 형성된 지역이 바로 다이아몬드 주 광상이다.둘째[그림2의2],해양지각판이 대륙 지각판 밑으로 미끌어져 들어가는 섭입이 일어나는 곳[높은 온도와 압력이 발생]에서 생길 수 있다.세째[그림2의3],소행성이 지상에 충돌할 때  충돌압력과 고온이 발생하여 다이아몬드가 생성될 수 있다.실제 미국 아리조나주에 있는 가장 보존이 잘되어 있는 운석 충돌 분화구인 베린저[Barringer Crater;종전 Canyon Diablo] 는분화구 주변에서 이를 실증하는 다이아몬드가 발견되었다.

베린져 운석 분화구.50,000년전낙하충돌.직경1.2km깊이170m

네째[그림2의4],지상에 떨어진 운석내 소량이지만 다이아 몬드가 포함되어 있다.대개의 운석은 태양계와 지구가 형성될 때 생긴 것인 만큼,지구 이전에 우주에 이미 존재했던 물질이라는 것을 증명한다.

canyon Diabblo운석 파편.다이아몬드가 미량 포함.민자연사 표본

그림2.다이아몬드가 생성되는 조건들

우주에는 다이아몬드가 널려있다?

몇년전 미우주항공국 NASA에서 다이아몬드행성이 발견했다고 해서 세간의 이목을 집중시킨바 있다.우주 광물학자들의 연구에 의하면 우주 최초의 광물이 바로 다이아몬드일 것이라고 추정하고 있다.수소원자들이 뭉쳐 수소핵융합의 불을 붙혀 별이 태어나고 ,최종적으로 소멸해가는 과정에서 태양보다 큰별이나,연성의 경우 초신성 폭발[슈퍼노바]로 별의 일생을 마감하는 경우가 있다. 이때 초고압과 온도 조건에서 현재의 모든 자연계 원소들이 생겨났다.이 초신성 폭발 이후 탄소 농도가 높은 우주의 어느 한 곳에서 온도가 냉각됨에 따라 미세한 다이아몬드가 형성되어 옅은 안개처럼 존재했을 것이라 추정하고 있다.

이 뿐만 아니라 ,별의 일생 과정에서 우리 태양도 현재 코아의 수소를 핵융합하는 젊은 별[주 계열성별]이지만, 앞으로 50억년이 지나면 ,코아의 수소는 고갈되어 외부에 존재하는 수소핵융합 반응으로 적색 거성으로 바뀌게 된다. 이때 현재 지구도 적색거성이 된 태양속으로 삼켜지게 된다.이후 수소핵융합의 결과물인 헬륨을 순식간에 태워[hellium flash] 최종적으로는 탄소 덩어리인[산소도 포함] 백색왜성으로 변하게 된다. 이 백색왜성이 아마도 다이아몬드로 이뤄졌을 것이라는 가능성이 제기[?]되고 있다.

별의 크기에 따라, 별의 마지막은 블랙홀,중성자별,백색왜성으로 된다고 하니, 우리가 상상할 수도 없는 수천억개의 별중에 많은별들이 백색왜성으으로 될 가능성이 높으니 우주에는 다이아몬드가 널려있을 수 있다고 할 수 있다.현재 비교적 가까운 시리우스B,프로키온B가 백색 왜성이다.그러나 인간의 역사는 우주의 장엄한 역사에 비해 찰나중의 찰나에 지나지 않으니 거저 그렇수 있다는 것이지, 현실에는 아무런 영향이 없다고 할 수 있다.가장 가까운 별중의 하나인 시리우스만 해도 몇 광년[빛의 속도로 1년 걸리는 거리;약 10조km]이 걸리니 현재 인간의 기술로는 도달할 수 없는 거리다.그러니,다이아몬드가 우주에 아무리 널려 있다고해도 현재 우리가 살고 있는 지구상에서는 귀하고 귀한 물질일 수 밖에 없다.

참고문헌; 지구이야기[로버트헤이즌],위키피디아,7000years of jewellery.