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.

광물과 문명의 진화4; 철

청동에 이어 철의 등장은 문명의 진화에 가속도를 붙게한 인류의 생로운 이정표였다.철이란
소재가 없다면 현대 문명 조차 생각할 수 없다.철은 지구 지각에서 산소,규소,알미늄에 이어 흔한 원소이자 지구 중심의 내핵도 철로 이루어져 있다.그러나 금이나 구리와는 달리 원소철은 아주 드물다.이렇게 유용한 철이란 원소를 선사시대 장인들이 어떻게 찾아내게 되었고 더 나아가 이 우주에 어떻게 등장하게 되었는지 그 태생의 비밀도 함께 풀어 가 보기로 하자.

철의 탄생

137억년전 소위 빅뱅[big bang]이라 불리는 이해할 수 없는 특이한 사건을 통해 우리의 우주는 시작되었다.

사이언스2.0에서.빅뱅이미지

원자가 생겨나고 수소,헬륨을 비롯, 원소라는 가벼운 경원소들이 태어나

우주로 퍼져나가게 되었고 시간이 지나면서 이들이 뭉쳐져 별들이 태어났다.이들 별중에서도 태양보다도 월등히 큰 별들은 내부의 초 고온 고압 환경에서 핵 융합이라는 불이 붙게 되어 최초의 수소가 헬륨으로,수소가 소진되면 헬륨이 핵 융합 원료가 되어 리튬으로

이 같은 핵 융합이 지속되어  원자번호 26인 무거운 철이 생겨나면서 더 이상 핵 융합이 불가능해  별의 운명도 끝이 나게 되었다.철은 거대한 별의 마지막 종착역이자 그 재인 셈이다.3세대 별인 태양 정도의 별 규모로는 철을 만들어 낼 수 없다.거대 별의 마지막 단계인 철이란 재가 되면 초신성[super nova]이라는 대폭발을 통해 초기 원소를 비롯 철은 우주로 다시 퍼져 나가게 되고 이 단계에서 상상할 수 없는 고온과 압력으로 철 보다 더 무거운 중 원소들도 만들어져이 우주를 훨씬 더 다양한 물질 원소로 채웠다.

캡션 daily galaxy news에서.supernova이미지

이 새롭고 다양한 소재를 바탕으로 태양,지구를 비롯한 행성,소행성,혜성등 형제들이 함께 태어나게 되었다.

슈퍼 소재 철의 발견 일기

어느시대를 막론하고 인간의 역사에서 전쟁은 피 할 수 없는 숙명이다.인간의 역사는 도구 발명의 역사이자 재료 발명의 역사라 했다.전쟁의 승패를 결정할 수 있는 중요한 요소가 바로 무기의 수준이다.오늘 날에도 첨단 무기 개발에 국가마다 매달리고 ,국력을 쏟아 붓고 있는 데 ,강자 독식의 옛 시대에서는 강력한 무기 개발에 대한 동기는 대단했을 것이다.

이런 첨단 무기를 위한 소재 개발이 무기 뿐 아니라 문명의 진화에 기여했을 것이다.이미 구리,청동이란 소재를 광석에서 얻을 수 있는 기술을 확보한 장인들은 더 강력하고 풍부한 소재를 찾아 수 없는 시행착오를 거쳤을 것이다.이 과정에 어느 돌 보다도 단단하고 무거운 검은 색 돌 덩어리를 발견하여 두드려 보고 어떻게 해 보려했지만, 여의치 않자 그 동안의 경험을 살려 불을 이용 담금질 하는 과정에서 이용법을 터득하게 되었을 것이다.아마 이 검은 색 단단한 돌 덩어리는 철 운석이었을 것이다.

철 운석으로 빚어 낸 칼등의 무기는 기존의 구리나 청동제 무기와는 비교가 되지 않을 정도의 강력한 무기였을 것이다.실제 순수한 철의 경도는 그 다지 높지 않으나 철과 니켈이 혼재되고 대기권 통과시 고온 열처리된 운석철은 그 어떤 철 합금 보다 더 강할 수 밖에 없다.선사 시대에는 지금 보다는 비교적 많았겠지만,

철 운석은 흔한 것이 아니다.지상에 도달하는 운석중 겨우 5%에 지나지 않으니, 더 이상 자연의 철 운석으로 그 수요를 감당할 수 없게 되어 이전의 금속 재료인 구리,주석,아연,등에서 경험한 탐광,제련,야금 기술을 바탕으로 선사 대장쟁이 장인들은 드디어 철광석을 찾아내고 여기서 철을 뽑아내는 제철법을 익히게 되었을 것이다.이 제철법을 익힌 대장쟁이 장인들은 오늘 날의 기술자 보다는 비교도 안될 정도로 부와 권력도 거머쥔 대단한 실세였을 것이다.

철은 변신이 가능한 재주꾼

 오늘 날에도 여러 분야에 가장 널리 사용되는 금속 소재는 단연 철이다.건축물의 구조재로,

교량의 구조재,비행기를 제외한  각종 운송 수단 즉 선박,기차,승용차의 기본 소재로 산업용은 물론 일상 생활 용품에서도 단연코 가장 많이 사용되는 소재다. 값이 싸고 풍부한 소재이기 때문이기도 하지만 그 특성이 탁월한 소재이기 때문이다.충격에도 강하고 ,주조성도 좋고 박판,후판 ,철사,빔등 어떤 형태의 용도이든 잘 소화해 내는 재료이다.단지 문제라면 쉽게 녹이 쓰는 문제와 타 금속 소재에 비해 무겁다는 정도이다.그래서 무게가 중요한 비행기 소재로는 애초 부터 제외 되었다.원소 기호 26인 철은 화학적으로 안정적 전자수인 18을 넘는 8개의 전자 주개 원소인 데,8개를 동시에 받아 줄 전자 받개 원소는 없어,오히려 무척 융통성이 많은 원소이다.그래서 전자 2개를 내어 주고 +2Fe 이온이나,3개를 내어 주고 +3Fe이온으로 다양한 원소와 결합할 수 있기 때문이다.지각에서는 자연철은 귀하지만 타 원소와는 달리 금속 결합이 쉽게될 수 있는 장점을 갖고 있기 때문에 ,지구 내부 핵중 외핵은 액체 철로 되었고 내핵은 고체 철로 될 수 있었다.[금속화된 철은 무겁기 때문에 내부로 가라 앉게 되었다.].순수철은 단단하지 않고 녹도 잘 쓸지만 다양한 원소와의 합금으로 이런 결점들을 다 해결할 수 있다.제철 과정에서[코크스 나 숯].탄소의 함량 조절을 통해 다양한 특성으로 변화 시킬 수 있고.또 열처리 방법에 의해 그 강도도 조절할 수 있어 공구나 칼등 내구성을 요구하는 소재로도 변신 할 수 있다.단지 최대 약점인 산화에 의한 녹 발생은 구리나 알미늄등은 산화가 되어 막이 형성되면 더 치밀한 보호막이 형성되어 더 이상의 부식이 일어나는 것을 막아 주는 데 비해 ,철은 산화되면 그 산화물 자체의 부피가 원소재인 철 보다 커져 보호막 역활을 하지 못하고 본 소지에서 벗겨져 나가  지속적으로 산화가 계속되는 문제가 있다.그러나 이런 문제 역시 니켈등과의 합금으로 스테인레스강이라는 녹 쓸지 않는 소재로 변신도 할 수 있다.한 마디로 상황에 맞춰 변신이 가능한 재주꾼이다.

다양한 모습의 철 내포 광물들

1.침철석[goethite]

침상결정이 방사형으로 구를 이룬 것.민자연사 소장

표면에 무지개색 훈색 표본.민자연사 소장

2.적철석[hematite]

자철석이 적철석으로 치환.민자연사소장

어란상.민자연사 소장

적철석이 내포된 자수정[붉은색은 내포된 적철석 때문].민자연사 소장

3.황철석[pyrite];일명 fool's gold

황철석위에 수정 결정.민자연사 소장

황철석으로 치환된 암모나이트 화석.민자연사 소장

4.능철석[siderite]

인회석과 공생한 능철석.민자연사 소장

능철석 볼.민자연사 소장

위 사진으로 소개한 몇 가지 외에도 보석 처럼 아름다운 철 내포 광물도 있고 철이 내포된 광물의 모습은 ,변신의 재주꾼 덕택에 다양한 쓰임새에 못지 않게 정말 다양하다.
이번 글로서 광물과 문명의 진화 시리즈는 끝을 맺는다.

광물과 문명의 진화3 ;청동과 황동

인간의 역사는 도구 발명의 역사이자 재료 발명 역사라 하였다.석기 시대를 거쳐 어떻게 인간은 청동기 시대를 열어 갈 수 있었을까?조가비,동물의 뼈,특히 흑요석을 비롯한 돌등
자연물을 쓰임새에 맞게 끔 적당히 가공하는 차원과는 달리 금속을 이용하기 시작한 것은
기술적 차원에서 엄청난 비약이 필요하다.잠시 타임머신을 이용해서 선사시대 조상들이 어떻게 그 어려운 과제를 풀어냈는지 여행을 가보자

자연 상태 금속의 발견

구석기를 거쳐 보다 진화된 신석기 시대를 열어간 인간들이 더 좋은 도구를 개발하기 위해 새로운 소재를  찾는 노력을 하는 과정에 자연 상태의 금속을 발견하게 되었을 것이다.

그 중에서도 아마 자연금이 먼저 발견되고 이용되었을 것이다.

석영맥에서 성장한 자연금.미국 캘리포니아.민 자연사 

자연금,호주,민 자연사

금은 대개 자연금[노다지] 상태로 산출되고 금속 중에서도 빛깔이 단연 돋 보여 아름답기도 하지만 굳기도 물러 가공도 쉽고 또 변치 않는 장점을 갖고 있기 때문이다.이러한 금에 대한 인간의 사랑은 세계 어느 곳,어느 시대를 막론하고 오늘 날 까지 변함이 없다.이렇게 금 이라는 금속을 찾아내고 활용한 인간들은 금과 유사한 아름다움을 지닌 자연구리를 또 찾아내게 되었고 가공하기도 좋고 굳기도 금 보다 더 단단해서 도구로서는 더 적합한 재료였다.

자연 구리,미국 아리조나,민자연사

또 희귀한 금 보다는 양적으로 훨씬 풍부한 금속이어서 사냥도구로,무기로,장식품으로 다방면으로 활용하게 되었을 것이다.선사시대를 대별할 때 석기,청동기,철기 시대로 구분하지만, 엄격히 청동기 이전에 동기 시대가 먼저 있었다.

청동기 시대는 어떻게 시작 되었을까?

금과 구리라는 금속의 좋은 점을 알게되어 그런 자연 금속재료가 발견된 지역은 물론  인근 지역을 거쳐 사용하는 지역이 점진적으로 확산되어감에 따라 자연에서 산출되는 구리로는 수요를 감당할 수 없게 되었을 것이다.그래서 당시 장인을 중심으로 이의 대체재를 찾는 데 온갖 힘을 쏟아 구리 성분이 많이 함유된 광석을 찾아 냈을 것이다.광석을 찾아내는 그 자체도 쉬운 것이 아니다.오늘날에도 함량이 충분한 상업적 가치를 지닌 광석,광상을 찾기 위해 첨단 기술과 장비를 사용해도 어려운 데 ,그 당시에는 자연금이나 자연구리가 가진 금속 광택과 특징이 유사한 광석들을 찾아내기 위해서는 엄청난 관찰력과 끈기를 가져야만 했을 것이다.그리고 불을 이용해 이 광석들을 녹여보는 과정에서 새로운 금속재료를 발견 했을 것이고 그것이 구리보다도 훨씬 단단하고 유용한 재료라는 것을 알게 되었을 것이다.

이 새로운 금속재료는 청동[Bronze ; 구리와 주석의 합금]으로 절대 굳기는 구리에 비해 2배가 넘고 주조성도 훌륭해 다양한 형태로 청동기 시대라는 한 차원 높은 새로운 문명을 열어가는 주인공이 되었다.[BC 3,500년 경]

돌에서 금속으로  ;   청동과 황동

지각을 구성하는 바위나 돌은 금속이나 비금속 원소등이 화학적[산화,황화,탄산염,규산염,황산염등]으로 결합한 광물들의 집합체이다.주위에 지천으로 널린 것이 돌 ,바위이지만 원하는 금속 원소를 뽑아 내기 위해서는 그 함량이 특별히 높은 돌[광석]을 찾아 내는 것이 필요하다.이런 광석이 집중된 곳을 광상이라 하고 채굴하는 곳이 광산[Mine]이다.이 광산에서 채굴한 돌[광석]에서 금속을 뽑아 내기 위해서는 최소 섭씨 1,000도 이상으로 온도를 올려서 돌을 용융시키는 기술이 필요하다.다른 동물과 달리 인간은 일찌기 불을 발견하고 이용할 줄 아는 원천기술이 있었기 때문에 이것이 가능했다.오늘날 제련기술도 돌에서 금속을 추출해내는 기술인데 용광로를 이용 돌을 녹이고 고온 환경에서 환원,산화 원리를 이용하는 것이다.그 당시 대장쟁이 장인들도 원시 용광로 형태의 가마를 이용했을 것이다.

그러나 광물의 종류에 따라 화학 결합의 정도가 달라 제련 자체가 상당히 어려울 수 있다.

지각에서 가장 흔한 금속 원소인 알미늄의 경우 근세인 나폴레온 시대 만 해도 제련 비용이 비싸 손님 접대시 그 중요도에 따라,은 접시,금 접시.가장 귀한 손님의 경우에 알미늄 접시를 사용했다는 일화가 있을 정도이다.이 정도로 제련 기술이 단순하지 않다는 것을 의미한다. ,더군다나 합금 기술은 오늘날에도 어려운 기술인 데,선사 시대에 제련은 물론 합금기술을 어떻게 터득했는지 수수께끼일 수 밖에 없다.구리의 주요광석인 황동석[Chalcopyrite;CuFeS2]이나 주석광인 석석[Cassiterite;SnO2]같은 광물은 납,베릴,리튬,금,은등이 함께 포함된 광물등과 함께  산출되는 경우가 많고 때로는 운좋게 한 돌덩이에 함께 포함된 경우도 있을 수 있다.

황동석,포르투갈,민 자연사

석석,중국,민 자연사

이런 광석을 녹여 제련하는 과정에 절로  원시 청동이 얻어지게 되고 ,이 것을 재현하고 탐구하는 과정에서 경험적으로 구리광과 주석광을 적절히 혼합하여 원시적인 청동을 얻게 되었고 기술의 발전에 따라 구리와 주석을 따로 따로 추출해서 적절히 혼합 비율을 조정하여 특성이 우수한 청동을 얻을 수 있는 기술을 터득하게 되었을 것이다.

섬아연석 과 석영,중국,민 자연사

이후 아연광인 섬아연석[Sphalerite;ZnS]등을 이용

아연광의 일종인 스미스손 나이트[ZnCO3],나미비아,민 자연사

황동[Brass; 구리와 아연의 합금]도 만들어 내어[BC 500년 경] 청동기 시대의 문명은 더욱 발전하게 되었다.이 과정에서 지역간 광석 무역도 활발해져 문명의 전파 속도가 가속화 되었다고 본다.

청동기 시대를 연 기술혁신의 요체는?

정리하면 첫째 ,인간이 불을 이용할 줄 알았다는 것,둘째 청동기 문명의 발상지는 구리 관련 광석이 풍부한 곳,미케네 문명으로 알려진 곳도 현재 Cyprus 인근 지역인 데 이름 어원 자체가 구리가 나는 곳이이라는 뜻이다.세째 뭐니 뭐니해도 바로 자연을 깊게 관찰하고 끈기있게 시행 착오를 통해 새로운 기술을 찾아내는 원동력인  인간의 호기심과 탐구심이 아닐까 한다.

마이다스[Midas]의 손은 그저 신화속 이야기만은 아니다.

각 나라마다,또 각 지방마다 특이한 신화도 많고 구전되어 오고 있는 설화도 많다.냉정히

과학적으로나,이성적으로는 납득이 되지 않는 비 현실적인 이야기들이다. 그러나 많은 경우

완전히 허무맹랑한 이야기가 아니라 어느 정도 사실에 근거를 두고 좀 뻥튀기하여 재미있는 이야기거리로 만들어진 경우가 많다고 본다[필자 생각].신화속의 마이다스왕의 손이 닿으면 모든 것이 황금으로 변한다는 이야기도 어느 정도의 실체가 있는 것이라고 보고 있다.

마이다스왕은 BC3,000년 경 터키에 있었던 프리기아 왕국의 두번째 왕으로 실존 인물이라고 한다.과학적 분석 기술이 없었던 고대에는 누렇게 보이는 금속은 금으로 오인할 수도 있었다.금 보다 더 금 같은 광물로는 번쩍이는 노란색 황철석이 대표적인 데 그래서 별칭으로 Fool's Gold라 불리기도 한다.

황철석과 수정,중국,민 자연사

또 황철석 못지 않게 더 금 같은 금속으로는 황동석[

Chalcopyrite ;CuFeS2]인데 구리의 주요 광석이다.

황동석 과 방연석,포르투갈,민 자연사

이 황동석은 섬아연석[Sphalerite ;ZnS]같은 광물과 함께 산출되는 데 이것을 함께 제련하면 황동[Bronze; 구리와 아연의 합금]이라는 합금이 될 수 잇는 데 이것은 금 만큼 광택을 가진 멋진 금속이어서 도구 장식품등 다방면에 활용될 수 있는 금속이다. 바로 이런 광물이 이 마이다스의 왕국에서 많이 산출되어 

금이 온 사방에 널린 곳으로 전해져 만들어진 이야기가 아닌가 한다.우리 나라에서는 안성맞춤으로 유명한 유기 그릇이 바로 놋쇠라 불리는 황동으로 만들어진 것이다.신화 때로는 구약 성서 ,설화등을 토대로 유익한 사실들을 밝혀 낸 경우가 많으니 그저 아야기로만 흘릴 것이 아니라 중요한 정보의 원천으로 삼아 대박을 터트릴 수 도 있다.- 금회 끝-

인류의 영원한 베스트 셀러 "금"이야기

황금의 꽃,Eagle Nest 광산,캘리포니아,미국

하얀 차돌위에 핀 "황금의 꽃"은 지구라는 연금술사가 빚어낸 자연산 금의 특이한 결정이다.이런 특이한 금은 광물 수집가들의 로망이기도 하다.금은 화학적으로 안정되어 있기 때문에 자연금 형태로 광석에 포함된 미량을 제련하거나,모래에 숨어있는 사금을 채취하는 것이 일반적이다.

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.