비트코인보다 낫다? 원자번호 79번, 어떻게 만들어질까

2017년 11월 23일 22:00

 

욕망의 광물, 황금빛 금광은 어떻게 만들어질까 - GIB 제공
 - GIB 제공

핵폭탄의 원료가 되는 우라늄보다 무서운 원소가 있다. 인간을 욕망의 화신으로 만들었으며, 때로는 전쟁으로 몰아넣었다. 그 주인공은 원자번호 79번, 바로 금이다. 고대부터 많은 연금술사가 금을 만들기 위해 시도했지만 성공했다는 기록은 없다.

 

양자 물리학적으로 핵을 이해하게 되고 이를 다루는 기술이 발달하면서 이제는 인위적으로 양성자 수를 조정해 금을 만들 수 있다. 하지만 그 과정에서 막대한 에너지가 필요하며, 이를 제어하는 설비에 엄청난 비용이 든다. 그러고도 생산 가능한 금의 양과 비교하면 가성비는 크게 떨어진다. 결국 금을 확보하기 위해선 여전히 땅 속에 묻혀있는 새로운 금맥을 찾는 게 가장 확실한 방법이다.


그런데 아프리카와 남아메리카 대륙에 걸쳐 분포하고 있는 금맥의 형성 과정은 여전히 과학적으로 명확히 밝혀지지 않았다. 마그마가 분화하면서 주변 암석층과 반응하며 특정 광물 층을 형성하는 데, 이때 황금빛 금광으로 변성되는 조건은 알지 못하는 것이다.


금의 기원과 생성 과정을 밝히기위해 학계에선 지구 내부 지질작용으로 자체적으로 생성된 경우와 우주로부터 전달됐을 가능성을 모두 염두에 두고 연구를 이어가고 있다.


● 2억년 전 깊은 맨틀 상승때 함께 올라온 금 입자 찾다


최근 깊은 맨틀층의 움직임으로 금광이 생성될 수 있다는 실마리를 찾은 연구가 나왔다. 스페인과 칠레, 프랑스 등 국제 공동 연구팀은 깊은 하부맨틀이 상승할 때 여러 금속층이 형성된 다음, 압력과 온도 조건이 갖춰지면 금광으로 변한다는 두 단계 가설을 세웠고 이에 대한 증거를 찾았다고 지난 10월 21일 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 밝혔다(DOI: 10.1038/s41467-017-00821-z).


스페인 그라나다대 광물학과 곤잘레스 짐러레즈 교수는 “대륙지각 밑으로 70㎞, 해양지각 아래로 17㎞ 정도가 인간이 여러 장비를 통해 구성을 확인할 수 있는 한계점”이라며 “결국 지질 작용을 통해 마그마가 분출될 때 나오는 물질을 분석해 이보다 더 깊은 지구 내부의 상태를 추정한다”고 말했다.


그는 “깊은 맨틀에서 올라온 암석 속에 머리카락 두께의 금 입자가 포함된 것을 확인했다”며 “금 생성과정을 밝힐 중요한 단서”라고 강조했다.

 

아르헨티나 파타고니아지역(왼쪽 빨간 사각형 부분)과 거기서 2억년전 지질활동으로 발생한것으로 추정되는 암석에서 금이 포함된 것을 발견했다. - Granada University 제공
아르헨티나 파타고니아지역(왼쪽 빨간 사각형 부분)과 2억년 전 지질활동으로 발생한 것으로 추정되는 암석에서 금이 포함된 것을 발견했다. - Granada University 제공

지구 내부는 크게 지각, 맨틀, 핵 등 세 가지로 구성된다. 지각과 핵 사이에 있는 맨틀은 정지해 있지 않고 이동하며, 맨틀의 대류라 불리는 이 현상으로 지각판은 끊임없이 움직이게 된다. 연구팀은 남아메리카 지역에서 처음으로 보고된 금광이 위치한 아르헨티나 파타고니아 남부 넓이 6만㎢ 지역의 지질 생성 과정을 재조사했다.


그 결과 고생대 때인 1억 8000년에서 1억 4000만년 사이 지금의 아프리카와 남아메리카가 합쳐져 있던 대륙이 둘로 쪼개질 때 맨틀의 이동이 발생했고, 이때 분출한 마그마와 함께 나온 암석에서 금을 찾아냈다. 이는 지각 인근에서 금맥이 형성됐다는 기존의 가설과 반대되는 것이다.


칠레대 지질학과 산티아고 테사라 교수는 “현재는 지각 바로 아래나 지각과 가까운 맨틀지역 주변에서 특정 조건에 의해 금이 생성됐다는 설이 유력했다”며 “하지만 (이번 발견으로) 깊은 하부맨틀에서 금맥 층이 형성된 다음, 지질작용을 거쳐 올라왔다는 가능성도 배제할 수 없게 된 것”이라고 설명했다.


● 모든 생명체의 기원이 우주였듯 금도 우주에서 왔다?


빅뱅이론에 따르면 138억년 전 대폭발로 수소와 헬륨이 생겼다. 이후 생명체의 기본 물질인 탄소나 산소 등 무거운 원소는 별이 탄생해 진화하는 과정에서 고온과 압력이 작용해 생성됐다. 학계에선 금이나 우라늄 처럼 무거운 원소는 외계의 별이 소멸하거나 합병될 때 지구로 일부 전달됐다고 추정하고 있었다.

 

 2016년 3월, 미국 미시간주립대 핵이론물리학과 윌토드 나자레위츠 교수는 학술지 피지컬 리뷰 레터스에 실은 논문에서 “초신성폭발, 중성자별 충돌과 같은 우주 현상이 일어날 때 금과 같은 무거운 원소가 방출된다”며 “이 같은 과정으로 일정량의 금은 외부에서 왔을 수 있지만 확인할 길이 없다”고 밝힌 바 있다.

 

그런데 중성자별이나 블랙홀의 합병과정에서 나온 중력파가 발견되면서 이런 가정을 뒷받침하는 근거들이 제시되고 있다. 미국 캘리포니아대 물리천문학과 다니엘카슨 교수팀은 2015년 8월 태양질량의 1~2배가량의 두 중성자별이 충돌할 때 나온 중력파 등 수 년간 별의 합병과정을 분석해, 충돌하는 짧은 순간 금과 백금 원소 등이 우주로 방출된 것을 확인했다고 지난 10월 16일 학술지 ‘네이처’에 발표했다.


카슨 교수는 “별의 충돌이나 폭발로 생기는 금속 등의 물질이 우주에 구름처럼 넓게 퍼져 있다”며 “가능성은 낮지만 이런 것들이 과거부터 지구에 전달돼 쌓인 뒤 지구 내 지질학적 활동으로 특정 깊이에 묻혔을 수도 있을 것”이라고 말했다.

 

 

두개의 중성자별이 충돌한 직후 잔해가 퍼지며 구름형태를 이루는 모양을 상상한 그림 - Nasa 제공
두 개의 중성자별이 충돌한 직후 고온, 고밀도의 상태에서 잔해가 퍼지며 구름형태를 이루는 모양을 형상화한 그림이다 - NASA 제공

 

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