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킴버라이트와 다이아몬드

김규한 이화여자대학교 과학교육과 명예교수(topgolf1@daum.net) | 기사입력 2025/07/08 [15:27]

킴버라이트와 다이아몬드

김규한 이화여자대학교 과학교육과 명예교수 | 입력 : 2025/07/08 [15:27]

 

보석(寶石)에는 다이아몬드, 루비(붉은색 강옥), 사파이 어(푸른색 강옥), 에머랄드(녹주석), 토파즈(황옥), 가넷(석류석), 토르마린(전기석), 아쿠아마린(녹주석), 페리 도트(감람석), 메노우(옥수), 애듀라리아 문스톤(정장 석), 저-콘, 오팔, 칼세도니, 터키석, 로도나이트, 안달루 사이트, 자수정, 호안석, 호박 등 아름다운 보석이 수없이 많다. 그중 지구 최고의 보석(寶石)은 다이아몬드(Diamond)다. 이들 일부 보석은 월별 탄생석으로 지정하여 보석의 의미와 가치를 더하고 있다. 다이아몬드는 4월 탄생석으로 순결과 고귀함을 상징하고 있다.

 

보석의 매력은 아름다운 색상과 현란한 광택에 있다. 눈이 부시고 희귀하고 고가인 광물 결정이어야 할 것 같다. 보석을 소유하면 행복하고 희망이 샘솟고 재물이 들어오고 악귀가 물러나고 행운이 함께하기를 희망할 것이다. 보석의 신비함에 때로는 종교적 색채를 띠기도 한다. 물론 모든 사람의 부러움을 사고 누구나 욕심 차게 갖고 싶어야 할 것이다. 다이아몬드는 왜 지구 최고 보석으로 보석의 여왕이 되었을까? 다이아몬드는 왜 여인의 꿈이 되었을까? 또 다이아몬드는 어디서 어떻게 만들어질까에 대한 궁금증이 더하여진다.

 

최근 발견되고 있는 천연 다이아몬드는 지질학적으로 10~35억 년 전 약 150~250Km의 깊은 땅속 지구 맨틀에서 만들어졌다. 맨틀에서 만들어진 킴버라이트(kimberite)라는 화성암 속에서 다이아몬드 결정이 발견 된다. 제주도의 현무암처럼 검은 돌 킴버라이트 암석이 아름다운 보석 다이아몬드를 잉태하고 있다. 킴버라이트라는 암석 이름은 남아프라카 킴벌리(Kimberley)라는 마을지명에서 유래하였다. 다이아몬드는 지표나 지각 환경에서는 만들어질 수가 없다. 고온(1,300~1,650℃)과 고압(60~80kbar)의 깊은 지구 맨틀에서만 만들어질 수있다. 지구 심부에서 만들어진 암석이 지표로 분출해 풍화 침식과정에서 킴버라이트 암석에 들어있던 다이아몬드가 분리되어 지표에서 발견된다.

 

남아프리카 대륙은 지구 최대의 다이아몬드 생산지이다. 왜냐하면 남아프리카 지역은 지질학적으로 지구 맨틀에서 만들어진 다이아몬드를 함유한 킴버라이트라는 초염 기성 암석이 파이프형으로 지표까지 올라와 여러 지역에 노출되어 있기 때문이다. 또 킴버라이트 파이프를 통하여 지표에 올라온 다이아몬드 결정이 들어있는 킴버라이트 암석이 지표에서 풍화되어 이 지역 하상 퇴적층에서 쌓여 사광(砂鑛)으로도 다이아몬드가 개발되고 있다.

 

특히 옛날 해안선이었던 고기 하성층에서 다이아몬드 결정이 많이 발견되고 있다. 원주민들이 밀림 지역 개울 퇴적층에서 소쿠리로 다이아몬드를 걸러 찾아내고 있는 장면을 자주 접한다. 17세기 영국지질학자가 지질답사차 말을 타고 남아프리카의 어느 촌락을 지날 때 꼬마들이 나무 그늘 밑에서 공기놀이를 하고 있었는데 그 공깃돌이 모두 다이아몬드였다는 일화가 있다.

 

각종 아름다운 보석은 스리랑카, 콜롬비아, 브라질 등에서 많이 산출되고 있다. 그중 다이아몬드는 남아프리카 공화국 킴벌리 지역의 킴벌리 광산, 프리미어(Premier) 광산, 핀쉬(Finsch) 광산 등이 세계적으로 유명하다. 그외에도 러시아의 야쿠츠크(Yakutsk) 지역의 미르 파이프(Mir Pipe) 광산, 미국 콜로라도의 켈세이 레이크(Kelsey Lake) 다이아몬드 광산, 인도의 데칸고원의 골콘다(Golconda) 광산 등이 잘 알려져 있다.

 

지구 최고의 보석인 다이아몬드는 기원전 7~8세기경 인도의 드라비다족이 보석으로 처음 사용했다는 기록과 Manlius (AD.16)가 처음 사용했다는 보고가 있다. 여인의 꿈 다이아몬드는 그리스어로 adamas (정복할 수 없는, 무적이라는 뜻)에서 유래한다. 다이아몬드는 정팔면체 결정형으로 아름답고 현란한 광택, 굳기, 휘귀성 때문에 예로부터 가장 인기 있는 보석으로 알려져 왔다. 다이아몬드는 순결과 고귀함을 상징하여 결혼 예물과 부의 상징으로 널리 사용되고 있다.

 

지금까지 세계 최대 크기의 다이아몬드는 컬리넌 다이아몬드(Cullinan Diamond)로 1905년 남아프리카공화국 프리미어 광산에서 발견된 것이다. 원석의 무게가 3,106캐럿(621.35g)이며 절단한 컬리넌 1(530.2 캐럿)이 Tower of London에 보관되어 있다. 2017년 최고가의 다이아몬드는 59.6캐럿(11.92g)의 핑크스타(Pink Star) 다이아몬드로 홍콩 경매시장에서 US 71.2 백만 달러 우리 돈 약 800억 원에 경매되었다. 

 

다이아몬드는 탄소(C)로 되어 있다. 같은 탄소로 되어 있는 흑연은 검은색이고 다이아몬드는 투명하다. 결정구조의 차이 때문이다. 결정구조와 물성의 차이로 흑연과 다이아몬드는 용도가 크게 달라진다. 흑연은 연필심이나 윤활제, 탄소전극 등으로 사용되며 다이아 몬드는 보석으로나 공업용으로 많이 사용된다. 다이아몬드는 탄소의 결정체로 열전도, 녹는 온도, 굳기가 지구상의 물질 중에 가장 높다. 고온 고압실험실에서 다이아몬드를 만들 수 있다. 인조다이아 몬드는 산업용으로 연마제, 톱, 굴착기, 절연제, 광학, 전자산업 등에 사용되고 있다. 천연 다이아몬드의 20%는 보석으로 사용되며 80%는 산업용으로 사용되고 있다.

 

부(富)의 상징인 다이아몬드 보석의 현란한 광택과 아름다움은 우리에게 꿈과 희망을 줄 뿐만 아니라 지구 물질 중에 가장 단단하여 물질세계를 변화시키는 초유의 신비한 힘을 가지고 있다. 정신세계 지배자는 신(God)이고 물질세계의 최강자는 다이아몬드다.

 

우리나라에서는 다이아몬드가 산출되지 않는다. 왜냐하면 우리나라에는 맨틀에서 만들어진 초염기성암이 드물고 킴버라이트와 킴버라이트 파이프가 없기 때문이다. 그러나 백두산 지역, 충북 보은 지역, 제주도 지역 일부에서 맨틀에서 올라온 맨틀 포획암(mantle xenolith)이 소규모로 발견되고 있다. 맨틀 포획암 내 감람석에서 투명한 연녹색 페리도트 보석은 산출될 수 있다. 그러나 맨틀 포획 암에서 다이아몬드 발견 기록은 없다.

 

때문에 다이아몬드를 찾으려면 킴버라이트가 분포하는 아프리카, 캐나다, 러시아 동토 지역, 남북극 극한 지역을 찾아가야만 한다. 지구 최고 보석이자 지구 물질 세계 최강자인 다이아몬드를 현장에서 직접 찾고 싶다. 일생동안 끊임없이 돌과 대화(Dialogue with Rocks)를 하며 살아온 한 원로 지질학자가 마지막으로 아프리카 밀림 지역과 시베리아 동토 지역에 다이아몬드를 찾는 해외자원탐사 지질조사(Geological Field Work)의 멋진 꿈을 꾸고 있다.

 
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