이웃집과학자

위 사진 속 다이아몬드는 스미소니언 국립자연사박물관에 전시돼 있는 45캐럿의 블루다이아몬드입니다. 이 다이아몬드가 지구 내부의 비밀을 품고 있다고 하는데요.

<Nature>에 게재된 연구에 따르면 미국, 이탈리아, 남아프리카의 지질연구팀은 세계에서 가장 진귀한 다이아몬드 46개를 분석해 지구 내부의 비밀을 밝히려고 했습니다. 

연구팀이 분석한 46개의 다이아몬드 중에는 블루 다이아몬드도 포함돼 있습니다. 그리고 블루 다이아몬드는 다이아몬드 중에서도 매우 드물게 발견됩니다. 블루 다이아몬드는 채굴된 다이아몬드 중에서도 1%에 불과해 매우 비쌉니다. 그래서 지금까지 지질학자들은 연구 목적으로 이 다이아몬드에 접근하는 것 자체가 매우 어려운 일이었다고 한목소리를 냅니다.

연구팀은 지난 2년 동안 세계에서 가장 비싼 블루 다이아몬드를 집중 연구했는데요. 그중에서는 경매에서 무려 2,300만 달러(한화 약260억원)에 팔린 'Cullinan Dream'이라는 다이아몬드도 있었다고 합니다. 지질학자 눈에는 다이아몬드도 그저 광물로만 보인 걸까요. 새삼 궁금한 대목입니다.

연구팀은 수십만개의 다이아몬드 중 연구 대상으로 쓰일 다이아몬드를 선별했습니다. 그 이유는 다이아몬드가 만들어질 당시 다이아몬드 내부에 남아있는 얼룩 분석이 목표였기 때문입니다. 다이아몬드 내부에 남아있는 얼룩은 다이아몬드가 만들어질 당시 암석에 어떤 종류의 미네랄이 있었는지 추측할 수 있기 때문에 매우 중요합니다. 또, 다이아몬드가 지구 어느 곳에서 만들어졌는지 가늠해볼 단서가 될 수 있어 다이아몬드 안의 포획물을 분석하게 된 것이죠. 

연구팀은 레이저가 산란되며 분석 대상이 어떤 분자조성으로 이뤄져있는지 알 수 있게 해주는 '라만 분광법'으로 다이아몬드 안 물질을 분석했습니다. 그 결과 블루 다이아몬드는 지표에서 약 410~660km 지하에 있는 하부 맨틀에서 형성됐다는 사실을 알 수 있었습니다. 과학자들이 이전에 생각했던 깊이보다 4배는 더 깊었습니다.

대부분 보석으로 쓰이는 다이아몬드는 약 150~220km 깊이에서 만들어졌는데 이것과 비교했을 때 블루 다이아몬드는 희귀할 뿐 아니라, 지구상에서 알려진 가장 깊은 곳에서 만들어진 다이아몬드였던 겁니다. 이번 발견은 기존에 과학자들이 생각 했던 것보다, 광물의 순환이 지표에서부터 맨틀 깊숙한 곳까지 더 깊게 순환된다는 점을 알게 된 셈입니다. 

블루 다이아몬드의 푸른 색은 붕소 때문에 발생합니다. 그런데 이 붕소는 지구 표면과 수중광산에서만 나타나는 원소입니다. 그런데 어떻게 맨틀 깊은 곳에서 만들어지는 블루다이아몬드 안에 들어갈 수 있었던 걸까요?

과학자들은 아마도 섭입대에서 대륙지각과 해양지각이 충돌할 때 상대적으로 밀도가 더 높은 해양지각이 가라앉을 때 붕소가 깊은 곳으로 갔을 것이라고 생각하는데요. 참고로 섭입대란 상대적으로 밀도가 큰 해양판이 대륙판 아래로 밀려들어가게 되는 작용이 일어나는 곳입니다.

붕소는 이렇게 해양판이 섭입하는 과정에서 수중 광물에 들어있었거나 해수에 포함돼 있어 맨틀로 운반됐을 가능성이 있다고 하는데요. 아름다운 자태뿐만 아니라 지구의 비밀을 풀어줄지 모른다는 점 때문에 더 진귀한 블루 다이아몬드. 앞으로 어떤 후속 연구 결과가 나오게 될지 벌써부터 기대됩니다. 

##참고자료##

• Blue boron-bearing diamonds from Earth’s lower mantle, Evan M. Smith et al, Nature, do.org/10.1038/s41586-018-03334-5