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공개된 다이아몬드 사진은 맑고 투명한 다이아몬드가 아닌 무지개 색과 뿌연 부분이 대부분이다. 마치 다이아몬드에 무지개가 갇혀 있는 것처럼 보인다.



남아프리카 광산에서 발견된 두 개의 다이아몬드에서 서로 양립하기 어려운 화학 물질이 발견됐다. (출처=Yael Kempe, Yakov Weiss)

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다이아몬드에는 형성 과정에서 주변 암석이 갇혀 생긴 ‘내포물’이 들어 있는 경우가 많다. 보석상들은 이를 결점으로 여기나 과학자들에게는 귀중한 연구 자료다. 특히 깊은 맨틀에서 만들어진 다이아몬드는 내포물이 거의 손상되지 않은 채 지표면으로 올라오기 때문에, 맨틀의 원래 화학 상태를 보여주는 드문 ‘창’ 역할을 한다.
농협대학커트라인 이번에 분석된 두 개의 다이아몬드 샘플에는 산소가 풍부한 탄산염 광물(산화 상태)과 산소가 부족한 니켈 합금(환원 상태)이 함께 발견됐다. 보통 이런 물질은 쉽게 반응해 공존하기 어려운데, 하나의 다이아몬드 안에서 동시에 존재한다는 사실에 연구진은 크게 놀랐다.



사 산업은행 지점 진=픽사베이


재분석 결과, 이 내포물은 다이아몬드가 형성되는 반응의 순간을 그대로 보여주고 있는 것으로 밝혀졌다. 즉 맨틀 내 탄산염 광물과 환원된 금속이 반응할 때 다이아몬드가 형성될 수 있다는 것을 천연 시료에서 처음 확인한 것이다. 연구를 이끈 이스라엘 예루살렘 히브리 대학교 야코프 바이스는 삼성생명학자금대출 “이는 산화·환원 스펙트럼의 양극단을 동시에 보여주는 사례”라고 밝혔다. 해당 연구는 최근 네이처 지오사이언스에 실렸다.
이 발견은 맨틀 깊은 곳의 화학 환경에 대한 새로운 단서를 제공한다. 지구 내부로 들어갈 수록산소가 줄어 암석은 환원 상태로 바뀌지만, 그 과정을 입증할 직접적인 증거는 없었다.
이번 연구에 연구에는 카드대납 참여하지 않은 마야 코필로바 브리티시컬럼비아 대학 지구•해양•대기과학 교수는 “200km 이하 깊이에서 지금까지는 추측과 모델에만 의존해왔다”며, 이번에 확보된 280~470km 깊이의 샘플은 아주 드문 사례임을 강조했다.
특히 이번 연구는 예상보다 더 깊은 곳에서도 산화된 물질이 존재할 수 있음을 보여준다. 기존에는 다이아몬드를 지표로 끌어올리는 킴벌라이트 암석이 300km 이하 깊이에서는 형성되지 않는다고 여겨졌지만, 이번 결과는 그보다 더 깊은 맨틀에서도 산화된 암석이 형성될 수 있음을 시사한다.
바이스 박사는 다이아몬드가 섭입된 지각판을 따라 내려간 탄산염 유체가 맨틀의 금속 합금과 만나면서 형성됐을 가능성이 크다고 설명한다. 다만 일부 과학자들은 다이아몬드가 탄소가 풍부한 유체가 맨틀 내부에서 상승·냉각하며 설탕이 시럽에서 결정화되듯 형성될 수도 있다고 보고 있다. 이번 연구는 이 가능성도 배제하지 않았다.
또한 니켈이 풍부한 내포물은 니켈 원자가 다이아몬드 격자 내 탄소 자리를 대신하는 수수께끼 같은 현상을 설명하는 단서가 될 수 있다. 코필로바 교수는 “니켈이 탄소보다 훨씬 무거워 쉽게 치환될 수 없다는 점에서 오랫동안 의문이었다”며, “특정 깊이에서 다이아몬드가 형성될 때 나타나는 징후일 수 있다”고 덧붙였다.
이정현 미디어연구소([email protected])