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다이아몬드의 생성과정

다이아몬드의 생성과정

다이아몬드는 고온고압 하에서 형성되며, 일반적으로 물질은 높은 온도와 압력이 상호 작용할 때 큰 변화를 일으키게 됩니다. 이러한 상호 작용은 다이아몬드의 탄소 원자에 독특한 결합 방식을 만들어 내며, 또한 다이아몬드를 지구상 에서 가장 단단한 광물로 만듭니다.
다이아몬드의 형성에 필요한 조건은, 추정 온도의 범위는 900~1,300° 이며, 압력은 45~60kbar 입니다. 1바(bar)는 우리가 생활하는 대기압(1기압은 1.013bar)과 비슷한 압력으로, 1기압은 수심 10m 해당하는 압력과 같습니다. 1kbar는 1,000bar를 의미하며 45~60kbar라 하면 대기 압력의 거의 45,000~60,000배에 해당하는 상상하기 어려운 압력이므로, 이러한 온도와 압력은 지하 140~190Km에 해당하며, 다이아몬드는 이 깊이에서 형성된다는 것을 알 수 있습니다.

다이아몬드 생성 깊이와 온도의 관계
다이아몬드 생성 깊이와 온도의 관계
출처 : American Museum of Natural History

다이아몬드를 형성시키는 암석은 페리도타이트(peridotite)와 에클로자이트(eclogite)의 두 종류의 화성암으로서, 이는 다이아몬드 속에 포함되어 있는 내포물 및 다이아몬드와 함께 지표면으로 운반된 암석을 분석함으로써 유추할 수 있습니다.
다이아몬드의 주성분이 탄소라는 것은 누구나 잘 알고 있는 사실입니다. 탄소 화합물은 일부(일산화탄소, 이산화탄소 등)를 제외하고는 모두 유기 화합물이기 떄문에 다이아몬드가 형성되는 지하 깊숙한 곳에는 유기물이 존재할 수 없으므로 맨틀 에서의 탄소의 존재는 다른 요인으로 설명됩니다.
초기 지구는 수많은 미행성이 충돌하고 합쳐져서 이루어 졌으며, 이 지상에 떨어진 운석 중에는 상당한 양의 탄소나 유기질이 포함된 콘드라이트가 다수 포함되어 있었습니다.
이 콘드라이트가 맨틀에 존재하는 탄소의 근원이며, 이 탄소가 페리도타이트에 서 다이아몬드를 형성한다고 추정하였습니다.

다이아몬드 생성 조건
다이아몬드 생성 조건
출처 : American Museum of Natural History

에클로자이트에서는 해저의 현무암이나 그 위에 퇴적된 물질이 판운동으로 지하 깊숙한 곳으로 섭입(subduction)된 후 퇴적물에 포함되어 있던 유기물중의 탄소가 다이아몬드 형성의 근원으로 생각되고 있습니다.
에클로자이트는 페리도타이트보다 신생 암석으로서, 페리도타이트에서 형성된 남아프리카의 킴벌리와 핀슈 광산에서 산출된 다이아몬드는 내포물을 이용한 방사능 연대측정 결과 23억~33억년 전에 생성된 것으로, 또한 남아프리카의 프리미어 광산과 호주의 아가일 광산에서 산출된 에클로자이트를 기반으로 한 다이아몬드는 11억 5천만년 및 15억 8천만년 전에 형성된 것으로 알려졌습니다.
또한 1995년 콩고민주 공화국에서 발견된 6억 2천 8백만년 전에 형성된 다이아몬드가 가장 최근의 것으로 알려졌습니다.

지구의 내부
지구의 내부
출처 : American Museum of Natural History
지각판의 섭입과정
지각판의 섭입과정
출처 : American Museum of Natural History
지각판의 섭입과정
지각판의 섭입과정
출처 : American Museum of Natural History