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- 우루과이 북부의 자수정 정동석은 세계적으로 유명, 높이 최대 5m이고 진한 보라색
- 이 광산에서는 150년 동안 자수정이 채굴되었다.
- 이러한 보석은 단지 15~60도에서만 결정화돼. 따뜻한 규산염이 풍부한 물이 냉각되어 굳어진 현무암의 구멍에 모여 결정화되기 시작

세계유산 자수정의 비밀이 밝혀졌다.
미터 크기의 짙은 보라색 보석 정동석*이 우루과이에서 어떻게 만들어졌는가?

높이는 최대 5m이고 진한 보라색이다. 우루과이 북부의 자수정 정동석은 세계적으로 유명하다. 지질학자들은 이제서야 이 독특한 보석이 어떤 조건에서 형성되었는지 알아냈다. 이 보라색 변종의 석영은 비정상적으로 낮은 온도에서 결정화됐다. 생각했던 것과는 달리 수정으로 채워진 공동은 이 지역의 화산 활동이 끝난 후에야 형성되었다. 

(* 정동석: 광물, 유물, 광석, 그리고 기본 자원들이 들어있는 광상)

▲ 자수정은 석영의 보라색 변형이다. 특히 순수하고 크고 어두운 표본은 우루과이 북부에서 채굴된다. pixabay

자수정은 이산화규소가 철분과 함께 결정화될 때 형성된다. 생성된 석영 결정은 격자 구조에 철 이온(Fe3+) 형태의 결함을 포함한다. 이러한 초기 투명 결정이 예를 들어 화강암 암석의 자연 붕괴 반응을 통해 방사성 방사선에 노출되면 이러한 철 이온은 또 다른 전자를 잃을 수 있다. 이로 인해 석영 결정에 Fe4+ 결함이 형성되어 빛의 굴절을 통해 자수정의 보라색을 생성한다.

진한 보라색 및 미터 크기의 정동석

브라질과 우루과이 국경 지역의 자수정은 특히 인기가 높으며 세계적으로 유명하다. 그곳에서 발견된 보석은 강렬한 짙은 보라색과 높은 순도를 자랑한다. 우루과이 북부의 로스 카탈라네스(Los Catalanes) 지역은 크기가 최대 5m에 달하는 독특한 자수정 정동석으로 인해 세계 지질학적 유산으로 지정되기도 했다. 이 광산에서는 150년 동안 자수정이 채굴되었다.

로스 카탈라네스의 자수정은 어떻게 형성되었을까? 세계에서 가장 큰 선사시대 화산 지역 중 하나에 이 퇴적물의 위치가 우연이 아니라는 것은 분명하다. 자수정 정동석은 이러한 화산 퇴적물의 오래된 용암류에서만 거의 독점적으로 발생하기 때문이다. 그러나 그 형성의 세부 사항은 논란의 여지가 있다. 한 이론에 따르면 자수정 정동석은 이러한 용암 흐름의 뜨거운 유체에서 결정화되었다. 또 다른 이론은 지하수를 용해된 원료의 원천으로 본다.

실험실의 보석

로스 카탈라네스 거대 정동석의 수수께끼를 풀기 위해 괴팅겐 대학교의 Fiorella Arduin-Rode와 그녀의 동료들은 우루과이 북부에 있는 30개의 다른 광산에서 채취한 자수정 샘플과 주변 암석을 조사했다. 그들은 광물 구성을 분석하고 유체 함유물 및 동위원소 분석을 사용하여 형성 온도와 초기 조건에 대한 결론을 도출할 수 있었다.

▲ 로스 카탈라네스(Los Catalanes)의 거대한 자수정 정동석 앞에 있는 괴팅겐 대학의 연구원들. © Fiorella Arduin Rode

Arduin-Rode는 "자수정이 어떻게 형성됐는지 해독하려면 광물화 유체의 온도와 구성, 실리카 공급원, 광물화 시기, 모암과의 관계 등의 조건이 중요한 요소다"고 설명했다.

약간의 열과 약간의 소금

팀이 보고한 바와 같이 아직 무색인 석영 결정(유색 자수정의 예비 단계)과 보라색 자수정에는 열 노출의 증거가 없는 것으로 밝혀졌다. 대신, 광물과 내포물의 구조로 볼 때 이러한 보석은 단지 15~60도에서만 결정화되었음을 알 수 있다. Arduin-Rode에 따르면 자수정은 신선한 용암의 뜨거운 액체에서 직접 생성될 수 없다.

함유물의 구성은 또한 석영 결정이 식염수 열수 유체로부터 형성되지 않았음을 나타낸다. 유체 함유물의 염분 농도가 너무 낮다. Arduin-Rode와 그녀의 동료들은 “지동석과 유체 내포물의 물 분석에 따르면 광물성 유체가 오늘날의 지하수와 유사하다는 것을 시사한다”고 말했다.

▲ 출처: 우루과이 북부 로스 카탈란스의 세계적 수준의 자수정-마노 지오드: 유체 내포물과 안정 동위 원소의 유전적 의미. 제안된 광물화 모델. a 파라나 분지의 가장 깊은 부분에서 시작하여 단층 재활성화에 의해 모암으로 올라가는 지하수 순환; b 개방 및 폐쇄 시스템 간의 에피소드적 교대로 기존 공동에 도달하는 광물화 유체; c b의 세부 사항, 광물 상의 결정화 (출처:관련논문 World-class amethyst-agate geodes from Los Catalanes, Northern Uruguay: genetic implications from fluid inclusions and stable isotopes )

화산액 대신 지하수

종합하면, 이는 로스 카탈란스의 자수정 형성에 관한 두 번째 이론이 정확함을 시사한다. 보라색 석영 결정으로 채워진 정동석은 염분은 적지만 규산염으로 포화된 지하수에서 형성되었다. 이것은 오래전에 화산 용암에서 가스가 빠져나가면서 생긴 구멍으로 흘러 들어갔다. 적당히 따뜻하고 규산염이 풍부한 물이 이제 냉각되어 굳어진 현무암의 구멍에 모여 결정화되기 시작했다.

이로 인해 처음에는 무색의 석영 결정이 만들어졌으나 시간이 지나면서 강렬한 색상의 자수정으로 변했다. 이 시나리오는 또한 자수정 정동석 사이의 차이점을 설명한다. "정동석으로의 액체 흐름이 부분적으로 중단되면서 이질적인 퇴적물이 생겼다. 일부 정동석은 여러 결정화 단계를 거쳤고, 다른 정동석은 단 한 번만 진행했거나 전혀 진행하지 않았다"고 팀은 설명했다. (Mineralium Deposita, 2024: doi: 10.1007/s00126-024-01310-2)
출처: Mineralium Deposita, Georg-August-Universität Göttingen
괴팅겐 게오르크-아우구스트 대학교 광물 매장지

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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