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쿠바의 해양 지각암석, 200메가파스칼, 350도 온도에서 생성.
일반적인 다이아몬드는 1천 도, 150-200킬로미터 깊이에서 만들어졌다.

고온, 고압 없이 생성된 천연다이아몬드
해양 지각 나노 다이아몬드는 온화한 조건에서 형성돼

고압에서 만들어진 결정이 아니다.
최근 쿠바에서 발견된 다이아몬드는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 낮은 압력에서 형성될 수 있다. 그곳에서 연구자들은 해양 지각암석에서 최대 200MPa(메가파스칼)의 압력과 350도의 열에 노출된 나노 다이아몬드를 발견했다. 현재의 이론에 따르면 다이아몬드 형성에 필요한 환경조건보다 훨씬 낮다. 분명히 강하게 감소하는 환경이 이러한 탄소 결정을 형성할 수 있게 했다.

▲ 이 나노 다이아몬드는 합성으로 생산되지만 쿠바의 연구자들은 저압 조건에서 자연적으로 생성된 결정을 발견했다. © D. Mukherjee / CC-by-sa 4.0

일반적으로 다이아몬드는 극한의 산물이다. 탄소가 지구 맨틀의 엄청난 압력과 열 아래에서 압축될 때 형성된다. 일반적으로 1천 도(℃) 이상의 온도, 지하 150~200km 깊이에서 발생한다. 이 조건에서 탄소가 다이아몬드를 특징 짓는 콤팩트한 격자 구조를 갖게된다.
큰 다이아몬드는 더 깊은 뿌리를 가지고 있으며 아마도 660km 이상의 깊이에서 나올 것이다.

그러나 다른 방법이 있을 수 있다.
일부 다이아몬드는 형성하는 데 훨씬 낮은 압력과 열로 마들어질 수 있다.
지질학자들은 몇 년 전에 해양 지각 암석에서 그러한 저압 다이아몬드의 첫 징후를 발견했다. 이 암석에서 나노 다이아몬드로 밝혀진 작은 내포물을 발견했다.
이러한 나노 다이아몬드가 오염을 통해 샘플에 들어 갔는지 여부는 여전히 논란의 여지가 있었다.

해양 지각에 있는 나노 다이아몬드

이 새롭게 발견된 나노 다이아몬드가 이제 확실성을 갖게 한다.
바르셀로나 대학의 누리아 퓨올=솔라(Nuria Pujol-Sola)와 동료들은 쿠바 북동부의 해양 ​​지각 암에서 동종의 암석들을 발견했다. "우리는 해양 저압 지각에서 나온 가브로(gabbro) 및 크로마이트(chromite) 샘플에서 메탄이 풍부하게 내포된 최초의 현장 관찰 다이아몬드에 대해 보고한다"고 그들은 말했다.
"자연적인 과정을 통해 형성된 것은 의심할 여지가 없다."

이에 대한 증거는 이러한 나노 다이아몬드가 감람석 과립의 표면 아래에서 발생하므로 나중에 샘플에 들어갈 수 없다는 사실이 뒷받침한다. 연구자들의 보고처럼 다소 낮은 압력에서 반응을 나타내는 사문석 및 자철광과 같은 광물과 함께 내포물에 존재한다.

▲ 나노다이아몬드, 사문석, 마그네타이트 및 실리콘을 포함한 감람석 내포물의 얇은 부분 © Universidad de Barcelona

작은 기포의 반응

그러나 어떻게 고압없이 다이아몬드를 만들 수 있을까?
암석층의 지질학적 역사에 대한 보다 자세한 분석과 재구성으로 정보를 알 수 있었다.
연구진은 “약 1억 2천만년 전 해저에이 지각이 형성되는 동안 물이 침투해 미네랄 변화가 발생했다. 이것은 이 암석에서 가장 흔한 광물인 감람석에 미세한 유체 내포물을 생성했다"고 의심했다.

이 갇힌 액체는 감람석과 반응해 마그네타이트 및 사문석과 같은 수화(水化)된 미네랄의 성장을 촉발한다. 동시에 액체의 구성이 변하고 메탄과 자유 탄소가 생성된다.
Pujol-Sola와 팀은 “이 모든 물질은 200MPa(메가 파스칼) 미만의 압력과 350도 미만의 온도에서 형성됐다”고 설명했다.

조건을 줄이면 다이아몬드 형성이 가능하다.

이러한 조건에서 탄소는 일반적으로 덜 컴팩트한 결정 형태의 흑연을 채택해야 한다.
"그러나 연구에 따르면 다이아몬드는 강하게 환원되는 조건에서도 형성될 수 있다"고 과학자들은 설명한다. 따라서 그들은 지구 물리학적 시뮬레이션에서 이것이 쿠바에서 조사된 암석층에서도 그럴 수 있는지 여부를 확인했다.

그 결과, 이 해양 지각의 화학적 지질학적 조건은 아마도 저압에서도 나노 다이아몬드가 형성 될 수 있을만큼 충분히 감소했을 것이다. Pujol-Sola와 그녀의 동료들은 “이 결과는 수정된 감람석 함유 암석에서 나노 다이아몬드의 형성이 광범위한 과정이 될 수 있음을 나타낼 수 있다”고 말했다.
(Geochemical Perspectives Letters, 2020; doi : 10.7185 / geochemlet.2029)

출처 : Universidad de Barcelona

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