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- 세계의 거의 모든 핑크 다이아몬드는 호주의 단 한 매장지에서 나온다
- 탄소가 500km 이상의 깊이에서 압축되어 조밀한 다이아몬드 구조를 형성할 때 형성
- 2020년 광산 폐쇄될 때까지 이곳에서 암석 1톤당 평균 20캐럿 이상의 다이아몬드 발견

핑크 다이아몬드 퍼즐이 풀렸다.
세 가지 요인으로 인해 세계 최대 규모의 유색 다이아몬드 매장지가 탄생했다.

세계의 거의 모든 핑크 다이아몬드는 호주의 단 한 매장지에서 나온다. 이제 지질학자들은 왜 이 다이아몬드 매장지에 그토록 많은 유색 다이아몬드가 포함되어 있는지 설명했다. 따라서 아가일에는 세 가지 유리한 요소가 결합됐다. 첫째, 탄소가 깊은 깊이에 도달한 다음 대륙 충돌로 인해 다이아몬드의 결정 격자가 왜곡되어 색이 변했다. 세 번째 요인인 지각의 확장은 다이아몬드를 함유한 마그마가 상승할 수 있는 길을 열었다. 

▲ 이 대형 유색 다이아몬드는 서호주의 아가일 광산에서 생산된다. 이는 세계에서 가장 풍부한 다이아몬드 매장지다. 하지만 그 비밀은 무엇일까? © Murray Rayner

가장 크고 순수한 다이아몬드는 특히 깊은 뿌리를 가지고 있다. 탄소가 500km 이상의 깊이에 도달하고 그곳에서 압축되어 조밀한 다이아몬드 구조를 형성할 때 형성된다. 희귀한 블루다이아몬드도 이 깊이에서 유래한다. 오늘날 알려진 다이아몬드 매장지의 대부분은 다이아몬드가 형성되어 원시 화산에 의해 표면으로 올라온 대륙의 깊은 뿌리인 크레톤(cratons)에 위치해 있다.

핑크 다이아몬드 보물창고

그러나 세계에서 가장 크고 가장 생산적인 다이아몬드 매장지 중 하나인 서호주의 아가일(Argyle) 매장지는 이 그림에 맞지 않는다. 2020년 광산이 폐쇄될 때까지 이곳에서는 암석 1톤당 평균 20캐럿 이상의 다이아몬드가 발견되었으며, 전 세계 모든 유색 다이아몬드의 약 90%가 1979년에 발견된 이 매장지에서 나왔다. 희귀하고 인기가 높은 거의 모든 핑크 다이아몬드도 아가일 광산에서 생산됐다.

▲ 서호주 아가일 광산의 모습. 전 세계 유색 다이아몬드의 90%가 이곳에서 생산된다. © Murray Rayner

실제로 이 지역에는 다이아몬드가 없어야 한다. 왜냐하면 아가일 광상은 크래톤에 위치하지 않고, 다른 광상보다 젊고, 특히 다이아몬드가 풍부한 광물로 간주되는 킴벌라이트를 포함하지 않기 때문이다. 대신, 다이아몬드 매장지는 두 개의 고대 대륙 사이의 고대 이음새에 있는 두 개의 암석 사이에 정확하게 놓여 있다. "아가일은 한때 킴벌리 지역과 호주 북부의 나머지 지역이 충돌했던 지점에 위치해 있다"고 퍼스 소재 커틴 대학교의 수석 저자인 휴고 올리어룩(Hugo Olierook)은 설명했다.

▲ 그림 1: 아가일(AK1) lamproite의 지질학적 환경. (출처:관련논문 Emplacement of the Argyle diamond deposit into an ancient rift zone triggered by supercontinent breakup / nature communications)

대륙 충돌로 인해 다이아몬드가 색깔을 띠게 되었다

이러한 지질학적 특징은 아가일에 특히 많은 유색 다이아몬드가 있는 이유를 설명할 수 있다. 두 대륙이 18억 년 이상 전에 접근했을 때 표면 근처의 탄소는 처음에 지각 암석과 함께 지구 맨틀 속으로 깊숙이 밀려들어 그곳에서 압축되어 다이아몬드를 형성했다. 대륙이 충돌할 때 측면 압력으로 인해 다이아몬드의 결정 격자가 휘고 뒤틀려 빛의 굴절이 바뀌고 색상이 나타나는 현상이 발생했다.

▲ 이 희귀한 핑크 다이아몬드는 아가일 광상에서 흔히 발견된다. © Murray Rayner

그러나 다이아몬드가 깊은 맨틀에서 어떻게 표면으로 다시 올라오는지는 여전히 불분명하다. 아가일 다이아몬드는 이제 화산 기원의 광물 혼합물인 감람석 램프로이트에 묻혀 있다. 그러나 이 이전 마그마가 왜 그리고 언제 다이아몬드를 위쪽으로 운반했는지는 미스터리로 남아 있다. 이를 명확히 하기 위해 Olierook과 그의 팀은 여러 가지 방법을 사용하여 아가일 광산의 다이아몬드 함유 지층에서 채취한 여러 드릴 샘플의 연대를 보다 정확하게 측정했다.

지질학적 팽창으로 인해 보석이 솟아올랐다.

아가일의 화산 다이아몬드 광맥은 약 13억 년 된 것으로 밝혀졌으며, 따라서 이전에 생각했던 것보다 약 1억 년 더 오래되었다. 결과적으로 이 지역의 기원은 정확히 이 지역이 두 번째 주요 변화를 겪은 시기에 있다. 여러 대륙이 이전에 초대륙으로 합쳐진 후 이 누나(Nuna) 초대륙은 약 13억 년 전에 다시 분리되기 시작했다.

“나중에 호주가 될 대륙의 일부는 이 분열 중에 붕괴된 채로 남아 있었다”고 Olierook은 설명한다. “그러나 오늘날 아가일이 위치한 지역은 그 당시에는 크게 늘어났다.” 이전 대륙 충돌로 그곳의 지각이 여전히 약해졌기 때문에 이 지점의 하층토가 찢어졌다. “마그마는 지각의 균열을 통해 솟아올라 핑크색 다이아몬드를 표면으로 가져올 수 있었다”고 지질학자는 말했다.

다른 "아가일 저장고"가 있을까?

따라서 이러한 결과는 모든 장소의 아가일 광상에 왜 그렇게 많은 유색 다이아몬드가 있는지에 대한 질문을 명확하게 해준다. 따라서 그곳에서는 세 가지 유리한 상황이 함께 발생했다. 탄소가 깊은 곳까지 도달했고, 대륙 충돌로 그곳에서 형성된 다이아몬드가 화려하게 만들어졌으며, 마지막으로 지각이 팽창하여 다이아몬드를 함유한 마그마가 지구 맨틀에서 솟아올랐다.

▲ 이 재구성은 누나 초대륙의 해체와 아가일의 위치를 ​​보여준다. © Olierook 외./Nature Communications, CC-by 4.0

과학자들에 따르면, 이 지식은 이제 이러한 유형의 다른 다이아몬드 매장지를 발견하는 데 도움이 될 수 있다. "심층 탄소, 대륙 충돌, 스트레칭이라는 세 가지 기본 요소가 존재하는 곳에 또 다른 '아가일'이 있을 수 있다"고 Olierook은 말했다. 그는 호주에도 탐나는 핑크 다이아몬드가 아직 발견되지 않은 매장지가 있을 수 있다는 것이 전적으로 가능하다고 믿는다.

그러나 이러한 다이아몬드 퇴적물을 찾는 것은 어려울 수 있다. 고대 대륙괴와 화산의 유적은 종종 표면의 침식을 통해 볼 수 있지만, 이전 대륙의 선사 시대 이층의 경우에는 그렇지 않다. "이러한 가장자리는 종종 많은 모래와 흙으로 덮여 있어 다이아몬드가 함유된 화산암을 찾기가 어렵다"고 Olierook은 설명했다.
(Nature Communications, 2023; doi: 10.1038/s41467-023-40904-8)
출처: Curtin University, Nature Communications

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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