땅속에서 '금맥'이 생기는 구조 해명 연구결과

땅속에서 '금맥'이 생기는 구조 해명 연구결과

금(金)은 상상 이상으로 일반적인 금속이지만 대부분은 지구 맨틀 깊숙한 곳에 갇혀 있다. 한편 지표에서는 화산이나 화성암 중에 국소적으로 집중되어 존재하는데, 금(金)이 어떻게 지표 가까이까지 운반되어 오는지는 오랫동안 논의되어 왔다. 이번에 연구팀은 수치모델을 이용해 금(金)을 함유한 마그마가 농집되는 구체적인 조건을 밝혀냈다.

결정화된 금

활동 중인 화산의 지하 50~80km 깊이에서 특정한 압력과 온도가 갖추어진 환경에 있는 특수한 황이 맨틀 내의 금(金)을 마그마로 옮겨간다. 그리고 그 마그마가 최종적으로 지표로 상승하는 것이다.

기존 연구에서 금(金)은 황 원자 2~3개와 분자결합을 만드는 것으로 알려졌다. 그러나 중국, 스위스, 호주, 프랑스의 연구자들이 참여한 이 연구에서는 금(金)-삼황 복합체(gold-trisulfur complex)의 존재와 그 중요성을 보여주는 견고한 열역학 모델이 처음으로 제시되었다.

순수 금(金)은 맨틀 안에서 화학적으로 안정돼 있어 그대로는 맨틀에 머물기 쉽다. 하지만 황을 함유한 유체가 더해지면 금은 3개의 황이온(이온이란 전하를 띤 원자 또는 분자)과 강하게 결합해 금(金)-삼황 복합체를 형성한다. 이 복합체는 맨틀의 용융 부분, 즉 지질학자가 마그마라고 부르는 부분으로 옮겨가기 쉽다.

연구팀은 실험실에서 압력이나 온도를 통제해 인공적으로 마그마를 생성하는 실험을 토대로 이 새로운 열역학 모델을 개발했다. 실제 지구 내부의 조건 하에서도 적용 가능한 모델이다.

특히 중요한 것은 침하대(Subduction Zone)다. 침하대는 플레이트가 다른 플레이트 아래로 파고드는 영역을 말한다. 이 플레이트끼리의 경계부에서는 맨틀로부터 마그마가 상승할 가능성이 있고, 가라앉는 플레이트는 깊숙한 곳에서 용융하면서 맨틀로 가라앉아갈 때 금(金)을 포함하는 마그마의 형성에 필요한 황을 풍부하게 포함한 유체를 공급한다.

이 연구의 공저자인 미시간대 지구환경과학과 아담 사이먼 교수는 「뉴질랜드부터 인도네시아, 필리핀, 일본, 러시아, 알래스카, 미국 서부, 캐나다 그리고 칠레에 이르기까지 태평양 연안 대륙에는 많은 활화산이 있습니다. 이들 활화산은 모두 침하대 환경상에 형성되어 있어 화산 폭발을 일으키는 것과 같은 프로세스가 금(金) 광석을 형성하고 있는 것입니다」라고 설명한다.

「이번 성과에 의해서, 침하대가 풍부한 금(金) 광석을 가져오는 구조에 대해, 보다 확실한 이해를 얻을 수 있었습니다. 이 연구의 결과를 기존의 내용과 조합하는 것으로, 금(金) 광석의 형성 과정에 관한 이해가 더욱 깊어져, 금광 탐색에도 좋은 영향을 가져올 것입니다」라고 사이먼 교수는 결론짓고 있습니다.

이 연구 「Mantle oxidation by sulfur drives the formation of giant gold deposits in subduction zones」는 미국 과학아카데미 발간지(PNAS)에 게재되어 있으며, 자세한 내용은 해당 링크를 통해서 확인할 수 있다.

Mantle oxidation by sulfur drives the formation of giant gold deposits in subduction zones
*https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2404731121


추가 자료 및 인터뷰는 미시간대에서 제공했다.
Study identifies how gold reaches Earth’s surface
https://news.umich.edu/study-identifies-how-gold-reaches-earths-surface/

(출처) New Study Explains How Gold Reaches Earth’s Surface
https://www.forbes.com/sites/davidbressan/2024/12/25/new-study-explains-how-gold-reaches-earths-surface/

*재미있거나 도움이 되셨다면 '구독' 꾹 눌러 주시기를 부탁드립니다. 늘 행복하세요.