보석 물질의 생성은?

지구의 구조 이미지

 

-. 과학을 생물학, 화학, 지질학 및 물리학과 같이 여러 학문으로 분리해 놓은 것은 학문의 연구와 교육의 편의를 위해서이다. 

 

-. 사실 이러한 학문의 구분은 그 자체가 너무나 광범위하기 때문에 많은 과목으로 세분할 수 있다. 그러나 이러한 학문을 명백히 구분한다는 것은 쉽지 않은 일이며 또 어떤 부분은 다소 중복될 수 있다. 그러나 이러한 학문의 어느 한 과목을 효과적으로 배우기 위해서는 연관된 과학에 대한 어느 정도의 지식과 이해가 필요하다.

 

-. 보석학도 예외가 아니며 보석에 대한 지질학적, 광물학적 기본지식이 필요하다.

1. 지구의 구조

지각, 맨틀, 핵으로 구성되어 있다.

2. 지각

우리가 살고 있는 대륙의 지각은 그 두께가 25km에서 70km이며 바다 밑의 지각은 평균 두께6km이다. 지각의 대부분은 주로 퇴적물로 구성된 얇은 표피층을 가지고 있다. 이러한 물질은 바람, 비, 강, 바닷물 또는 화학적 침전에 의해 퇴적되어서 굳어지거나 압축되어 암석으로 되는데 이러한 퇴적암은 주로 석회석, 점토, 사암들이다.

 

화강암, 현무암 그리고 변성암들이 지각의 주요 층을 형성한다.(중간층과 하부층)

화강암과 현무암은 용해된 암석이 응고하여 형성된 것으로서 화성암이라고 한다. 변성암은 지구 내부의 열과 압력에 의한 변성 작용으로 생겨난 암석이다. 지각의 중간층은 대륙의 땅덩어리 밑에 있으며 그 두께는 16~20km이다.

 

이 층은 주로 화강암으로 구성되어 있으므로 화강암층이라고도 한다. 마찬가지로 하부층은 현무암층이라고도 하는데 현무암이 그 주류를 이루기 때문이다. 대서양과 태평양 등 주요 대양의 지각은 상당히 얇으며 그 대부분은 현무암층으로 되어 있다.

3. 맨틀(Mantle) 또는 중간지대

지각의 아래에는 맨틀이 있으며 그 두께는 대체로 2,900km이다. 지각은 단단하고 냉각된 반면에 맨틀은 뜨거우며 유동적인 상태이다. 

 

지구의 원소 구성비 이미지

4. 핵(Core)

지구 핵은 맨틀에서부터 지구 중심까지 약3,500km의 깊이이며 그 내부온도와 구성은 아직도 불확실하다. 

 

지구 핵에 대한 이론 중 하나로서 핵이 주로 용해된 니켈과 철로 구성되어 있다는 것이다.(지질학자들은 이 두 가지 원소의 화학기호인 Ni과 Fe을 이용해서 지구의 핵을 NIFE라고도 부른다.)

 

핵, 맨틀 및 지각은 각기 다른 물리적 특성을 가지고 있다. 핵은 가장 많은 압력을 받고 있으며 그 온도도 맨틀과 지각보다 높다. 이러한 차이로 인하여 이 각 지대의 사이에는 불연속면과 상대적 이동이 있다. 

 

이러한 요소와 함께 태양계의 혹성에 의한 중력에 힘으로 인해서 화산폭발, 지진 그리고 지구 표면과 대륙의 이동에 의해 산맥과 계곡이 서서히 생성되고 있는 것이다. 지표면의 활동은 파괴 작용과 생성 작용인 두 개의 상반되는 힘이 작용하고 있다.

 

바람, 강우, 하천, 빙하, 바닷물과 지진의 작용과 같은 파괴 작용은 지각을 구성하고 있는 암석과 광물을 끊임없이 파괴한다. 이것은 아주 서서히 이루어지며 끊임없는 과정이다. 땅덩어리의 이동과 화산활동과 같은 지구운동은 생성작용으로서 계속적으로 새로운 지각을 생성시킨다. 

 

화산인 경우에 이러한 변화는 비교적 급속히 이루어지지만 대륙이 서서히 움직이는 것과 같은 것은 수백만년에 걸쳐서 일어나는 일이다. 그럼에도 불구하고 이러한 생성활동은 계속적인 것이다.

5. 지구의 조성

지구의 지각에는 92개의 자연발생 원소가 있으나 이 중 8가지 원소가 지각의 98%를 이룬다. 위의 이미지를 참고하기 바란다.

 

그러나 지구를 구성하는 원소가 지각에 균일하게 분포되어 있는 것은 아니다. 현무암은 그 조성이 화강암과는 다르며 또 현무암과 화강암은 공히 석회석의 조성과 다르다.

 

Si, Al, Fe, Mg 등을 포함하고 있는 화합물의 집중도는 지각이 어떻게 생성되었는가의 방법에 따라 지역별로 다양하게 차이가 있다. 이러한 천연원소는 화학적으로 결합하여 화합물이 되며 이러한 화합물의 일부가 광물인 것이다.

 

-. 원자 : 원자란 어떤 원소의 특성을 유지하고 있는 그 원소의 최소단위이다.

-. 원소 : 원소란 한 가지 종류의 원자로만 구성되어 있는 물질이다. 이 다양한 원소를 쉽게 지칭할 수 있도록 원소기호를 사용한다. 원소기호는 영문자를 쓰는데 그 원소의 라틴명의 첫 자를 딴 것으로서 첫 자는 항상 대문자를 쓰며 뒷 자는 항상 소문자로 표시한다.

-. 화합물 : 두개 이상의 상이한 원소가 일정한 비율로 결합한 것으로서 이는 화학적 변화에 의해 생성된다. 이것은 화학식으로 표현되는 일정한 조성을 가진다.

예를 들면 탄산칼슘은 칼슘, 탄소 및 산소원자가 화학적으로 결합된 화합물이다. 이 화학식은 CaCo3로 표시하는데 이것은 칼슘원자1개, 탄소원자1개, 산소원자3개로 구성되었음을 나타내는 것이다.

 

화합물의 종류

-. 산화물 : 산소와 결합한 금속으로 구성된 화합물을 산화물이라고 한다.

사파이어가 변종인 커런덤은 알루미늄의 산화물이다.

 

-. 금속염 : 금속에 대한 산의 작용에 의해 많은 화합물이 생성된다. 이러한 화합물을 염이라 하며 그 명칭은 작용된 산의 이름에 따른다. 대부분의 보석은 이런 점에서 볼 때 "염"이다.

 

1)탄산염 : 이것은 탄산수소(H2Co3)에서부터 생성된다. 예(진주,산호 등)

2)인산염 : 이것은 인산(H3PO3)에서 파생되는 것이다. 예(터키석 등)

3)규산염 : 상당수의 보석이 규산염이다. 이런 보석들은 금속에 규산이 작용하여 생성된 것이다. 예(에메랄드, 가닛, 비취, 페리도트, 토파즈, 투어멀린, 지르콘 등)

6. 광물

광물이란 대부분의 경우에 자연적으로 생성된 무기물질로서 일정한 원자구조와 일정한 화학조성을 가지고 있다. 광물은 다이아몬드와 같이 탄소 한 가지의 원소로만 구성될 수도 있고 가닛처럼 알루미늄, 규소 및 산소원자로 된 여러 개의 원소로 구성될 수 있다.

 

그러나 암석은 결정체의 입자가 함께 생성되거나 화학작용, 열 및 압력에 의해 함께 응고되어 생성된 집합체이다. 

 

어떤 암석은 아름다운 형태와 색상을 가짐으로서 보석이나 장식용으로 쓰인다. 대부분의 보석물질은 광물이나 일부의 보석물질은 식물이나 동물이 생성한 유기질로서 진주, 산호 및 상아와 같은 것이 그러하다.