다이아몬드는 인간에게 가장 매혹적인 보석이다. 반짝이는 빛은 권력과 사랑, 부의 상징이 되었고, “‘다이아몬드는 영원하다(A Diamond is Forever)”라는 문구는 보석 광고의 고전이 되었다. 그러나 과학적으로 보면 다이아몬드는 언젠가 흑연으로 돌아갈 운명을 지닌 불완전한 결정체다.
다이아몬드의 탄생
다이아몬드는 순수한 탄소가 극한 환경에서 조직된 결정이다. 흑연과 원소는 같지만, 원자의 배열이 다르기 때문에 세계에서 가장 단단한 물질 중 하나가 된다. 지구 맨틀 약 150~200km 깊이에서 수십만 기압, 1500~2000도의 고온이 동시에 작용할 때 다이아몬드가 만들어진다. 이렇게 형성된 결정은 화산 활동을 통해 지표로 솟아오르는데, 속도가 충분히 빨라야 흑연으로 변하지 않고 다이아몬드로 남는다.
과학자들은 인공적으로 이 과정을 재현하려 해왔다. 1954년, 미국의 화학자 하워드 홀(Howard Tracy Hall)이 초고온·초고압 장치를 사용해 처음으로 합성에 성공했다. 이 성과는 이후 산업용 다이아몬드의 대량 생산으로 이어져, 절삭 공구나 연마재 같은 분야에서 천연 자원을 대체하는 기반이 되었다. 이 외에도 화학 기상 증착(CVD) 기술이 개발되어 순도 높은 합성 다이아몬드를 만들어 보석 시장에서도 활용되고 있다.
시간 속의 다이아몬드
다이아몬드의 나이는 지구의 역사를 비추는 기록이다. 예루살렘 대학 연구팀은 유체포함물 분석을 통해, 다이아몬드가 원생대·고생대·백악기 등 특정한 지질 시기에 단속적으로 형성되었음을 보여주었다.
또한 가장 오래된 다이아몬드는 탄소 성분이 풍부하고, 중간 시기의 것은 규소가 많으며, 비교적 젊은 다이아몬드는 염분을 많이 포함한다는 사실도 밝혀졌다. 작은 보석 속에서 대륙 충돌과 맨틀 운동 같은 거대한 지질학적 사건을 읽어낼 수 있는 셈이다.
지상에서 해저로
러시아 야쿠티야 지역의 아이할 다이아몬드 광산
By Inopta – Own work, CC0, wikimedia commons.
오늘날 다이아몬드의 주요 산지는 러시아, 캐나다, 보츠와나다. 러시아는 단일 국가로 가장 많은 생산량을 자랑하며, 아프리카와 북미도 중요한 산지를 형성한다.
특수한 경우로 시베리아의 포피가이 충돌구(Popigai Crater)가 있다. 약 3천5백만 년 전 거대한 운석 충돌로 형성된 이 지역은 수십 년간 비밀에 부쳐졌다가 최근 공개되었다. 지질 충격으로 생긴 독특한 다이아몬드가 매장되어 있기 때문이다.
포피가이 충돌구에서 발견된 나노 다이아몬드. (a)순수 다이아몬드 (b)다이아몬드+소량의 론스데일라이트.
By Hiroaki Ohfuji et al. CC BY 4.0, wikimedia commons.
지상 광산은 수십 년 안에 고갈될 수 있다. 이에 일부 기업은 해저로 눈을 돌리고 있다. 바다가 지구 표면의 70% 이상을 차지한다는 점을 감안하면, 해저 다이아몬드 매장량은 현재까지 채굴된 양의 몇 배에 이를 가능성이 있다. 그러나 깊은 바다를 파내는 일은 생태계 파괴라는 위험을 동반한다.
산업과 예술을 잇는 보석
연간 생산되는 다이아몬드의 80%는 산업용이다. 절삭 공구, 고강도 연마제, 반도체 방열판, 정밀 센서까지 다이아몬드는 첨단 산업의 핵심 재료로 쓰인다. 나머지 20%는 보석으로 다듬어진다. 원석은 투박한 자갈처럼 생겼지만, 정교한 절단과 연마를 거치면 찬란한 빛을 발한다. 이 과정에서 원래 무게의 절반 이상이 사라지기도 한다.
모든 다이아몬드는 눈송이처럼 서로 다르다. 가장 순수해 보이는 보석조차 미세한 흠집과 내포물을 갖고 있으며, 바로 그 점이 다이아몬드의 개별성을 보장한다. 최근에는 블록체인과 초고해상도 이미징 기술을 활용해 다이아몬드의 ‘개인 지문’을 기록하는 시스템이 등장했다. 이는 위조를 방지하고, 예술품이나 명품에 작은 다이아몬드를 심어 인증 장치로 활용하는 데까지 확장되고 있다.
우주와 문화 속 다이아몬드
다이아몬드는 지구만의 산물이 아니다. 운석 속에서 미세한 다이아몬드가 발견된 적도 있고, 어떤 외계 행성(펄사 PSR J1719-1438)은 지구 크기의 거대한 다이아몬드일 수 있다는 추정도 나온다. 탄소가 우주에서 흔한 원소라는 점을 고려하면, 보석으로서의 다이아몬드는 오히려 지구적 시각에 불과할지도 모른다.
티파니 다이아몬드 반지. 루이스 웨버 & 컴퍼니, 시카고 이스트 해리슨가(1902)
By Louis Weber & Co., Chicago., Public Domain, wikimedia commons.
문화 속에서 다이아몬드는 늘 욕망의 상징이었다. 소설가 H.G. 웰스는 이미 19세기에 인공 다이아몬드를 소재로한 단편 소설을 썼고, 영화 <티파니에서 아침을>, 007 시리즈, 마릴린 먼로의 노래(Diamonds are a girl’s best friend)는 이 보석을 환상과 부의 상징으로 각인시켰다.
마무리하며
다이아몬드는 지구 깊은 곳에서 형성된 뒤, 화산 폭발과 운석 충돌을 거쳐 우리 손에 닿은 결정체다. 수십억 년의 지질학적 시간, 첨단 기술의 도전, 산업적 실용성, 예술적 상징성이 모두 이 작은 결정 안에 스며 있다. “영원히 빛난다”는 말은 과학적으로 틀렸지만, 다이아몬드가 인류 문화와 상상 속에서 차지하는 자리는 분명 영원하다.