탐구할 표본 석영맥(Vein of Quartz) 관입 암석의 모암(기반암)은 퇴적암 사암입니다.
통큰 줄 무늬의 하얀 관입 암맥이 바로 석영맥입니다.
석영맥 관입 현상 축소판 표본이라 할만큼 장엄합니다.
석영맥 관입 암석 표본의 크기는 22.2 X 21.2 X 10.0cm이고
무게는 약 6,100g 정도로 크기에 비해 매우 무거운 편입니다.
그만큼 밀도와 경도가 높다는 의미이기도 합니다.
이 석영맥 표본을 보면 석영맥이 사암층 내부를 치고 나가는 것이 아니라
사암에 함유된 석영질 모래알갱이들이 열수에 녹으면서 스며들듯이
사암 내부 공극을 삐집고 확장해 뻗어나가는 형상을 관찰할 수 있습니다.
석영(Quartz 쿼츠)맥은 금맥을 찾는데 있어서 중요한 단서를 제공합니다.
보통 금맥들이 석영맥을 따라 분포하기 때문입니다.
즉, 석영맥이 금맥을 알려주는 나침판 역할을 하는 셈입니다.
이 석영맥 관입 암석 표본은 표면에 노란색 광물질이 관찰됩니다.
수백~수천 년 이상 자연 상태에서 풍화와 수마 과정을 거쳤을 것임에도
표면에 부분적으로 노란색 광물질이 육안으로도 보입니다.
만약에, 이 광물질이 철광석이나 황동석 내포물이라면
수천 년 동안 지표면에 노출돼 있는 동안
이미 산화가 진행돼 암석 표면이 검붉게 변해버렸을 것입니다.
그냥 흙가루일까요?
아니면 금(Gold) 성분일까요?
육안 관찰만으로는 판단하기가 어렵습니다.
보통 자연 상태(지각, 해양), 열수 상태에서 금 광물질은 육안으로는 관찰하기 어려운 정도인
1PPM(Part Per Million, 1㎎/1000g) 이하로 존재하는데요.
일반적으로 암석에서 금을 추출하는 방법은
채굴한 암석을 가루로 만들고
특정 화학 혼합 용액(왕수)에 녹여서 산화-환원 반응을 통해 추출하거나
전기분해법 등 복잡한 공정 과정을 통해서 금을 추출합니다.
*왕수(王水, Aqua Regia): 염산과 질산을 3:1 비율로 혼합한 용액, 금이나 백금 등의 귀금속을 녹이는 산성 용액.
이러한 금 추출 실험을 진행해보지 않고서는 금 여부를 판단하기가 어렵습니다.
- 금덩어리가 석영맥에서 생성되는 매커니즘
*참고: How do you make a giant gold nugget? Take a vein of quartz, add a few thousand earthquakes
- 크리스토퍼 보이시 호주 모내시대학(Monash University) 연구원 연구팀 논문 해설 기사, 2024.9.2.
금덩어리의 존재는 신비한 현상이 아닐 수 없었습니다.
금덩어리가 석영맥에서 생성되는 매커니즘을 연구한 논문 관련 기사를 살펴보겠습니다.
수백만년 동안 수천회 반복적으로 겪는 지진으로 인해 압력(충격)이 발생하면
압전효과에 의해 석영 광물 표면에 전기장이 형성되고
동시에 석영 열수에 함유된 금 나노 입자들이 석영 광물 표면에 들러붙어
금 시드(씨앗) 역할을 하며
금에 금이 들러붙는 증착이 진행되면서
금덩어리가 형성된다는 것입니다.
*압전효과(Piezoelectricity): 어떤 물질에 압력을 가했을 때 전기적인 변화가 생기는 현상.
기계적 자극으로 일그러지면 분극 현상이 일어나는 것을 의미.
기계(물리)적 에너지가 전기에너지로 변환되는 것.
일반적으로 자연 환경에 존재하는 극소량의 (1ppm 정도) 금 입자가 아니라
그야말로 금덩어리가 생성되는 현상을 말하는 것입니다.
*열수(熱水)광상 : 마그마가 냉각되면서 여러 광물이 정출되고
남은 열수 용액이 주변 암석의 틈을 따라 이동하여
금, 은, 납, 아연, 구리, 수은 등을 포함하는 광물이 정출됨.
*금과 석영의 비열 및 밀도
금(Au): 전기전도체. 불용성. 비열 129 J/kg·℃, 밀도 19.30 g/cm3
석영(SiO2): 전기부도체. 수용성. SiO2 비열 670 J/kg·℃, 밀도 2.66 g/cm3
저의 개인적인 소견을 덧붙이자면.
지각변동에 의해 열과 압력을 받은 지층 내부에서
석영 열수가 광상을 침투해 나가는 동안
특정 광물들이 서로 비열 차이로 인해서,
같은 성분의 광물질들끼리 서로 뭉칠 수 있다는 추론이 가능합니다.
석영은 물에 녹지만 금은 물에 녹지 않는 특성이 있기 때문에
물과 기름의 관계를 생각하면 이해하기 쉽습니다.
즉, 이는 열수 내부에서 석영과 금이 따로 논다는 것을 의미하며
그 연장선에서 금은 금끼리 서로 엉겨붙는 증착 현상 이해도 가능할 것입니다.
한편, 석영 열수가 서서히 식어갈 때에는 석영맥이 형성되면서
석영맥 가장자리 표면을 따라서 극소량의 금 입자들이 미세하게 금 도금하듯이 퍼져나갈 수도 있을 것입니다.
이 연구 논문은 금덩어리가 주로 석영맥에서 산출되는 이유와
석영맥 내부에서 금덩어리의 생성 매커니즘을
유사한 조건의 과학적 실험 사례를 통해서 규명해 내고 있습니다.
아무튼 결론은, 금맥 노다지를 찾고자 한다면
먼저 석영맥부터 찾아보는 것이 지름길 아닐까요!
- 사암(沙巖, Sandstone)
이 석영맥이 형성된 표본의 모암은 퇴적암 사암이므로
사암에 대해서 간단히 살펴보겠습니다.
사암은 운반작용에 의해 입자들이 쌓여 만들어진 쇄설성 퇴적암으로
주로 지름 0.062~2mm인 모래 입자들이 쌓여서 만들어집니다.
사암은 석영 또는 장석이 주성분이고
운모, 각섬석, 석류석, 기타 광물입자도 섞여 있습니다.
석영, 장석과 암편의 양에 따라 석영이 90% 이상일 경우 석영질사암(Quartz arenite),
장석이 25%이상일 경우 장석질사암인 아르코즈(Arkose),
그리고 암편의 양이 많은 경우 암편질사암(Lithic sandstone)으로 분류합니다.
사암은 변성작용을 받으면 규암이 됩니다.
사암은 석유와 천연가스를 저장하는 저류암(貯留巖, Reservoir rock)의 역할을 합니다.
저류암은 일반적으로 기름이나 가스를 품고 있는 빈틈이 많은 암석을 말합니다.
근원암에서 형성된 탄화수소가 이동 중 더 이상 이동할 수 없게 되어
석유 또는 천연가스를 함유하고 있는 암석을 저류암이라고 합니다.
일반적으로 사암과 석회암이 대표적인 저류암이며
화성암이나 변성암도 저류암이 될 수 있습니다.
저류암의 품질은 탄화수소를 머금을 수 있는 공극(porosity)과
탄화수소가 암석을 통하여 이동할 수 있는 능력과 연관되는 유체 투과도(permeability)
그리고 저류암의 부피와 밀접한 관련이 있습니다.
저류암의 공극은 입자의 크기, 분포, 모양, 배열과 같은 퇴적 조직에 의해 1차적으로 형성되며
퇴적물의 다짐, 용해, 고결 작용 등의 속성 과정에 의하여 2차적인 영향을 받습니다.
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