정순현의 2교시 탐구생활

땅속 깊은 맨틀에서 생성된 '금'이 지표에 나타나는 과정

액세서리나 전자부품 등 인간이 널리 이용하는 금(金)은 지구상에서는 맨틀에서 생성되는 것으로 보인다. 이렇게 지하 깊은 곳에서 생성된 금이 어떻게 지표의 금 매장지(giant gold deposits)로 나타나는지에 대해서 미시간대학팀이 연구했다.

지금까지의 연구에서 환태평양 화산대 주변의 화산과 관련된 금 매장지는 맨틀에서 흘러나온 마그마에 의해 지표로 운반되고, 침하대에 위치한 광물에 매우 높은 농도의 금이 존재한다는 것을 알 수 있다. 침하대는 플레이트(plate. 판 구조론에서 판)끼리 부딪쳐 아래쪽에 있는 플레이트가 맨틀에 미끄러져 들어가는 곳을 말한다. 침하대 부근에서는 맨틀이 마그마로 지표로 상승함으로써 화산이 형성된다. 그러나 운반된 금이 지표에 어떻게 나타나는지에 대해서는 밝혀지지 않았다.

그래서 미시간대학의 아담 사이먼 교수 등은 수치모델링을 이용해 지구 맨틀에서 지표로 상승하는 마그마에 금이 농축되는 구체적인 조건을 조사했다. 그 결과, 기본적으로 금은 맨틀 내에서 불활성으로 남겨지는 경향이 있지만, 금이온이 황과 결합해 Au(HS)S3–를 형성하면 이동성이 높아지는 것으로 밝혀졌다. 이것이 맨틀로부터 마그마로 옮겨져 지구 표면으로 운반되고, 냉각되어 최종적으로 금 매장지가 된다는 것을 알게 되었다.

사이먼은 “뉴질랜드나 인도네시아, 필리핀, 일본, 러시아, 알래스카 등 태평양을 둘러싼 이들 나라나 지역에는 수많은 활화산이 존재하고 있다. 이러한 활화산은 모두 침하대의 환경에서 형성되었다. 이러한 활화산이 분화하는 과정과 금광이 형성되는 과정은 거의 같다."고 말했다.

또 ”이번 조사 결과는 특정 침하대가 금이 매우 풍부한 광상(鑛床, 땅속에 유용한 광물이 천연적으로 모여서 채굴의 대상이 되는 부분)을 생성하는 요인에 대해 매우 명확한 답을 제시했다. 이번 연구 결과를 기존 연구와 결합하면 최종적으로 금광상이 어떻게 형성되고, 땅속 탐사에 긍정적인 영향을 줄 수 있는지에 대한 이해가 깊어진다."고 말했다.

원문

Mantle oxidation by sulfur drives the formation of giant gold deposits in subduction zones | PNAS

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2404731121

Study identifies how gold reaches Earth’s surface | University of Michigan News

https://news.umich.edu/study-identifies-how-gold-reaches-earths-surface/

정순현의 티스토리 – ‘Why, 궁금해 궁금해’ http://ququ99.tistory.com

노원신문