빗겨간 탐욕, 4월 탄생석 다이아몬드의 눈물

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호된 공격을 받으며 휴식을 찾던 물질의 비장한 아름다움은 비등, 백열, 억누를 수 없는 압력, 충돌, 그리고 저항할 수 없는 돌연한 연소의 세계에서 살아남고 생겨나는 것이다.… 이 형상들은 역사 이전부터 유래되고 태고적영지에서 온 것들이다.…혹독한 시련 속에서 솟아나온 이런 형상들만큼 확실하게 심오한 미의 전형이 되는 것은 아마도 없을 것이다.
-로제 카이유와(인류학자, 1966년 <보석>)-


예부터 인간은 보석을 신성시했다. 때로는 정신의 상징으로, 때로는 치료제로 인식했다. 각종 종교의 경전에선 다양한 보석들이 영적인 가치를 표현하는 중요한 상징이기도 했다. 신약성서의 예루살렘 성벽에는 도덕적 덕목을 나타내는 에메랄드와 사파이어로 이뤄진 12개의 벽돌이 있다. 이슬람교는 루비를 최후의 심판을 상징하는 보석으로 숭배한다.

다이아몬드를 추앙했던 기록은 고대 로마(1세기) 정치가였던 폴리니우스의 역작 ‘박물지’에서 처음 나온다. 폴리니우스는 다이아몬드를 지상 재산 중 가장 값진 것으로 여겼다. 당시에도 다이아몬드는 루비나 에메랄드에 비해 희소성이 높았다. 고대 로마에선 연금술을 이용한 다이아몬드 모조품 제작에 관한 책자를 ‘분서갱유’하는 일까지 벌어졌다. 희귀한 것은 비싸야 한다는 인식 때문이다.

다이아몬드는 번민을 쫓아내고 육체의 모든 병을 치료해 주는 것으로 여겨졌다. 이같은 미신은 17세기 전후까지도 남아있었다. 희소성 때문이다. 인간은 예부터 희귀한 것을 받들었다. 다이아몬드 추앙 기록이 남은 1세기에서 2000년이 흐른 지금도 다이아몬드에 대한 인간의 탐욕은 돌이킬 수 없는 과오를 남긴다. 얼마 전 꽤 시끄러웠던 CNK다이아몬드 주가조작 사건이 그렇다. 희귀한 것에 대한 인간의 탐욕은 때로는 전설을 만들고 전쟁과 폭력을 낳았다. 다이아몬드를 인공적으로 만드는 실험도 이어졌고 그 결과 과학을 발전시키기도 했다. 바
로 이 순간에도 결혼식 예물의 상징인 다이아몬드. 다이아몬드에 얽힌 탐욕은 역사와 과학을 어떻게 발전시켜 왔을까.

15세기까지 일반 사람들은 보석이 어디서 오는지 전혀 알지 못했다. 막연한 세상 끝이라고 상상했으며 기적처럼 상인들이 구해오는 것으로 믿었다. 기록에 따르면 14세기 연금술사들은 “수컷 다이아몬드와 암컷 다이아몬드가 어린 새끼를 낳고 그 새
끼가 1년 내내 크게 자란다”고 말했을 정도였다.

무지는 전설을 만든다. 기원전 4세기경에 만들어진 ‘다이아몬드 계곡의 전설’이 대표적이다. 흑해 북쪽에는 눈을 마주 보면 돌로 변하는 무서운 뱀이 지키고, 주변엔 굶주린 독수리들이 맴도는 다이아몬드 계곡이 있다는 전설이다. 이 이야기는 여러 곳, 여러 갈래로 전승돼 모험심 강한 신밧드 이야기와 합쳐졌다.

위급한 상황에서 신밧드는 다이아몬드 계곡에 추락한다. 뱀과 독수리, 다이아몬드와 맞닥뜨린 신밧드는 주변 상인들에게 도움을 청한다. 상인들은 전설처럼 양의 가죽을 벗겨 계곡에 던졌고 양의 물컹하고 진득한 시체에 다이아몬드가 들러붙는다. 굶주린 독수리가 다이아몬드를 한껏 붙인 양의 시체를 채가면 독수리에게 겁을 줘 쫓아낸 다음 시체에 붙어 있는 다이아몬드를 회수했다. 독수리의 발톱에 매달려 탈출한 신밧드도 자신의 주머니를 다이아몬드로 가득 채웠음은 물론이다.

다이아몬드 계곡의 전설은 다이아몬드를 찾아다니는 것이 위험천만한 일이라는 인식을 수세기 동안 심어줬다. 전설이긴 하지만 희귀하고 값진 다이아몬드를 얻기 위해 살육(양)과 음모(독수리)를 서슴치 않는 모습으로 묘사된 인간의 탐욕은 1900년대 아프리카로 고스란히 옮겨 간다.

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“내 아들은 아주 착한 학생이었소.(My son was a very good student.)”

2006년 말 개봉한 영화 ‘블러드 다이아몬드’에서 시에라리온 원주민인 주인공의 명대사다. 영화에서 주인공은 현지 반군세력인 혁명연합전선(RUF)의 무자비한 학살과 침공에 마을을 잃고 아들마저 빼앗긴다. 갓 소년티를 벗어난 아들은 RUF에 의해 10대 반군으로 길러지고 나중에 아빠도 알아보지 못하는 학살 기계로 변한다. 아들을 다시 찾으려는 주인공은 갖가지 위기를 만나고 탈진한 상태에서 이 말을 넋두리처럼 내뱉는다. 그의 아들을 악에 몰아넣은 것은 다름 아닌 다이아몬드를 둘러싼 인간의 탐욕이었다.

영화는 다이아몬드를 둘러싼 시에라리온 내전과 분쟁 지역 다이아몬드 밀수를 금지하는 40여개국의 협약인 ‘킴벌리 프로세스(KP)’의 탄생을 다뤘다. 미국의 프리랜스 저널리스트 그레그 캠벨이 직접 시에라리온 내전 현장에 들어가 수년간 취재한 내용을 바탕으로 쓴 책 ‘다이아몬드 잔혹사’가 밑바탕이 됐다.

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시에라리온은 영국의 지리학자들이 1930년대에 처음으로 다이아몬드를 발견한 곳이다. 이곳에서는 세계에서 가장 가치가 높은 다이아몬드 원석들이 채굴됐다. 유럽 광산업자들과 현지 원주민들이 시에라리온으로 몰려들었다. 시에라리온의 다이아몬드는 처음 발견된 이후 줄곧 약탈의 대상이었다. 반군세력은 다이아몬드 밀수를 통해 군자금을 확보했다. 10대 소년들은 손목이 잘려 나가거나, 반군 세력에 가담하거나, 다이아몬드 채취 현장에 노동력을 갈취당했다.

1999년 유엔평화유지군이 배치되기 전까지 시에라리온 내전 상황은 완전히 무시당했다. 시에라리온산 다이아몬드는 전세계 생산량의 4~5%에 불과하다. 2001년 미국 토니 홀 하원이 공개한 자료에 따르면 4~5%밖에 안되는 양의 다이아몬드가 370만명의 목숨을 앗아갔다. 다이아몬드 기업과 밀수꾼, 중간 상인, 테러리스트, 부패한 정부, 반군세력이 만든 광범위한 네트워크가 낳은 결과다. 영원과 사랑, 헌신의 상징이 잔혹한 전쟁의 자금을 대는 데 이용되는 아이러니한 상황을 영화는 고발했다.

다이아몬드는 지표면에서 약 150~200km 아래 있는 탄소 원자들이 수만 기압의 조건에서 1500℃ 이상으로 가열돼 만들어진다. 탄소가 다이아몬드로 변하는 데 적합한 지층을 다이아몬드 안정화 지대라고 부른다. 지질학자들은 지하 깊은 곳에서 가열된 다이아몬드가 화산 폭발시 마그마나 가스와 함께 최고 시속 40km 속도로 지표면을 향해 밀려 올라온다고 추정한다.

지층 속의 온갖 물질들이 뒤섞인 용암이 굳어진 것을 ‘킴벌라이트(남아프리카 케이프 주 북동부에 있는 도시 킴벌리에서 처음 발견돼 그 이름을 따 킴벌라이트라고 땄다)’라고 부른다. 킴벌라이트는 대부분 지표면까지 뚫고 올라오지 못한다. 운좋게 킴벌라이트가 표면을 뚫고 지표에 드러나게 되면 폭발의 강도가 너무 세 다이아몬드는 수킬로미터 떨어진 곳에 산탄처럼 흩뿌려진다.

이러한 킴벌라이트 광맥은 전세계에서 발견되지만 모든 킴벌 라이트 광맥에서 다이아몬드가 발견된 것은 아니다. 러시아나캐나다 등지에서도 다이아몬드가 생산된다. 그러나 보석으로 팔리는 다이아몬드 대부분은 아프리카산이다. 남아공 보츠와나(세계 1위 생산지)를 비롯해 앙골라, 나미비아, 콩고민주공화국, 시에라리온 등 서부 및 남부 아프리카 지역이다.

지질학자들은 아프리카에서 유독 질 좋은 다이아몬드 광산이 발견된 이유에 대해 아프리카의 기후적, 지리적 조건 때문이라고 추정한다. 아래 숨어 있었던 다이아몬드가 수천 년 동안 열대 우림 기후의 폭우, 침식의 영향을 받아 드러났다는 것이다.

‘다이아몬드 잔혹사’ 저자인 그레그 캠벨의 한마디는 그래서 의미심장하다. “지질학, 기후학적으로 시에라리온과 비슷한 특징을 지닌 나라들에게 다이아몬드는 항상 축복이자 저주였다.” 다이아몬드를 향한 인간의 탐욕은 급기야 탄소를 이용해 다이아몬드를 직접 만들고자 하는 시도로 바통을 넘긴다. 천연 다이아몬드와 인조 다이아몬드의 품질 논쟁, 흥미진진한 이야기가 과학의 발전을 통해 전개된다.

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천연 vs 인조, 다이아몬드 품질 경쟁

1955년 미국 제너럴일렉트릭(GE) 연구소는 탄소를 이용해 인공 다이아몬드를 최초로 만드는 데 성공했다. 탄소 동소체인 다이아몬드를 만드는 원리는 간단하다. 다이아몬드가 만들어지는 조건에 탄소를 넣으면 된다.

다이아몬드와 흑연이 모두 탄소로 이뤄져 있다는 것은 잘 알려져 있다. 안정된 상태를 유지하려는 자연의 법칙에 따라 탄소동소체인 다이아몬드와 흑연 중 고온 고압 상태에서는 다이아몬드가 훨씬 안정하다. 고온 고압 상태를 유지한다고 무조건 다이아몬드가 만들어지는 것은 아니었다. 철이나 코발트, 니켈과 같은 촉매 금속이 필요했다. 다이아몬드가 안정한 고온 고압 조건에서 철, 코발트, 니켈은 녹는다. 여기에 탄소 원자를 투입하면 소금이 물에 녹듯 액체로 된 촉매 금속에 탄소가 녹는다. 염전에서 소금을 채취하듯 이 상태에서 촉매 금속(염전으로 비유하면 물)을 제거하면 다이아몬드 결정이 만들어진다.

GE는 반도체적 성질, 최고의 경도, 최고의 광투과성을 자랑하는 다이아몬드가 전략 물자가 될 수 있을 것으로 봤다. 곧 특허를 출원하고 독점했다.

GE가 만든 인공 다이아몬드는 전세계 천연 다이아몬드 유통의 70~80%를 장악하고 있는 영국의 유명 다이아몬드 그룹 ‘드비어스(De Beers)’를 긴장시켰다. 인공 다이아몬드가 넘쳐나면 천연 다이아몬드 값이 내려갈 것이기 때문이다. 다이아몬드를 둘러싼 기업들의 조직적인 탐욕이 시작되는 대목이다.

그러나 GE가 만든 인공 다이아몬드에 대한 시장 반응은 좋지 못했다. 인공 다이아몬드는 불순물로 인해 잡티가 있었으며 드비어스가 유통하는 천연 다이아몬드가 진짜 다이아몬드라는 인식이 퍼졌기 때문이다. 사람들이 왜 비싼 값을 주고 다이아몬드를 구매하겠는가. 희소성과 희귀성 때문이다. 이런 측면에서 인공 다이아몬드는 전혀 매력적이지 못했다.

결국 GE는 독점적 특허였던 인공 다이아몬드 제조법을 공개하기로 결심한다. 그런데 드비어스만 특허를 공유하는 것으로 일단락됐다. 드비어스도 인공 다이아몬드를 제조하는 기업이라는 인식을 사람들에게 심어 드비어스와 GE의 차이를 희석시키려는 의도였다. 드비어스도 손해 볼 게 없었다. 인공 다이아몬드 제조법을 알고 더 열심히 연구하면 된다는 생각이었다.

드비어스와 GE의 공방은 1970년대에 들어 2라운드로 접어든다. 1970년 GE는 보석용으로 사용할 수 있는 투명한 1캐럿 이상 크기의 원석을 합성하는 데 성공한다. 이는 다시 한번 드비어스와 마찰을 만들어낸다.

신경전을 벌이던 두 기업은 결국 협약을 맺게 되는데 GE가 만든 보석용 인공 다이아몬드에 인조 다이아몬드라는 문구를 표기하는 것이었다. 100여 년 간 다이아몬드 사업을 해온 드비어스는 희소성을 갈구하는 인간의 심리와 탐욕을 정확히 읽어낸 것이다.

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과학자들은 메탄(CH4)을 분해해서 나온 탄소(C)를 고온 고압 상태에서 다이아몬드 씨앗(seed)에 자연스럽게 붙이는 실험을 전개하기도 했다. 원래 이 연구는 1950년대부터 이뤄졌다. 메탄에서 나온 탄소는 양이 많아지면 고체 상태로 변한다. 수증기가 포화상태가 되면 물방울이 맺히는 것과 같은 원리다. 이 고체가 원래는 흑연이 돼야 하지만 다이아몬드가 있는 곳에서 1000도 이상의 고열 환경이 되면 열역학적 장벽이 낮아져 다이아몬드 위에 다이아몬드가 생성돼 자라나는 원리다.

이 실험은 짧은 시간 동안에는 성공이었지만 결과는 실패했다. 시간이 지나면서 메탄에서 분리돼 계속 생겨난 탄소가 다이아몬드 씨앗이 아닌 다른 곳에서 생성되면 흑연으로 변했기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 다시 수소를 주입했다. 흑연으로 바뀐 탄소를 메탄 형태의 가스로 만들어 걷어내는 작업, 이른바 에칭을 시켰다. 에칭 작업을 반복해 다이아몬드를 자라나게 한 이 실험은 경제성이 없었다. 생성된 다이아몬드가 시간당 수 옴스트롱(0.1나노미터)에 불과했기 때문이다. 적어도 한시간에 100나노미터(nm) 이상 생성돼야 경제성이 있었다.

구 소련에서는 다이아몬드 연구에 관심이 많았다. 실험 과정에서 덮인 흑연을 빨리 날려보내면 다이아몬드 생성 속도가 빨라지지 않을까 하는 아이디어를 냈다. 수소를 수소 원자로 만들어 탄소와의 반응 속도를 높인 것이다.

수소는 대기 상태에서 분자인 H2 형태로 존재한다. 원자인 H는 불안정한 상태이기 때문이다. 이를 에칭 과정에 응용했다. H2대신 H를 주입하는 것이다. 원자 형태 수소를 만들기 위해 백열 전등에 사용하는 필라멘트 온도를 2000℃ 이상 올려 분자 형태 수소와 반응시켰다. 결과는 대만족이었다. 다이아몬드 생성량이 시간당 마이크로미터 수준으로 올라섰다. 이러한 과학자들의 노력은 이른바 ‘화학적 증착’과 ‘에칭’ 기술로 발전하며 공업용 다이아몬드 제조에 두루 활용된다.

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우주도 인간의 다이아몬드에 대한 탐욕에 화답한 것일까. 최근 들어 우리은하 어딘가 절반 이상이 다이아몬드로 이뤄진 이른바 ‘다이아
몬드 행성’이 존재할 가능성이 제기됐다.

미국 오하이오주립대(OSU) 연구진은 지구 하부 맨틀층의 온도와 압력을 재현한 실험 결과를 이용해 질량이 지구의 15배에 이르고 성
분의 절반이 다이아몬드인 행성이 존재할 가능성을 발견했다고 지난해 말 발표했다.

연구진은 산소보다 탄소가 풍부한 항성계 행성들의 내부 탄소가 지구 맨틀과 유사한 온도와 압력을 받을 경우 어떻게 되는지 연구했다. 모델이 예측한 결과는 놀랍게도 지구와 똑같이 핵과 맨틀을 지닌, 탄소가 풍부한 행성이 형성될 수 있다는 사실을 보여줬다. 이 탄소 행성의 핵은 탄소가 매우 풍부한 강철 형태로 이뤄졌고 맨틀층의 주요 성분은 다이아몬드 형태로 나타났다고 밝혔다.

탄소가 풍부한 항성계 안에서 만들어지는 행성은 화학적 구성 물질이 지구와는 달라진다. 산소가 부족하고 탄소가 많은 환경에서는 탄화수소 분자들이 형성돼 우주 먼지 입자에 들러붙는다. 연구진은 이렇게 형성된 행성 내부의 높은 온도와 압력으로 지구 맨틀층 만큼의 다이아
몬드가 형성될 수 있을 것으로 예측했다.

지난해 말 발표된 연구 결과에 사람들은 흥분했다. 과학자들은 연구진의 실험 모델과 다이아몬드 행성이 실제로 존재할 수 있을지에 관심
을 나타냈다. 몇 개월 앞선 지난해 8월 은하계에서 다이아몬드로 이뤄진 '다이아몬드 행성(PSR J 1719-1438)'이 발견됐다는 연구 결과도 공개됐기 때문이다. 영국 맨체스터대 천문학자를 비롯해 독일, 미국, 호주 등 국제 연구팀이 발견했다고 주장한 이 다이아몬드 행성은 뱀자리에서 약 4000광년 떨어져 있으며 지구보다 5배 정도 큰 것으로 알려졌다. 연구진은 주기적으로 전파나 엑스선을 방출하는 중성자별을 발견하고 그 별을 관찰하다가 주변을 맴도는 다이아몬드 행성을 찾았다고 설명했다. 이 다이아몬드 행성은 별이 줄어들다가 남은 잔해인 것으로 분석됐으며 목성보다는 무겁고 밀도가 높으며 하얀 색의 빛을 발하는 백색왜성이다.

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연구진은 이 다이아몬드 행성이 대부분 탄소와 산소로 이뤄졌다고 설명했다. 수소나 헬륨처럼 가벼운 원소로 구성된 별은 이같은 형태나 외관으로 관찰되기 어려울 것이라고 덧붙였다.

우주물리와 천체에 크게 관심이 없는 사람들의 반응은 더 흥미롭다. ‘저 행성은 도대체 얼마일까?’ ‘당장 우주선을 만들어 먼저 선점해야 하는 것 아닐까?’였다. ‘행성’이라는 단어보다 ‘다이아몬드’라는 말에 집착하는 사람들에게 연구진은 사람들의 상상력에 찬물을 끼얹는 설명을 덧붙였다.

“절반 이상이 다이아몬드로 구성된 행성은 열 전도도가 매우 높은 다이아몬드의 특성상 행성 표면이 열을 가두지 못한다. 만일 이런 행성이 존재한다 해도 생명체가 살 수 없는 차갑고 어두운 곳일 것이다.”

최고의 광채 ‘브릴리언트 컷’도 결국 탄소 덩어리 다이아몬드 품질을 결정하는 기준은 4C(투명도-Clarity, 컬러-Color, 연마-Cut, 중량-Carat)다. 이 중 컷은 가장 찬란하게 빛나는 아름다움을 갈구하는 인간의 탐욕과 관련이 깊다.

제일 좋은 다이아몬드 연마 상태를 일컫는 ‘브릴리언트 컷(Brilliant Cut)’은 빛의 굴절 법칙을 활용해 최대의 섬광과 광채를 가진 다이아몬드를 만들기 위한 가장 정교한 연마 방식이다. 광 투과성이 가장 좋은 물질인 다이아몬드를 여러 각도에서 빛을 받아들일 수 있도록 깎아 빛과 빛끼리 마주쳐 더욱 찬란하게 빛나도록 세공하는 브릴리언트 컷은 오늘날 가장 비싼 사랑과 영원의 증표가 됐다. 이 증표에 전쟁과 폭력, 음모, 협박 등 인간의 탐욕이 낳은 역사와 과학이 얽혀 있다.

최근 국내 한 대형 백화점이 결혼비용, 혼수 등에 관해 예비 신혼부부를 대상으로 진행한 설문조사는 흥미롭다. 발표된 조사결과에 따르면 가구나 가전제품 등 일반 혼수품 비용을 줄이는 대신 예물 비용을 늘려야 한다는 인식이 많았다.

가전제품에 지출하는 비용으로 65%가 200만 원 이하를 선택했다. 예물은 44%가 500만 원 이상의 비용을 들여야 한다고 응답했다. 예나 지금이나 다이아몬드 반지는 사랑의 증표였지만 최근에는 더 비싸고 품격이 높은 다이아몬드 예물을 선호한다. 그러나 본능적인 소유욕을 부추기는 다이아몬드에 얽혀 있는 과학적 명제는 오랜 세월 동안 일관되게 인간의 탐욕 대상이었던 만큼 분명하다. 그 명제는 바로 1000℃가 넘게 열을 가하면 시커먼 흑연처럼 산화하는 탄소 덩어리가 다이아몬드의 과학적 실체라는 사실이다.

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글 : 김민수 기자 minsa@donga.com
과학동아 2012년 04호


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