귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 2. 보석의 형성 과정과 산출
2. 보석의 형성 과정과 산출
1. 지구의 구조
지구의 내부 구조는 서로 다른 속도로 전파되는 지진파의 특성을 관측함으로써 상세
하게 알아낼 수 있다. 그 결과 지구가 고온과 고밀도의 핵, 핵을 둘러싼 맨틀(mantle),
암석으로 구성된 얇은 지각으로 이루어져 있음이 밝혀졌다. 지구의 내부는 층상구조로
되어 있으며, 열과 압력에 의한 방사성 원소의 붕괴로 인해 뜨겁다. 열은 느리게 움직이
는 암석 대류를 통해, 핵의 상층부에서 출발하여 맨틀을 통과한 다음 마침내 차가운 지
각에 도달한 뒤 외부로 방출된다.
(1) 모양과 윤곽
지구 전체의 형상을 지오이드(geoid)라고 한다. 이 지오이드는 지구의 중력과 자전의
상호 작용이 결정하며, 중력은 어느 정도 질량이 있는 물체를 지구라는 구체로 잡아당
긴다. 지구는 거의 완벽한 구형이지만, 매 24시간마다 한 바퀴 회전(적도 지표에서는 시
속 약 1,600km)하기 때문에 이로 인한 원심력이 생겨 적도 둘레에서 중력의 영향이 약
해지고 적도 지방이 극지방에 비해 약 21km 정도 바깥쪽으로 부풀게 된다.
지표면의 지형을 특징짓는 또 하나는 가장 높은 산의 높이와 가장 깊은 해구의 깊이
차이가 20km 가량 된다는 것이다. 이것은 지표면이 서로 다른 두 종류의 지각, 즉 평균
고도가 해수면에서 1km 미만인 대륙 지각과 평균 깊이가 해수면 아래 약 4.5km인 해
양 지각으로 이루어지기 때문이다.
(2) 지각
지구의 층상 구조에서 두께가 가장 얇고 가장 바깥에 위치한 층이 지각이다. 지각은
맨틀 위에 놓이며, 지각과 맨틀의 경계는 모호로비치치 불연속면을 통해 구분된다. 전
체적으로 볼 때, 지각은 규소, 알루미늄, 칼슘과 같은 상대적으로 가벼운 원소들을 많이
포함하고 있기 때문에 맨틀보다 밀도가 낮다.
<표 1-1>은 지각을 구성하는 주요 원소이며 이들은 지각 전체의 약 98.6%를 차지하
고 있다. 지각은 [그림 1-5]와 같이 대륙지각과 해양지각으로 구분된다. 대륙지각은 산
소를 제외하면 규소와 알루미늄이 많고 해양지각은 규소와 마그네슘 성분이 많은 특징을 가진다.
1) 대륙지각
주요 대륙의 대부분과 대륙 가장자리의 얕은 바다들을 형성하는 대륙지각은 전체 지
구 표면의 1/3을 차지한다. 대륙지각은 화성암, 변성암, 퇴적암과 같은 다양한 암석으로
구성되어 있다.
2) 해양지각
해양지각은 지구 표면의 2/3 이상을 형성한다. 주로 현무암질 암석으로 구성되어 있
고 감람석, 휘석 등이 주된 광물이다. 대륙지각에 비해 철과 마그네슘의 함량이 많고 알
루미늄의 양은 적다. 따라서 밀도는 대륙지각(2.7g/㎤)에 비해 해양지각(3.0g/㎤)이 더 높다.
(3) 핵과 맨틀
1) 핵
지구의 총질량과 지표 가까이 있는 암석의 밀도를 비교해 본다면 핵은 분명히 지각보
다, 그리고 맨틀보다 밀도가 높아야 한다. 지구와 같은 시기에 생성된 오래된 철질운석
(鐵質隕石)이 니켈과 철의 합금으로 이루어진 것으로 보아 지구의 핵은 대부분 철과 니
켈로 이루어져 있을 것이며, 그 중 8∼12%(무게 비율)는 더 가벼운 원소인 황(S)일 것으
로 추측된다. 어떤 지진파들은 핵을 직접 통과하지 못해 암영대(暗影帶)를 만드는 반면
에 다른 지진파들은 핵을 통과한다는 사실은, 액체 상태의 금속으로 이루어진 외핵 안
에 고체의 내핵이 존재함을 알려 준다.
2) 맨틀
맨틀 물질은 주로 상대적으로 밀도가 높은 규산염 광물로 이루어져 있다. 이중 일부
물질은 원자가 조밀하게 배열되어 있다. 이것에 대한 직접적인 증거는 상부 맨틀 물질
들의 덩어리인 포획암(捕獲岩)에서 발견할 수 있는데, 포획암은 지표면 아래 깊은 곳에
서 발생한 화산 활동을 통해 가끔씩 지표로 운반된다. 포획암은 보통 이산화규소(SiO2)
가 적은 감람암(橄欖岩, peridotite)으로 구성되어 있다. 마그마(magma)는 맨틀 상부에
서 만들어진다. 지구의 단단한 외부 지각의 한 부분을 판(plate)이라고도 하는데, 판을
움직이게 하는 대부분의 열은 지구 내부 깊은 곳에 있는 방사성 원소로 원소들의 붕괴로
부터 나온다. 지구 표면에 흩어져 있는 화산들은 압력을 방출하고 내부 열의 일부를 배
출하는 밸브 역할을 한다. 더불어 맨틀 내에 있는 마그마의 운동에 의해서 거대한 운동
이 진행되고 있다.
2. 광물과 암석
(1) 광물
광물(鑛物, mineral)은 ‘천연 에서 무기적 과정으로 생성된 균질한 고체로서, 일정한
화학성분과 물리적 성질, 그리고 일정한 결정구조를 가지는 물질’이다. 광물을 연구하는
것은 보석은 물론이고 지구와 행성들의 기원과 진화를 이해하는 데 도움이 된다. 대부분의 광물은 원자(原子)로 이루어진 고체 결정이다. 이 원자들은 규칙적으로 반복되는
패턴을 보이며 이 패턴에 따라 광물의 결정구조와 모양이 정해진다. 그러면, 여기에서
광물의 정의에 대한 구체적 의미를 상세히 이해할 필요가 있다.
광물은 우선 자연계에서 산출되는 천연물질(天然物質) 이어야만 한다. 실제로 다이아
몬드, 루비, 에메랄드, 가닛 등 대부분의 보석물질들은 모두가 자연계에서 산출되는 천연물질이다.
‘무기적(無機的) 과정으로 생성된’이란 뜻은, 광물은 성인적(成因的)으로 동물이나 식
물의 생태(生態)와는 무관하게 만들어지는 물질이어야 한다는 뜻이다. 바다 밑에 사는
산호충에 의해 만들어지는 산호(珊瑚), 태고에 생존하던 침엽수(針葉樹)에서 흘러나온
송진이 굳어져 생기는 호박(琥珀), 바다 또는 호수에 사는 조개에서 만들어진 진주(眞
珠) 등은 성인적으로 동물이나 식물과 연관성이 있으므로 광물이 아니다.
‘일정한 화학성분과 물리적 성질’이라 함은, 광물은 하나 또는 여러 종류의 화학원소
가 일정한 비율로 결합되어 있는 화합물(化合物)이며, 동일한 광물일 경우에는 그 산출
지와는 관계없이 항상 그 기본적인 화학성분, 굴절률 뿐만 아니라 비중, 경도 등과 같은
물리적 성질도 일정하다는 뜻이다. 예를 들면, 다이아몬드는 산출지와는 상관없이 항상
한 종류의 탄소(C) 원소로만 이루어져 있으며, 굴절률(2.417), 비중(3.52), 모스경도(10)
등이 일정하다. ‘일정한 결정구조(結晶構造)’라는 뜻은, 광물은 이를 구성하는 원자가 규
칙적인 방식으로 정렬되어 있어야 한다는 의미이다. 이처럼 원자들이 공간적으로 어떤
일정한 방향으로 배열되어 있는 물질의 내부 상태를 결정질(結晶質, crystalline)이라고
한다. 다이아몬드는 사면체의 결합이 연속되는 등축정계(等軸晶系)의 결정구조를 가지
며, 에메랄드는 구성 원자들이 육각형으로 결합되어 있는 육방정계(六方晶系)의 구조를
가지고 있다. 이에 반해 흑요석, 오팔, 유리 등은 구성 원자가 일정하게 정렬되어 있지
않은데, 이런 상태를 비정질(非晶質, amorphous)이라고 한다. 한편, 결정질 고체라 하
더라도 모두가 광물이 되는 것은 아니다. 즉, 합성 다이아몬드는 천연 다이아몬드와 동
일한 원자배열을 취하는 등축정계의 합성물질이지만, 인공적으로 만들어졌으므로 광물
이 될 수 없다. 이처럼, 광물은 모두 결정질 상태이다. 한편, 흑요석이나 오팔처럼 자연
계에서 산출되기는 하지만, 비정질 상태인 것을 준광물(準鑛物)이라고 한다.
최근에는 자연계에서 광물이 생성되는 환경과 비슷한 온도, 압력 등의 조건을 조성
(造成)한 후, 화학 원료들을 그런 조건에서 반응시키는 방법으로 자연계에서 산출되는
광물과 똑같거나, 혹은 유사한 물질을 다양하게 만들어내고 있다. 이와 같이 실험실이
나 공장에서 만들어 내는 물질을 인공물질(人工物質, man-made material)이라고 하
는데, 이들 인공물질은 자연계에서 만들어진 것이 아니므로 광물로는 취급되지 않는다.
액체 상태인 물은 광물이 아니지만 한 겨울에 물이 얼음으로 변했다면 이는 광물이다.
그러나 냉동실에서 만들어진 얼음 덩어리는 인공적으로 만든 것이므로 광물이 아니다.
인공물질로 만든 보석을 인공석(人工石, man-made stone)이라고 하며, 인공석은 합
성석, 인조석, 모조석으로 분류된다.
1) 광물의 형성
각 광물들의 특징은 화학 원소의 조합 방식과 그 원자의 배열에 따라 결정된다. 기체
나 액체가 고체로 결정화될 때 만들어지는 광물의 최종 구조는 일반적으로 원자들이 3
차원으로 규칙적, 반복적으로 배열되는 것이다. 즉, 격자구조가 반복된다. 결정 격자구
조는 동일한 모양의 조직과 규칙적인 원자 배열이 반복됨으로써 자라난다. 어떤 광물들
은 잘 발달된 결정구조를 가졌으나 대부분의 광물은 다른 조직과 성질을 가진 물질을 포
함한 결합체이다. 1차 광물은 모암(母岩)과 같은 시기에 형성되어 같은 성분을 갖고 있
으나 침식과 변성 작용 등을 통해 그 성분이 변하면 2차 광물이 된다.
2) 광물의 분류
현재까지 3,000개 이상의 광물이 발견되었지만 지구 표면에서 흔히 볼 수 있는 암석
을 이루는 주요 광물은 30여종에 불과하며 많은 수가 비슷한 성질을 가지고 있다. 이런
유사성 덕분에 광물을 여러 그룹으로 분류할 수 있는데 분류 기준은 구리나 칼슘과 같은
특정 원소가 아니라 산화염이나 규산염 같은 화합물에 근거한다. 이러한 분류는 그룹에
속한 광물들이 같은 지질학적 환경에서 산출되기 때문에 더 의미가 있다. 광물은 양이
온과 음이온이 전기적 균형을 이루며 결합된 안정된 화합물이다. 양이온과 음이온의 전
기적 균형은 광물의 화학식에 반영된다. 주로 철(Fe)과 같은 금속 원소가 양이온이고 화
학식의 가장 앞에 쓰인다. 다음에 음이온이 오는데, 주로 산소(O), 황(S)과 같은 비금속
원소가 음이온이다. 혹은, 경석고(硬石膏, CaSO4)처럼 금속원소가 양이온, 황산염(SO4)
과 같이 음성 전기를 띤 화합물이 음이온을 이루기도 한다.
(2) 암석
지각은 암석(岩石, rock)이라고 불리는 단단한 물질로 이루어져 있다. 암석은 천연적
으로 생성된 한가지 이상의 광물의 조합이며, 유기질 보석과 인공석을 제외한 모든 보
석 광물은 지각에 있는 암석 내에서 산출된다. 지구의 암석 대부분은 흙과 식물에 의해 덮여 있다.
지구 암석의 엄청난 다양성은 수억 년에 걸친 지질학적 과정의 산물이다. 화성(火成)
활동, 변성작용, 퇴적작용 등이 그러한 지질학적 과정이다. 기본적으로 지구의 암석은
지구 내부에서 형성된 것이다. 그러나 외계에서 온 운석들이 지표에서 발견되기도 한
다. 암석은 여러 종류의 광물로 이루어져 있으며, 동일한 암석이라도 구성 광물의 함량
이 정확히 같지는 않다. 지구상의 암석은 어떻게 형성되었느냐에 따라 다음과 같이 화
성암, 퇴적암, 변성암으로 나뉜다.
1) 화성암
고온 용융 상태의 마그마가 땅 속 깊은 곳에서 서서히 굳어지거나 또는 어떤 균열대
를 따라 지표로 솟아나온 후 굳어져 만들어진 암석을 화성암(火成岩, igneous rock)이
라 한다[그림 1-7]. 화성암은 형성된 위치에 따라 다시 심성암(深成岩, plutonic rock)
과 화산암(火山岩, volcanic rock)으로 분류된다. 심성암은 마그마가 땅 속 깊은 곳에서
천천히 냉각되어 만들어지며, 이때 마그마 내에 있는 100여종의 원소들이 서로 결합하
여 육안으로도 식별이 가능할 정도의 크기인 광물결정을 형성하게 된다. 심성암에는 반
려암, 섬록암, 화강암, 페그마타이트 등이 있으며, 반려암 내에는 페리도트, 화강암에
는 수정, 페그마타이트에는 투어멀린, 베릴, 토파즈와 같은 보석광물이 산출된다. 특히,
페그마타이트는 규소가 많은 화강암질 관입암체로 거대 결정을 포함하고 있으며, 붕소,
베릴륨, 리튬과 같은 희귀 원소와 산업용 광물이 많이 포함되어 있다.
화산암은 고온, 고압 상태의 마그마가 지각에 발달한 균열 등의 어떤 통로를 따라 분
출한 후 급격히 식어져서 만들어진 암석으로서 구성광물의 입자 크기가 작아서 육안으
로는 식별이 안 되는 경우가 많다. 화산암에는 현무암, 안산암, 유문암, 킴벌라이트 등
의 암석이 있으며, 현무암 내에는 루비와 사파이어, 킴벌라이트에는 다이아몬드가 산출되고 있다.
2) 퇴적암
암석이 지표에 노출되면 비, 바람, 눈, 빙하작용 등에 의해 끊임없이 풍화되어 물, 바
람, 빙하 등에 의해 운반된 후 호수 또는 바다 밑에서 쌓이게 된다. 이때 쌓여진 물질을
퇴적물(堆積物)이라 하며, 층층이 쌓인 퇴적물들이 오랫동안 눌려 단단해지면 이를 퇴
적암(堆積岩, sedimentary rock)이라 부른다[그림 1-8]. 지구상의 퇴적 환경은 아주
다양하여 많은 종류의 퇴적물과 퇴적암을 생성해 내고 있다. 오래된 강, 사막, 바다에
서 만들어진 모래와 진흙 등과, 화산이나 빙산과 관련된 퇴적물들 모두가 지구의 층서
(層序) 기록 속에 보존되어 있다. 퇴적물 또는 퇴적암 내에는 풍화되기 전의 화성암 또
는 변성암 내에 있던 보석광물이 그대로 퇴적물에 섞여 있을 수도 있고(다이아몬드, 루
비, 사파이어 등), 퇴적암 사이를 흐르는 지하수나 지표수의 작용에 의하여 보석광물이
직접 생성될 수도 있다(오팔, 터키석, 공작석, 칼세도니 등). 퇴적암에는 입자의 크기에
따라 가장 조립(造粒)인 역암에서부터 사암, 그리고 가장 세립(細粒)인 셰일(shale) 등을
포함한 쇄설성 퇴적암과 석회암과 같은 물의 증발이나 화학적 침전(沈澱)에 의한 화학적
퇴적암, 생물의 유해가 쌓여서 만들어진 유기적 퇴적암으로 구분된다.
3) 변성암
화성암과 퇴적암이 지하에서 높은 온도를 가지는 마그마의 관입(貫入)을 받거나 조산
운동(造山運動)에 의한 높은 압력을 받게 되면 원래 암석의 화학성분, 구조, 조직 등에
변화가 일어나 새로운 형태의 암석이 만들어지는데 이를 변성암(變成岩, metamorphic)
이라 한다. 뜨거운 마그마가 주변의 차가운 암석으로 관입되어 열에 의해 변성되면 접
촉변성작용(接觸變成作用, contact metamorphic)을, 조산운동과 같은 동역학적 작
용이 활발한 지역의 압력에 의해서 변성되면 동력변성작용(動力變成作用, dynamic
metamorphic)을 받았다고 한다[그림 1-9]. 사암과 석회암이 접촉변성작용을 받으면
각각 규암(硅岩, quartzite)과 대리암(代理岩, marble)이 된다. 셰일이 동력변성작용을
받으면 압력이 점점 커짐에 따라 점판암, 천매암, 편암, 편마암으로 변한다. 편암 또는
편마암 내에는 루비, 사파이어, 가닛 등이 산출되며, 버마(미얀마)의 대리암 내에서는
루비가 산출된다.
(3) 운석
외계에서 온 유성체가 대기 중에서 완전히 소멸되지 않고 지상에 까지 떨어진 광물을
운석(隕石, meteorite)이라 한다. 철과 암석으로 이루어진 천연물질이 매일 대기권을 통
과해 우주에서 지구로 떨어지고 있으며, 먼지만한 작은 입자에서 무게가 수 톤에 이르
는 거대한 덩어리까지 그 크기는 다양하다. 운석은 그들의 화학적 특성, 조직, 내부구조
가 태양계의 초기 역사에 대한 실마리를 주기 때문에 상당한 과학적 관심의 대상이다.
운석의 성분에 따라 철질운석(鐵質隕石), 석철질운석(石鐵質隕石), 석질운석(石質隕
石)의 세 가지로 분류한다. 철질운석은 거의 철과 니켈로 구성되어 있고, 소량의 트로일
라이트, 코헤나이트, 흑연, 다이아몬드가 함유되어 있다. 석철질운석은 철 및 니켈과 규
산염 광물이 서로 비슷한 양으로 함유되어 있는 운석이며, 규산염은 주로 감람석, 장석
및 유리질 물질로 구성되어 있다. 석질운석은 주로 감람석, 장석, 휘석의 규산염 광물이
주성분이고 소량의 트로일라이트, 자철석, 크롬철석 및 유리질 물질을 함유하고 있다.
3. 보석 광물의 생성과 산출
(1) 보석 광물의 생성
이미 앞에서 언급하였듯이 보석 광물은 화성암, 퇴적암, 변성암 모두에서 발견된다.
보석은 화성암 내에서 바로 형성되거나, 녹은 암석에서 분출되는 가스나 뜨거운 용액으
로부터 형성될 수 있다. 또한 격렬한 분출에 의해 보석이 맨틀이나 지각 깊은 곳으로부
터 지표면으로 운반될 수도 있다. 어떤 보석들은 열과 압력이 암석들과 광물을 융해시
키지 않고 성질을 변화시키는 변성작용에 의해 형성된다. 융해된 암석 덩어리들은 조산
활동을 하는 동안 형성되는데, 이러한 조산활동은 대규모의 변성작용에 필요한 열원을
제공한다. 지표면 근처의 암석을 통해 흐르는 물이 풍부한 광물 성분을 함유하여 축적
되면서 보석이 형성되기도 한다. 보석이 침식에 의해 모암으로부터 떨어져 나왔을 때에
물은 보석들을 분류하고 한 곳으로 모아 수익성 있는 광상을 만드는데 중요한 역할을 한
다. 천연에서 보석 광물이 생성되는 환경은 다음과 같다.
1) 마그마로부터의 정출
규산염 광물이 녹은 거대한 액체 덩어리를 마그마가 주위로부터 열을 계속 공급받지
못하면 천천히 냉각되는데 이때 화학 원소들이 결합하여 광물이 만들어진다. 다이아몬
드, 루비, 사파이어, 페리도트, 지르콘, 토파즈, 베릴, 스포듀민, 투어멀린, 수정 등이 이
환경에서 만들어진다.
2) 심열수로부터의 정출
암석 사이를 흐르는 지하수가 심부(深部)에 있는 마그마로부터 열을 받으면 수백도
까지 뜨거워진다. 이 뜨거워진 물을 심열수(深熱水)라고 한다. 심열수가 암석 주변을 오
랜 기간 동안 흐르게 되면 자연히 주변 암체(岩體)에 있던 많은 원소들을 용해하게 된
다. 만약 이 열수가 암석 내에 발달한 단층과 같은 균열대(龜裂帶)를 충전하거나 혹은
온도가 낮아지면 용해도가 감소하게 되어 용해물질 대부분을 광물로서 정출(晶出) 시키
게 된다. 자수정, 백수정, 에메랄드, 황철석, 형석 등이 이런 환경에서 만들어진다.
3) 접촉변성작용에 의해 만들어지는 경우
기존의 암석에 지하로부터 고온의 마그마가 관입하면 마그마 관입체와 접촉(接觸)하
는 기존 암체는 마그마로부터 새로운 화학 원소 뿐만 아니라 열을 공급받아 새로운 화합
물의 광물을 만들게 된다. 이런 과정을 통해 루비, 사파이어, 스피넬, 크리소베릴, 라피
스라줄리 등이 만들어진다.
4) 동력변성작용에 의해 만들어지는 경우
기존의 암석이 동역학적(動力學的) 작용이 수반되는 엄청난 압력을 받게 되면 암석
을 구성하고 있던 광물들이 서로 반응하여 높은 압력 조건에 안정된 새로운 광물을 만든
다. 에메랄드, 크리소베릴, 가닛, 비취, 루비, 아이올라이트 등이 만들어진다.
5) 천열수로부터의 정출
지표 가까이 흐르는 지하수나 빗물 등도 주변 암체를 구성하고 있는 성분 원소를 용
해시킨다. 이를 천열수(淺熱水)라고 하며, 온도는 100℃ 이하이다. 이와 같이 온도가 비
교적 낮은 열수가 지표 가까이 흐르다가 온도의 하강, 또는 수소이온 농도인 pH(산도,
acidity : 酸度), 자연 용액의 산화·환원 능력인 산화·환원 전위(電位)를 나타내는 단
위인 Eh(볼트) 등의 변화가 생길 경우 용해되어 있던 성분을 정출시킨다. 터키석, 오팔,
칼세도니, 공작석 등이 그 예이다.
(2) 보석 광물의 산출
보석 광물이 집중적으로 산출되는 대표적 공급원은 다음과 같다.
1) 페그마타이트
페그마타이트는 수증기 압력이 높은 상태에서 만들어지기 때문에 거대한 광물 결정
들로 이루어져 있다. 이때 희귀한 광물도 많이 만들어진다. 자수정, 황수정, 백수정, 문
스톤, 아마조나이트 등과 같은 조암광물(造岩鑛物) 뿐만 아니라 베릴, 투어멀린, 토파
즈, 스포듀민, 크리소베릴, 아파타이트(인회석), 지르콘과 같은 보석 광물이 집중적으로
산출될 수 있다. 마다가스카르에 있는 페그마타이트는 보석 광물의 보고(寶庫)로서 유명하다.
2) 킴벌라이트
다이아몬드를 함유하는 염기성 내지 초염기성 암석으로서 각력암질(角礫岩質) 조직
을 나타내는 것이 특징이다. 킴벌라이트는 원추형 모양을 하고 있어서 킴벌라이트 파이
프(kimberlite pipe)라고도 한다. 킴벌라이트의 성인에 대해서 아직은 명확히 알려진 바
가 없으며, 킴벌라이트에 수반되는 다이아몬드가 킴벌라이트 암석이 만들어 질 때 생성
된 것인지, 아니면 킴벌라이트가 지표로 분출할 때 포획된 포획물인지는 아직 확실치가
않다. 킴벌라이트는 남아프리카 공화국, 러시아, 캐나다, 중국 등지에 분포한다.
3) 변성암
버마(미얀마) 북부에 분포하고 있는 대리암과 태국 및 인도의 편마암 내에는 루비, 사
파이어, 스피넬 등이 풍부하게 존재한다. 콜롬비아의 편암 내에서는 에메랄드가 산출된다.
4) 충적광상
모래 또는 자갈로 형성된 지층 부분을 충적층(沖積層)이라고 하는데, 만약 그 층이 주
로 모래로 되어 있으면 이를 사층(砂層), 모래와 자갈로 혼합되어 있으면 이를 사력층
(砂礫層)이라 한다. 따라서 사층 내에 보석 광물이 다량 들어 있으면 이를 사광상(砂鑛
床)이라고 하고, 사력층 내에 보석 광물이 묻혀 있으면 사력광상(砂礫鑛床)이라고 한다.
그리고 사광상과 사력광상을 합쳐서 충적광상(沖積鑛床)이라고 부른다. 아프리카의 나
미비아 및 호주의 바다 연안에는 다이아몬드를 다량 함유하고 있는 사광상이 존재한다.
스리랑카, 파키스탄, 브라질에는 보석을 많이 함유하고 있는 사력광상이 있다. 사력광
상은 대체로 지하 3∼5m에서 집중적으로 산출된다. 그곳은 과거에 큰 강의 바닥이었던
곳으로 풍화작용을 받은 후 물에 의해 운반되어 온 보석광물들이 마치 퇴적물 형태로 쌓
인 것이다. 베트남과 태국에 걸쳐서 분포하는 충적층에도 루비, 사파이어, 지르콘 등이
존재한다.
4. 주요 보석의 산지
(1) 다이아몬드 산지
다이아몬드는 주로 킴벌라이트와 충적광상에서 채광된다. 킴벌라이트에서 다이아몬
드를 생산하는 대표적인 곳으로는 남아프리카 공화국의 프리미어광산, 킴벌리광산, 핀
쉬광산, 보츠와나의 오라파광산 등이 있으며, 캐나다, 러시아, 호주, 브라질 등지에도
유명한 킴벌라이트 광산이 있다. 나미비아, 호주, 짐바브웨, 자이레, 볼리비아 등지에서
는 모래 또는 자갈로 된 충적광상에서 다이아몬드를 캐내고 있다. [그림 1-12]는 세계의
다이아몬드 산지와 연마 및 무역 센터를 나타낸 것이다.
(2) 루비 산지
루비의 모암(母岩, host rock)은 페그마타이트(스리랑카), 현무암(캄보디아), 각섬암
(탄자니아), 대리암(버마(미얀마), 스리랑카), 안산암(미국) 등 매우 다양하다. 충적층에
도 양질의 커런덤 광상이 발달하는데, 루비의 대표적인 산지인 버마(미얀마)의 모곡 지
방과 태국의 칸차나부리 지방에서는 점토질 역암 내에서 채광한다. 스리랑카에서는 남
서부 지방인 라트나푸아 지역이, 탄자니아에서는 북서부에 있는 움바강 상류지역, 캄보
디아의 파일린 지역이 대표적 산지이다.
1) 버마(미얀마)
세계에서 가장 아름다운 루비를 산출하는 곳은 버마(미얀마)의 모곡(Mogok)지역이
다. 모곡산 루비는 대리암을 모암으로 하는 접촉변성 지역에서 발견된다. 대리암에서
발견되는 루비는 철 불순물이 극히 적어 순수한 크롬에 의한 아름다운 적색이 나타난
다. 크롬 성분은 자외선 형광에 강한 반응을 보이는 반면에 철 성분은 형광을 억제시키
는 성질이 있기 때문에 버마산 루비는 자외선 형광에서 강한 형광 반응이 나타난다. 대
부분의 루비들이 외관을 향상시키기 위해 열처리를 하게 되는데 이때의 고온으로 인해
루비 내의 내포물에 변형을 가져온다. 하지만 최상질의 버마산 루비[그림 1-13]에는 열처리를 하지 않는다. 따라서 천연의 내포물들이 변형되지 않고 그대로 있다는 것은 산
지의 증명뿐만 아니라 처리를 하지 않았다는 증거가 된다. 이러한 루비는 상당히 높은
가격으로 거래된다.
몽슈(Mong Hsu)산 루비는 1980년대부터 산출되었지만 내부에 있는 육각형의 어두
운 패치(patch) 때문에 전체적으로 어둡고 자색기가 강해 인기가 없었으나, 태국 업자
들에 의해 고온으로 열처리하는 방법이 개발되면서 1993년 이후에는 태국산을 대체하
여 시장을 석권하게 되었다. 열처리는 이러한 어두운 중심 부분의 블루 패치를 제거하
여 전체적으로 아름다운 적색으로 만드는데, 일부는 열처리 과정에서 백색의 불투명한
부분이 발생되어 루비의 투명도를 더 떨어뜨리거나 어두운 중심부에 백색의 육각형의
컬러 조닝(color zoning)이 만들어 지기도 한다.
2) 태국
커런덤을 비롯한 보석 광상은 태국 전역에 걸쳐 분포되어 있지만 대부분은 태국 동쪽
캄보디아 국경 지역과 접해 있는 찬타부리(Chantaburi) 근방 보 라이(Bo Rai) 광산에서
산출된다. 태국산 루비[그림 1-13]는 현무암에서 생성되었기 때문에 철 성분이 상당량
포함되어 있다. 철은 자외선 형광 반응을 억제시키기 때문에 자연광에서 보았을 때 버
마산 루비와 같은 밝은 형광이 없어 전체적으로 어두워 보이는 경향이 있다. 이런 경향
으로 인해 태국산 루비는 버마산 루비에 비해 그다지 중요하게 생각되지 않았었다. 그
러나 1960년대 후반 버마(미얀마)가 정치적으로 불안하게 되고 광산 또한 국유화되면서
루비의 공급이 원활치 못하게 되었고, 태국에서는 열처리의 발달로 어두운 기를 제거하
는 기술이 향상되면서 태국산 루비는 급속히 시장을 점유하게 되었다. 1980년대 중반에
는 세계에서 거래되는 루비 중 70∼90%가 태국산이었다. 1990년 중반 이후 태국산 루
비는 거의 고갈되었고, 당시 채굴된 결정들은 대부분 평평하고 납작한 원석으로 발견되
었다. 이 무렵 버마(미얀마)의 몽슈에서 새로운 광산이 발견되면서 태국산 루비는 급격
히 자취를 감추게 되었다.
3) 스리랑카
과거 실론(Ceylon)이라는 국명으로 알려진 스리랑카는 버마(미얀마), 태국, 마다가스
카르와 더불어 유색 보석의 4대 산지로 알려져 있다. 버마(미얀마)는 루비의 생산량이
90%이고 사파이어가 10%라면, 스리랑카는 90%가 사파이어이며 10% 정도가 루비이다.
전반적으로 스리랑카산 루비는 명도가 옅은 것이 대부분이지만, 모곡산 루비 못지않은
아름다운 루비도 드물게 산출되고 있다.
4) 베트남
베트남은 버마산 루비와 같이 대리암을 모암으로 하기 때문에, 모든 특성은 버마산
루비와 비슷하다. 실제로 시중에서 거래되는 베트남산 루비가 버마산 루비와 섞여 거래
되기도 한다. 그러나 유통 과정에서 합성을 천연과 함께 섞어 판매한다든가, 정부의 과
도한 규제와 산출량의 한계 등 여러 가지 악조건이 겹쳐 현재 태국 시장에는 거의 찾아
보기 어렵게 되었다. 합성석을 섞어 판매를 한다는 것은 베트남산 루비 전체의 신용을
실추시킴으로써 산업으로 형성시키지 못한 요인이 되었다.
5) 동아프리카
아프리카의 케냐와 탄자니아는 커런덤의 중요한 산지이다. 케냐산 루비는 차보라이
트 산지로 잘 알려져 있는 차보 국립공원에서 산출된다. 높은 품질의 루비 생산은 드무
나, 대리암을 모암으로 하기 때문에 크롬 함유량이 높고 철분이 적어 강한 형광성을 나
타내므로 외관으로는 미얀마산 루비와 흡사하다. 한편 탄자니아는 거대한 루비 매장량
을 가지고 있다고 추정된다. 특히 케냐와 접경에 있는 아루샤(Arusha) 지역과 남부의
송게아(Songea)에서 산출되는 루비와 사파이어는 색이 짙어 인기가 있었지만 요즘은
산출량이 거의 없다. 2008년에 탄자니아의 윈자(Winza) 지역에서 가열 처리하지 않은
루비가 출현하면서 커다란 관심이 일고 있다. 윈자산 루비는 기존의 천연 루비에서 거
의 볼 수 없는 특징적인 내포물이 존재하며, 청색을 거의 포함하지 않은 채도가 높은 적
색이 특징이다.
6) 그 외의 산지
동남 아프리카의 말라위, 마다가스카르, 모잠비크, 중앙아시아의 히말라야, 아프가니
스탄, 파키스탄, 타지키스탄, 네팔 등에서도 루비가 산출되고 있다.
(3) 사파이어 산지
호주에서는 뉴사우스웨일스 지방에 있는 현무암 내에서 사파이어가 산출되며, 태국
의 칸차나부리, 인도의 카슈미르 등지에서도 양질의 사파이어가 생산된다.
1) 스리랑카
스리랑카는 기원전부터 사파이어를 비롯해 루비, 토파즈, 알렉산드라이트, 자수정,
캐츠아이, 가닛, 투어멀린, 문스톤 등 많은 종류의 보석들이 산출되고 있는 가장 중요한
보석 산지중 하나이다. 특히 블루 사파이어는 2000년 이상을 세계에 공급해 온 최대의
산지이다. 인도의 카슈미르나 미얀마산 사파이어가 최고의 품질로 알려져 있지만 이들
은 너무 희소해 시중에서 보기 힘들고 상대적으로 쉽게 접할 수 있는 최고 품질의 사파
이어는 스리랑카산 사파이어이다. 스리랑카는 오래 전부터 티타늄과 철의 불순물을 포
함한 게우다(geuda)라는 원석이 생산되고 있다. 이 원석은 무색 또는 옅은 청색으로 별
로 아름답지 못해 보석용으로 사용되지 못했으나, 1970년대 중반에 태국에서 게우다 원
석에 열을 가하면 아름다운 블루 사파이어가 된다는 사실을 발견하였다. 게우다 원석에
1,600℃ 이상의 열을 가하면 티타늄과 철의 불순물이 전하를 주고 받으며 투명도와 광
택이 좋은 선명한 청색으로 바뀐다.
2) 인도
히말라야 서부, 인도의 북서쪽에서 파키스탄의 북동쪽으로 펼쳐져 있는 산악지대에
위치한 카슈미르(Kashmir) 지방의 인도 영역에서 아름다운 사파이어가 발견된 것은
1881년경이다. 현재는 산출량이 극히 드물며, 인도의 자이푸르(Jaipur)에서 조금씩 연
마되어 유통된다. 카슈미르산 사파이어의 아름다움은 벨벳과도 같은 부드러운 청색에
있다. 카슈미르산 사파이어는 보통 열처리되지 않는다.
3) 버마(미얀마)
버마(미얀마)의 모곡 지역은 루비 산지로 유명하지만 드물게 아름다운 사파이어도 산
출된다. 짙은 청색이면서도 채도가 뛰어나 사람들의 사랑을 받지만 산출량이 너무 적어 시중에서 흔히 보기는 어렵다.
4) 마다가스카르
마다가스카르는 동아프리카에 위치한 세계에서 4번째로 큰 섬으로 유색 보석 4대 생
산지 중 하나로 꼽힐 만큼 중요한 산지 중의 하나이다. 일라카카(Ilakaka)에서 생산되는
최상질의 사파이어는 카슈미르나 스리랑카산 사파이어에 필적할 만한 품질을 가지고 있
다. 마다가스카르에서 산출되는 사파이어는 대부분 1 캐럿 이하이지만 일부는 수십 캐
럿이 넘는 양질의 사파이어도 있다.
5) 캄보디아
캄보디아의 파일린(Pailin)은 캄보디아 서쪽 태국과의 국경 접경 지역에 있다. 이 지
역에서 생산되는 사파이어는 큰 사이즈의 경우에 고품질은 드물지만 작은 사이즈는 좋
은 품질이 생산돼 한때는 세계 생산량의 약 50%까지 차지했던 적도 있었다. 일반적으로
태국산 사파이어보다는 좋은 품질로 평가되지만, 스리랑카산에 비해서는 너무 짙고 투
명도나 채도가 떨어지는 것이 보통이다.
6) 태국
태국의 사파이어 산지는 여러 곳에 분포되어 있고 생산량도 많다. 특히 태국의 서
부 지역에 위치한 칸차나부리(Kanchanaburi)는 수십 년 전부터 사파이어의 중요한 산
지였다. 그러나 캄보디아의 파일린(Pailin)산 사파이어의 출현과 스리랑카의 게우다
(geuda)의 출현은 태국산 사파이어의 입지를 좁아지게 했다. 태국은 루비, 사파이어 등
커런덤 산지이기는 하지만 오히려 유색보석의 연마 중심지로 더 유명하다. 세계 각지에
서 채굴된 원석들은 태국의 방콕과 찬타부리(Chanthaburi)에서 연마되어 다시 해외로
판매하는 거점 역할을 하고 있다.
7) 호주
호주산 사파이어는 1800년대 말 퀸즐랜드(Queensland)에서 생산을 시작해 뉴사우스
웨일스(New South Wales)에서는 대규모의 생산이 이루어지고 있다. 주로 진한 청색이
며 녹색기가 강하다. 호주산 사파이어는 철의 함량이 풍부하며, 주로 태국에서 열처리된다.
8) 그 외의 산지
커런덤은 전 세계 곳곳에서 발견된다. 중국, 베트남, 라오스, 나이지리아, 미국 몬태
나의 요고 걸츠(Yogo Gulch) 등에서 발견되며 대부분 질이 낮거나 산출량이 적다.
(4) 에메랄드 산지
콜롬비아의 무조(Muzo) 광산과 치보르(Chivor), 코스케스(Coscuez) 광산이 가장 유
명하며, 탄질(炭質) 쉐일을 관입한 방해석 맥(脈) 내에서 에메랄드가 산출된다. 러시아
의 우랄 지방에서는 흑운모 편암에서 에메랄드를 채광한다.
1) 콜롬비아
콜롬비아는 세계에서 생산되는 에메랄드의 약 60%를 점유할 정도로 유명한 산지이
다. 콜롬비아에는 수많은 광산들이 존재하지만 그 중에서도 무조, 치보르, 코스케스에
서 생산되는 에메랄드가 양적으로나 질적으로 유명하다. 그리고 최근에는 라 피타(Ra
Pita)에서 최대의 생산량을 보이고 있다. 모곡산의 루비, 카슈미르산 사파이어와 함께
최고의 보석으로 취급되는 무조산 에메랄드는 황색기가 있는 강한 녹색이면서 부드러움
이 겸비된 아름다움이 있다. 녹색의 강함만을 비교한다면 치보르산이 더 강하지만 부드
러움은 무조산에 비해서 떨어진다. 콜롬비아산 에메랄드의 대표적인 내포물은 삼상(三
相) 내포물이다. 삼상내포물이란 액체로 채워진 캐비티(공동) 속에 고체 및 기체가 모두
포함되어 있는 형태의 내포물을 말한다.
2) 잠비아
콜롬비아에 이어 세계에서 두번째로 많은 에메랄드를 산출하는 잠비아에서는 1900년
대 후반부터 채굴 작업이 시작되었다. 잠비아산은 콜롬비아산에 비해서 상대적으로 철
의 함유량이 많기 때문에 청색 색상이 강하고 녹색이 약한 것이 특징이다.
3) 브라질
잠비아산과 같이 콜롬비아산에 비해 철 성분이 많이 함유되어 있기 때문에 청색기가
강한 편이다. 외관상으로 볼 때 잠비아산과 비슷하다. 1캐럿 이하에서는 콜롬비아산에
뒤지지 않는 아름다운 결정이 발견되기도 한다.
4) 짐바브웨
짐바브웨의 산다와나(Sandawana) 광산은 1956년에 발견되었다. 연마된 에메랄드의
중량은 0.1캐럿 미만이 대부분이다. 산다와나산 에메랄드는 각섬석의 변종인 트레몰라
이트(tremolite) 내포물이 발견된다.
5) 그 외의 산지
아프가니스탄과 파키스탄에서도 상질의 에메랄드가 산출된다. 그러나 정치적으로 안
정되어 있지 못하고 기후나 광산의 열악함 등으로 인해 아직까지는 생산량이 불안정하
다. 그 밖에도 러시아, 호주, 미국 등에서도 에메랄드가 산출되고 있다.
(5) 아콰마린 산지
브라질 북서쪽의 미나스 제라이스(Minas Gerais), 북동부의 바이아(Bahia) 등에서는
아콰마린이 페그마타이트 내에서 산출된다. 그 밖에 버마(미얀마), 스리랑카, 인도, 케
냐, 로디지아, 탄자니아 등에서도 소량으로 생산된다.
(6) 크리소베릴 산지
브라질의 미나스 제라이스를 비롯하여 스리랑카, 버마(미얀마), 러시아의 우랄 지역
등도 유명하다.
(7) 기타 보석의 산지
스피넬은 버마(미얀마)의 모곡 근교, 스리랑카의 라트나푸라(Ratnapura) 근교, 미국
의 뉴저지(New Jersey), 아프가니스탄 등에서 생산되며, 토파즈는 브라질의 미나스 제
라이스, 러시아의 우랄 지방에서 생산된다. 투어멀린은 스리랑카, 모잠비크, 인도, 브라
질의 미나스 제라이스 등에서, 자수정은 브라질, 잠비아, 우루과이, 러시아의 우랄 지방
등에서 생산된다. 한국의 언양에서 양질의 자수정이 생산되었으나 지금은 고갈된 상태
이다. 오팔은 호주의 뉴사우스웨일스(New South Wales), 퀸즐랜드(Queensland) 등에
서 생산되며, 멕시코에서는 파이어 오팔이 생산된다. 비취는 버마(미얀마)의 타우마우
(Tawmaw), 일본의 아오우미, 미국의 캘리포니아주에서 주로 산출되며, 연옥은 한국의
춘천, 호주의 타스마니아(Tasmania), 캐나다의 브리티시 컬럼비아(British Columbia) 주, 버마(미얀마), 뉴질랜드, 대만 등에서, 서펜틴(사문석)은 한국의 부여, 뉴질랜드, 중국, 북한 등에서 생산된다.
5. 보석 광물의 채광
유색보석 채광 작업은 종종 채광지가 수송이 어려운 산악 지역에 위치하기에 원시적
이고 위험할 수 있다. 일반적으로 채광 작업은 매장량, 정치적 상황 등에 의한 생산의
속도, 접근의 용이성, 기후, 가용 노동력, 수요 등과 같은 요소들에 의해 영향을 받는다.
채광은 수익과 직접적인 관련이 있으며 시기 또한 중요하다. 만약 시장에 이미 상업
적인 사파이어가 과잉공급이 되고 있다면, 상업용 등급의 새로운 사파이어 광상의 채
굴을 시작하는 것은 경제적이지 못하기 때문이다. 채광을 시작하기 전에 탐사자들은 그
광상이 무슨 종류의 광상인지를 판단해야 한다. 암석층이 너무 단단해서 보석을 채굴하
기가 어려운지, 혹은 쉽게 캐어 낼 수 있는지를 알아야 한다. 또한 보석들이 강바닥의
사력층에 집중되어 있는지 혹은 암석층에 분산되어 있는지도 알아내야 한다. 이러한 정
보는 채광 방법을 결정짓는다.
탐사자들은 좋은 품질의 루비, 사파이어, 에메랄드의 새로운 산지를 찾기 위해 전 세
계의 산악지대를 주목하고 있다. 또한 고대의 많은 산맥들이 침식에 의해 깎여나가 그
퇴적물들이 퍼져 있는 곳도 주목의 대상이다. 동아프리카의 모잠비크, 케냐, 탄자니아
지역에 뻗어있는 모잠비크 산맥은 거대한 보석 광상을 가진 고대 산맥의 한 예이다. 더
불어 수 백만년에 걸친 이 산맥의 침식은 최근에 발견된 마다가스카르의 풍부한 사파이
어 광상을 만들었을 것이다.
(1) 1차 광상
콜롬비아산 에메랄드, 파라이바 투어멀린, 탄자나이트는 그들이 형성된 암석에서 직
접 채굴된다. 이처럼 보석 자신이 형성된 암석에서 직접 채굴될 때 그 광상을 1차 광상
(primary deposit) 이라 한다. 오팔, 에메랄드와 같은 일부 보석들은 물에 의한 이동을
견디기에는 약하기 때문에 원래 형성된 암석에서 직접 채굴되어야 한다.
페그마타이트는 중요한 1차 광상이다. 보석을 포함하고 있는 페그마타이트는 크고 좋
은 품질의 보석 결정들을 많이 가지고 있기 때문에 수익성이 매우 높다. 미국 캘리포니
아의 샌디에이고(San Diego)에 있는 투어멀린 광산은 페그마타이트로 이루어진 산지의 좋은 예이다.
대부분의 유색보석 1차 광상은 거대한 다이아몬드 파이프 광산에 비교하면 그 규모가
매우 작다. 다이아몬드를 채굴할 때 사용하는 거대한 규모의 채굴 방법을 유색보석 채
굴에 사용하기에는 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에 원시적인 방법으로 채굴이 이루
어진다.
(2) 2차 광상
1차 광상도 중요하지만, 대부분의 수익성 있는 유색보석 산지는 2차 광상(secondary
deposit)에서 발견된다. 2차 광상은 보석이 형성된 암석으로부터 침식되어 빠져 나와
강의 사력층에 쌓여 형성된다. 2차 광상은 침식 과정으로 거대한 양의 암석이 닳아 없어
져 상업적으로 중요한 보석이 집중되어 있고 접근이 쉽기 때문에 1차 광상보다 수익성
이 높다. 또한 좋은 품질을 가진 보석의 채굴 비율이 1차 광상 보다 더 높다. 대부분의 1
차 광상은 그들과 연관된 2차 광상을 갖는데, 브라질의 미나스 제라이스(Minas Gerais)
의 페그마타이트와 버마(미얀마)의 타우마우(Tawmaw)의 비취 광상이 대표적이다. 2차
광상의 형태는 잔적광상과 충적광상이 있다.
1) 잔적광상
풍화작용으로 인해 주변의 암석을 깎아 내기 때문에 단단하고 내성이 강한 보석들
은 비교적 적은 양의 암석과 함께 한 곳에 모이게 된다. 잔적광상(殘積鑛床, eluvial
deposit)은 보석들이 형성된 지역의 바로 주변에 머물러 있기 때문에 비교적 보석이 형
성된 암석을 찾아내기가 쉽다.
2) 충적광상
충적광상(沖積鑛床, alluvial deposit)에서는 보석이 형성되었던 암석의 가까이에 머
물러 있지 않고, 빠른 속도로 이동하는 강물에 의해 쓸려간다. 빠른 속도로 이동하는 물
은 풍화작용으로 깎여 나간 암석과 다른 가벼운 암석들로부터 보석을 분류해 내는 역할
을 한다. 잔적 광상의 보석과는 달리 충적광상의 보석들은 보석이 형성된 지역으로부터
멀리 떨어진 곳에서 발견된다.
(3) 채광 작업의 예
[그림 1-16]은 태국 칸차나부리(Kanchanaburi)지역의 보 플로이(Bo Phloi) 광상 근
교에 위치한 사파이어 광산에서 사파이어가 채굴되는 과정이다. 이곳은 오랫동안 현무
암이 침식 당한 후 퇴적된 층에서 사파이어가 채굴된다. 지하 1∼4m 깊이의 현무암질
토양과 8∼10m의 퇴적층 부근에서 채굴되며, 사진에서 보이는 것처럼 굴삭기로부터 채
굴된 흙과 모암은 트럭으로 옮겨져 운반된다. 운반된 흙과 모암은 세광장치에 넣어지고
회전식 원통에서 보석을 포함한 진흙더미로부터 보석 외의 다른 물질들을 분리시킨 후
분류 작업을 위한 다음 단계로 넘어간다. 이때 커다란 크기의 돌덩어리들은 골라내어지
고 약 2㎝ 이내의 크기들만 다음 분리작업 단계로 들어간다. 회전식 원통에서 분리를 거
친 사력층은 진동에 의한 비중 분리법에 의해 더 세분류된다. 마지막으로 수작업에 의
한 선별이 이루어진다.