금을 바라보는 인간과 물리학
동식물이나 인간의 몸, 지구 같은 행성을 구성하는 원소는 몇 세대에 걸친 별 핵 합성 과정에서 만들어졌다. 우주에는 세 종류의 핵 합성 공장이 있다. 제1공장은 빅뱅 핵 합성 과정으로 우주의 전역에서 동시에 일어났으며, 양성자와 중성자를 합성하여 헬륨과 소량의 가벼운 핵을 만들었다. 현재 우주에 있는 헬륨 대부분은 이때 만들어졌다. 질량기준으로 수소가 우주의 75%를 헬륨이 24%를 차지한다. 쉽게 말해 이 공장에서 우주 대부분의 물질이 만들어졌다.
제2공장은 별의 중심부에서 일어나는 별 핵 합성 과정이다. 중심부 온도에 따라 수소, 헬륨, 탄소, 네온, 산소, 규소 연소 반응이 차례로 진행되어 헬륨에서 가장 안정된 핵인 철 사이에 있는 여러 안정된 핵종을 만든다.
제3공장은 무거운 별의 죽음이나 두 별의 병합과정에서 일어나는 초신성 폭발이다. 폭발과정에서 많은 중성자가 퍼져나가면서 별 핵 합성으로 만들어진 핵에 중성자 포획과정이 일어난다. 그 결과 별 핵 합성에서는 만들어지지 않는 철보다 무거운 원소와 헬륨과 철 사이에 있는 여러 ‘중간’ 핵들이 만들어진다.
우리를 구성하고 있는 화학물질들은 이렇게 세 공장에서 세 가지 단계를 거쳐 탄생하였다. 빅뱅 당시에 수소와 헬륨이 만들어졌다. 원자번호 6인 탄소부터 원자번호 26번인 철까지의 원소들은 중간 또는 대형별에서 탄생하였다. 태양의 중심부에서는 수소가 헬륨으로 바뀌고 있으며, 태양보다 무거운 별의 중심부에서는 헬륨이 탄소로, 또는 탄소가 마그네슘이나 실리콘, 철 등 더 무거운 원소로 변환되고 있다. 주기율표를 가득 채우고 있는 모든 원소들은 별의 내부에서 생성된 것이다. 그리고 대부분의 다른 원소들은 초신성폭발로부터 탄생하였다. 첫 세대의 별들은 생명을 탄생시킬 수 없었고, 태양을 포함한 두 번째 세대의 별이 탄생하면서 생명은 시작되었다. 우리 몸을 구성하는 물질의 원재료는 우주의 제1, 제2공장에서 순차적으로 만들어졌다. 생명과 인간이 진화로 나타나기 전에, 제3 공장에서는 인간이 좋아하는 보석이 만들어졌다.
금은 초신성 폭발이나 중성자별의 충돌 등으로 만들어진 뒤 지구가 만들어질 때 지구의 구성물이 되었다. 45억 년이 흐른 뒤 200만~1000만 년 전에 금광맥이 형성되었다. 사금은 침식과 풍화 작용으로 바위에서 떨어져 냇물에 밀려 바다로 가면서 작은 알갱이로 바뀐 것이다. 대부분의 금은 작은 조각이지만 땅속 바위틈에서는 수십~수백 킬로그램의 덩어리를 형성하기도 한다. 거대한 금덩어리는 주로 석영 맥에서 형성된다. 지구 지각의 열수에 포함된 금이 지각의 균열을 지나갈 때 침전되면서 석영 맥에 갇혀 금덩어리가 형성된다. 그러나 금의 농도가 극히 낮은 열수에서 큰 금덩어리가 형성되는 것은 설명하기 어렵다.
석영은 압전(壓電) 물질을 풍부하게 함유하고 있는 유일한 광물이다. 압전 물질은 외부에서 압력과 같은 힘을 받았을 때 전기를 발생시키는 특성을 가진다. 지진이 방출하는 엄청난 압력에 의해 석영에서 전기가 발생하고, 이것이이 금 입자들을 서로 끌어당겨 금덩어리를 형성한 것으로 추정된다. 물론 지진과 전기 외에도 다른 요인이 복합적으로 작용할 수 있다.
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01514-1
이것이 금을 설명하는 물리학이다. 인간은 물리학에는 관심 없이 금을 좋아한다. 금을 놓고 물질을 놓고 생존경쟁과 번식경쟁으로 살아간다. 우주와 인간의 관계는 참 모순적이다. 우주가 만든 인간이 우주가 만들 원소를 두고 경쟁하며 살아간다.
