서울대학교

[연구필요성]

기존 연구 결과에 의하면 중앙해령이나 배후호분지(Back arc basin)의 화성활동은 금-동이 풍부한 해저 열수 광상을 형성할 수 없는 것으로 알려져있다.

남서태평양의 라우(Lau) 배후호분지의 파투카파(Fatu Kapa) 화산에는 금이 풍부한 해저 열수 광상이 형성되었다. 따라서 금광상 형성을 위한 새로운 메커니즘이 필요하다.

최근 실험 연구에 의하면 마그마형 황화물이 마그마방 상부로 부유할 때 효율적으로 금과 동을 해저 열수 광상으로 운반할 수 있다는 제안이 있다.

파투카파의 화산에서 이러한 제안을 뒷받침할 증거를 찾을 수 있다.

[연구성과/기대효과]

파투카파의 화산암의 광물-암석학적, 지구화학적 연구를 수행한 결과, 마그마형 황화물의 부유를 뒷받침할 결정적인 증거를 찾았다. 이 증거는 자연계에서 해저 광상을 대상으로 한 첫 발견이다.

이 연구의 결과에 근거할 때 지각의 두께가 얇은 섬 화산호(Island arc)에서는 황화물의 부유가 발생하기에 더 좋은 조건이 제공되므로 섬 화산호의 해저 열수 광상은 더 금-동이 풍부한 것으로 생각된다.

[본문]

□ 해저 열수 광상은 중요한 미래 동-금 금속 광물 자원의 보고

전세계적으로 증가하는 재생 가능 에너지에 관한 관심과 수요는 동이나 금과 같은 금속 광물의 수요를 동반한다.

육상의 광물 자원이 고갈되고 있는 상황에서 인류는 해저 광물 자원의 형성 기작을 이해함으로써 향후 탐사 및 개발 수요에 대한 대비가 필요하다.

□ 해저 열수 광상이 경제적인 가치

모든 해저 열수 광상이 경제적인 가치가 있는 것은 아니다. 금이 풍부한 광체가 채산성을 높여줄 수 있다.

기존의 연구 결과에 의하면 중앙해령이나 배후호분지의 해저 열수 광상보다 화산호의 해저 열수 광상에 금이 풍부하여 경제적인 가치가 있는 것으로 알려져 있다.

그 이유 마그마에서 분리되는 마그마수에 의한 금의 공급 때문으로 설명해왔다.

□ 금이 풍부한 파투카파 해저 열수 광상

파투카파는 마그마수(magmatic water)의 영향이 적은 배후호분지에 위치해 있지만, 금이 풍부한 해저 열수 광상을 형성하고 있다. 따라서 추가적인 기작에 대한 설명이 필요하다.

실험/이론 연구에 따르면 마그마에서 황화물이 마그마방 아래로 가라앉지 않고 마그마방 상부로 떠 오를 때 황화물의 안에 함유된 동과 금이 효율적으로 열수 광상에 공급시킬 수 있다는 의견을 제시했다.

본 연구에서 파투카파 화산암의 암석학적/지구화학적 연구를 수행한 결과 제안된 메커니즘을 뒷받침할 수 있는 최초의 증거를 찾았으며 실제 자연계에서 발생할 수 있음을 확인했다.

연구 결과에 근거할 때, 화산호의 해저 열수 광상의 높은 금 함량도 일부는 같은 기작의 영향을 받았을 가능성이 큰 것으로 생각된다.

[연구결과]

The flotation of magmatic sulfides transfers Cu-Au from magmas to seafloor massive sulfide deposits

Aurélien Jeanvoine, Jung-Woo Park, Ewan Pelleter, Antoine Bézos, Gilles Chazot, Jiwon Hwang & Yves Fouquet
(Communications Earth & Environment, https://www.nature.com/articles/s43247-024-01571-9)

[그림설명]

그림 1. 파투카파 화산암에서 관찰한 황화물-기상(vapor phase) 화합물. 액상 황화물이 물이 풍부한 기상에 붙어있다.

그림 2. 파투카파 마그마의 진화와 해저 열수 광상 형성 기작에 대한 모식도. a. 상부지각 약 2 km 깊이에 관입한 마그마가 지각의 물질을 녹이며 진화함. i. 마그마가 황화물로 포화되며 액상 황화물 형성. 동시에 지각에서 물이 공급. j. 마그마의 유체 포화로 인하여 황화물-기상 화합물 형성. 형성된 화합물은 마그마방 상부로 상승. k. 상승하는 과정에서 일부 황화물의 용해 및 열수 광상에 공급. m. 화합물이 지각에서 열수에 의애 용해되고 동과 금을 광상에 공급